63266542 Eletronica Industrial Edicao 454

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Julho/Agosto 2011 I SABER ELETRNICA 454 I

Editora Saber Ltda.DiretorHlio Fittipaldi

Associada da:

Associao Nacional das Editoras de Publicaes Tcnicas, Dirigidas e Especializadas

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Os artigos assinados so de exclusiva responsabilidade de seus autores. vedada a reproduo total ou parcial dos textos e ilustraes desta Revista, bem como a industrializao e/ou comercializao dos aparelhos ou idias oriundas dos textos mencionados, sob pena de sanes legais. As consultas tcnicas referentes aos artigos da Revista devero ser feitas exclu-sivamente por cartas, ou e-mail (A/C do Departamento Tcnico). So tomados todos os cuidados razoveis na preparao do contedo desta Revista, mas no assumimos a responsabilidade legal por eventuais erros, principalmente nas montagens, pois tratam-se de projetos experimentais. Tampouco assumimos a responsabilidade por danos resultantes de impercia do montador. Caso haja enganos em texto ou desenho, ser publicada errata na primeira oportunidade. Preos e dados publicados em anncios so por ns aceitos de boa f, como corretos na data do fechamento da edio. No assumimos a responsabilidade por alteraes nos preos e na disponibilidade dos produtos ocorridas aps o fechamento.

editorial

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RedaoElizabete Rossi

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Saber Eletrnica uma publicao bimestral da Editora Saber Ltda, ISSN 0101-6717. Redao, administrao, publicidade e correspondncia: Rua Jacinto Jos de Arajo, 315, Tatuap, CEP 03087-020, So Paulo, SP, tel./fax (11) 2095- 5333.

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Nesta edio tratamos de mais um captulo da srie E-Kart, projeto desenvolvido e montado pela Infineon da Alemanha. Nos primeiros captulos mostramos o projeto original, procurando tambm evidenciar que a famlia de kits colocados no mercado pela Infineon, possibilita uma gama enorme de projetos e aplicaes para vrios setores.

Nestes tempos de turbulncia mundial, onde o que mais se ouve sobre a desindustrializao do Brasil, necessitamos entender bem os fatos que acontecem para tomarmos a melhor resoluo que viabilize a continuidade do negcio de cada um. Assim, procuramos mostrar em nossas pginas diversos artigos que podem ser uma boa ideia a ser explorada pelos leitores.

Neste caso do E-Kart, na apresentao da srie mostramos que podem ser de-senvolvidos projetos como robs industriais e militares, cadeiras de rodas, carros hbridos, empilhadeiras, prteses humanas de braos e pernas, etc. Quem sabe, isto no precisa ser fabricado aqui mesmo no Brasil, em vez de s-lo na China !?

Por tudo isso, acreditamos que deveramos tentar montar um prottipo deste E-Kart aqui no Brasil para mostrarmos ao pblico as dificuldades que pode encontrar.

bvio que temos muitos contatos que nos ajudam e que o leitor no teria, mas relatando tudo, sabemos que voc que nos l, ter um claro caminho a seguir.

Em princpio pensamos que nossa dificuldade maior seria com o chassi e a bateria. Agora que j firmamos acordo com: a Infineon (projeto completo), a GB & Tec (servios de engenharia eletrnica e articulista da srie), a Birel (chassi), a SEW (servomotor), a Honeywell (sensores), a National Instruments (instrumentao e software), a Samtec (conectores), a SAE (20 Congresso e Exposio Internacional SAE BRASIL de Tecnologia da Mobilidade) e outras com as quais estaremos fe-chando acordo nos prximos dias, sabemos que a grande dificuldade passa pela bateria de Lion.

A ideia mostrar aos leitores, passo a passo, a montagem e as dificuldades que enfrentamos para viabilizar o prottipo. Se voc que nos l, puder contribuir de alguma forma, alm de comprar a revista e divulgar entre os amigos e conhecidos, escreva-nos contando para: [email protected]

Hlio Fittipaldi

Submisses de ArtigosArtigos de nossos leitores, parceiros e especialistas do setor, sero bem-vindos em nossa revista.

Vamos analisar cada apresentao e determinar a sua aptido para a publicao na Revista Saber Eletrnica. Iremos trabalhar com afinco em cada etapa do processo de submisso para assegurar um fluxo de trabalho flexvel e a melhor apresentao dos artigos aceitos em verso impressa e online.


I SABER ELETRNICA 453 I Maio/Junho 2011

ndice

Editorial

Acontece

0306

Nova Saber .......................................................................... 5 Texas Instruments ............................................................ 9Anatec ................................................................................. 11Tato ..................................................................................... 15

Arne ..................................................................................... 15Honeywell ........................................................................... 25Globtek ............................................................................ 29Metaltex ............................................................................. 55

National Instruments .................................................. 2 capaCyka ........................................................................ 3 capaSamtec ........................................................................ 4 capa

ndice de anunciantes

12

45 Eletrnica Aplicada12 Curso sobre Arduino Parte 116 E-Kart Parte 3

Circuitos Prticos27 Proteo Crowbar30 Conhea a Deriva Trmica34 10 Circuitos de Optoeletrnica

Instrumentao40 Fcil Medio de Tenses Parasitas

com Multmetro Digital U 1272 A42 Controlador Digital de Temperatura

com Algoritmo PID 45 Ferramenta para Anlise da Qualidade

da Energia Eltrica50 Minicurso LabVIEW Parte 4

Componentes56 Cristais62 Toroides50

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a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x yA B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

Dispositivo independente e altamente integrado oferece proteo completa e balanceamento de clulas para conjun-tos de baterias de ltio de 4 a 10 clulas

A Texas Instruments apresentou recen-temente a primeira soluo totalmente integrada de proteo e balanceamento de clulas para conjuntos de baterias Li - on e de fosfato frrico de ltio. O dispositivo de gerenciamento e pro-teo de baterias bq77910 capaz de gerenciar conjuntos de baterias de 4 a 10 clulas, e dois dispositivos podem ser empilhados para proteger conjuntos de 11 a 20 clulas. O dispositivo simplifica os projetos de conjunto de baterias para bicicletas eltricas (e-bikes), patinetes/motocicletas eltricas, ferramentas de jardinagem portteis, ferramentas el-tricas e fontes de alimentao ininter-

rupta (UPS), e tambm pode ser usado na substituio de baterias de chumbo cido. Para amostras e mdulos de ava-liao, acesse www.ti.com/bq77910-pr.

O bq77910 protege o conjunto de bate-rias ao monitorar a tenso de cada clula, e usa dois transistores Power MOSFETs de canal N para interromper o fluxo de corrente em situaes de falha. A deteco de falhas e os critrios de recuperao do dispositivo so total-mente programveis em memria no voltil para adequarem-se a todos os tipos de sistemas de baterias de ltio.

Principais recursos e benefcios do bq77910:

Gerenciamento e proteo de baterias de ltio de 4 a 10 clulas: o monitoramento individual de cada clula e balanceamento com tran-

sistores de efeito de campo (FETs) maximiza a vida til e o desempe-nho do conjunto de baterias.Operao em baixa potncia: a corrente quiescente baixa (em geral 50 uA, 2,5 uA em modo desligado) minimiza a descarga da bateria durante a armazenagem ou perodos de inatividade para otimizar a vida til da bateria.Suporte a combinaes qumicas adicionais nas baterias de ltio: limia-res de deteco de falhas e atrasos programveis (EEPROM) tornam o bq77910 adaptvel a todas as varia-es de sistemas de ltio, incluindo LiCoO2 e LiFePO4.Soluo integrada e independente no requer um controlador ou processador externo.

Dispositivo de gerenciamento de bateria em um nico chip para aplicaes de ferramentas eltricas e e-bikes

A HetchTech, lder nacional na fabrica-o de lousas interativas, apresenta sua mais nova tecnologia na 25 edio da Office PaperBrasil Escolar, importante feira destinada produtos e suprimentos para escolas, papelarias e escritrios. Trata-se da lousa intera-tiva eletromagntica, de baixo custo. A soluo, destinada principalmente ao ambiente educacional, mas esten-dendo-se ao corporativo; possibilita que dois usurios a utilizem ao mesmo tempo, facilitando a interatividade dos usurios. Desse modo, professor e aluno podem receber o estmulo que precisavam para desenvolver o conte-do e estabelecer uma relao mais prxima, desenvolvendo valores no s no campo curricular, mas tambm no que diz respeito moral e aos bons valores. Esse lanamento HetchTech, alm de toda a linha de TVs e lousas da empresa, estaro presentes nesse evento que acontecer dos dias 22 a 24, de agosto, das 13 s 21h e no dia

25, das 11 s 18h no Parque de Expo-sies Anhembi, em So Paulo

Alm da interatividade, a lousa eletro-magntica oferece inmeros recursos de uso sem que isso transforme sua utilizao em algo difcil. A lousa ele-tromagntica de fcil manuseio, com um software desenvolvido para atuar de maneira intuitiva, permitindo que professor e aluno aprendam juntos. Essa soluo ainda possibilita que toda a aula seja gravada (ou reunio, no caso do ambiente corporativo), permitindo que tanto a parte escrita quanto falada seja repassada aos pre-sentes atravs de e-mail ou pelo site da instituio.

Esperamos atingir cerca de 50% no crescimento de vendas nesse segundo semestre. Os contatos que uma feira desse nvel proporcionam so muito produtivos. Encontramos pessoas que realmente se preocupam com a educao no pas e ao se depararem com as inovaes da HetchTech

ficam positivamente surpreendidas, ressaltou Adriana Damus, diretora da empresa.

A Office Paper e a HetchTech se com-pletam. Por se tratar da maior feira do continente americano em produ-tos, suprimentos e acessrios para escritrios, papelarias e escolas; seus ideais casam perfeitamente com os da HetchTech. No sculo XXI, os estu-dantes e profissionais so constante-mente bombardeados com inovaes tecnolgicas e informaes advindas desses produtos. Dessa maneira, a empresa resolveu aliar o til ao agra-dvel, trazendo a tecnologia para as empresas e as salas de aula, tornando as aulas mais prticas e possibilitando que o contedo passado seja transmi-tido com maior eficincia, sem que se percam os valores tradicionais. Assim como a Office Paper, a HetchTech supre as demandas corporativas e educacionais, atravs da versatilidade de suas inovaes.

HetchTech apresenta tecnologia inovadora em lousas eletromagnticas na Office PaperBrasil 2011

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acontece


A Fujitsu tambm implementou uma ampla variedade de macros perifricos para satisfazer as necessidades do controle de motores de alta preciso, aumentando assim o nmero de funes perifricas j existentes na famlia de microcontroladores FR.

A C3 Tech, marca da fabricante brasi-leira de perifricos Coletek, anuncia o lanamento de dois novos modelos de mouses de sua famlia sem fio.

Os novos mouses, M-W950 e M-W200, so ideais para quem deseja livrar-se do incmodo dos fios, que sempre ficam embolados atrs da CPU ou atrapalham o trabalho em notebooks e netbooks. Os novos modelos da marca tm design moderno para agradar aos mais variados estilos e gostos. O modelo M-W200 est disponvel em quatro lindas cores (prata, preta, vermelha e azul) alm do seu design slim, o que garante estilo aos geeks.

Uma vantagem dos aparelhos o raio de alcance do sensor, o modelo M-W950 funciona at 10 metros de distncia, e

Macros Perifricos para Controle de Motor de Alta Preciso

Por exemplo, os Cs FM3 so dispositivos com trs conversores A/D de 12 bits, independentes, de alta velocidade e pre-ciso ( converso de +/- 2LSB 1,0 s ) que possibilitam um controle afinado de motores. O verdadeiro potencial deste projeto s demonstrado quando os

chips FM3 so empregados em servo-motores de alta velocidade e preciso para aplicaes de automao industrial. Alm disso, decodificadores de quadra-tura utilizados no sensoriamento de posio do rotor reduzem a carga de trabalho da CPU.

Novos mouses da C3 Tech garantem comodidade e estilo para os usurios

o M-W200 opera em um raio de at seis metros, o que permite muito mais comodidade para o usurio. Alm disso, ambos os mouses possuem boto de rolagem, tecnologia a laser e receptor nano para uso na porta USB do compu-tador. E mais, com a tecnologia de trans-misso operando em 2,4 GHz, torna os produtos imunes a rudos evitando que os mouses sofram interferncias de outros eletrnicos.

O modelo M-W950 tem dimenses de 60 x 36 x 109 mm e possui boto de liga/desliga, o que mantm a durabilidade da bateria do equipamento por maior tempo. Para auxiliar neste fim, o mouse tem um indicador que sinaliza o nvel de carga da bateria (Low Battery Indi-

cator). Vale lembrar que este modelo alimentado com duas pilhas AAA. Para maior conforto no uso, o mouse per-mite selecionar dois tipos de empunha-dura apenas com a troca da sua tampa superior, de acordo com a preferncia do usurio. Possui boto para seleo de velocidade (DPI), navegao (Voltar e Avanar), boto de rolagem emborra-chado de alta sensibilidade e sensor com tecnologia nano Plug and Forget.

J o modelo M-W200 mede 60 x 25 x 102 mm. O mesmo ambidestro com tecnologia ptica, conexo Wireless em 2,4 GHz, resoluo de 1000 DPIs, boto de rolagem e possui tambm o sensor com tecnologia nano Plug and Forget.

A Endress+Hauser fornecer para empresa global de energia integrada , a Shell, instrumentos de medio e con-trole de processo, engenharia e servios. As empresas assinaram acordo (EFA Enterprise Framework Agreement) com durao inicial de cinco anos.

Cooperao em escala global. A Shell elege a Endress+Hauser para o fornecimento mundial de instrumentos e tecnologias para medio de vazo, presso, nvel, temperatura e para a anlise de lqui-dos. A especialista no fornecimento de solues em instrumentao para automao de processos industriais,

Shell elege Endress+Hauser como fornecedora para a instrumentao de campo e servios

Endress+Hauser, empresa de origem suo-alem ser a principal fornece-dora de toda a instrumentao, alm do gerenciamento de projetos, engenharia, manuteno, reparos e servios nas ins-talaes da Shell em todo o mundo.

A Endress+Hauser e a Shell desfrutam de uma estreita relao de negcios h alguns anos. Ambas empresas coope-ram em uma srie de grandes projetos, incluindo o projeto Pearl GTL, a maior planta no Qatar para transformao de gs para lquidos.

Congratulamo-nos com esta oportuni-dade de continuar trabalhando com a

Shell, diz Thomas Vogel, diretor de Neg-cios Internacionais da Endress+Hauser. Estamos ansiosos para desenvolver produtos e solues para os projetos e plantas da Shell. Temos certeza que iremos superar as expectativas e metas estabelecidas no acordo.

O acordo (EFA) abrange todas as uni-dades de negcios em todo o mundo, tanto em atividades do upstream (explorao e produo) quanto de downstream (refino e logstica). O contrato tem um prazo de cinco anos, com opo de prorrogao por mais cinco anos.

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A Fujitsu Semiconductor da Europa estendeu o seu amplo portflio de microcontroladores de 32 bits gene-ral-purpose, introduzindo 52 novos produtos desenvolvidos para eletro-domsticos, automao industrial & comercial, aparelhos e produtos de consumo digitais.

Os novos Cs fazem parte da famlia FM3, anunciada em novembro de 2010. Esses componentes, que so constru-dos em torno do ncleo global-stan-dard ARM Cortex- M3, incorporam uma ampla variedade de caractersticas perifricas refinadas ao longo de vrios anos de desenvolvimento da Fujitsu para os seus microcontroladores RISC (FR) de 32 bits.

Os 52 novos dispositivos pertencem Linha Bsica das sries MB9A310 e MB9A110. Juntamente com os Cs lanados anteriormente na Linha de Alta Performance, a famlia FM3 completa contm agora um total de 96 modelos para responder a uma ampla gama de

Ncleo ARM Cortex-M3 da Fujitsu

exigncias e necessidades dos projetos de sistemas eletrnicos.

Essa famlia proporciona maior liberdade de projeto e, ao mesmo tempo, uma excelente relao custo-benefcio em aplicaes como aparelhos eletrodo-msticos, equipamentos de udio/vdeo, aparelhos portteis, equipamento de fbrica, produtos para rea mdica e, tambm, produtos para automao de escritrios.

As sries MB9A310 e MB9A110 apre-sentam um excelente balano entre o consumo de potncia ( baixo) e a relao custo-desempenho, afirmou

Wolf Fronauer, que acrescentou ainda: cada modelo das sries foi desen-volvido visando os segmentos de aplicaes em rpido crescimento, a exemplo do controle de inversor usado nos principais eletrodomsticos atuais; do controle do motor e sistema em automao industrial; e do controle de outros aparelhos similares. Ao usarem os chips das sries FM3, os projetistas de sistemas eletrnicos obtero uma alta performance de processamento e um desenvolvimento de software eficiente, juntamente com uma maior possibilidade de escolha de Cs.

A Tyco Electronics (TE) anunciou o aumento do seu portflio de produtos de proteo Silcio ESD (contra des-carga eletrosttica) com o lanamento dos dispositivos de tamanhos 0201 e 0402, os quais so mais fceis de instalar e retrabalhar do que os tra-dicionais modelos ESD encapsulados como semicondutores. O invlucro do Chip SESD combina as vantagens de um componente de silcio ativo com a tradicional configurao para encapsu-lamento passivo SMT (Surface Mount Technology).

O funcionamento bidirecional dos dispositivos SESD0201PIBN 090 e SESD0402PIBN 0450 090 facilita a colocao na placa de circuito impresso (PCI) sem as obrigaes de orientao, eliminando a necessisdade de inspeo de polaridade. Ao contrrio do encap-

ChipSESD: dispositivo de proteo contra ESD

sulamento do diodo ESD convencional, com recheio embaixo do componente, o invlucro passivo dos dispositivos ChipSESD permite, inclusive, uma fcil inspeo da solda aps sua montagem na PCI.

As especificaes do ChipSESD mostram um surge rating de 2,0 A sob 8 x 20 s e um ESD rating de 10 kV de des-carga de contato. Sua baixa corrente de fuga (1,0 A mx.) reduz o consumo de potncia e o seu rpido tempo de resposta (menor que 1 ns) permite que o aparelho passe no Teste nvel 4 da IEC 1000 4 -2. As capacitncias de entrada de 4,0 pm (para o 0201) e 4,5 pm (0402) tornam os dispositivos adequados para ajudar na proteo de:

Telefones celulares e aparelhos eletrnicos portteis;Cmeras digitais e camcorders;

Portas I/O de computadores;Teclados, linhas de baixa tenso CC, alto-falantes, fones de ouvido, e microfones.

A crescente tendncia de miniaturi-zao dos componetes discretos traz dificuldades e desafios para os proje-tistas, principalmente quanto ao tempo gasto com prototipagem e retrabalho, bem como em relao s questes do controle de processo de fabricao, atesta a gerente de Produto Nicole Palma. Os novos dispositivos ChipSESD da TE ajudam a resolver os desafios de fabricao e montagem e a acelerar o tempo de marketing. Eles demonstram tambm o compromisso da TE em fornecer um portflio amplo com as solues SMT de mais alta performance (na menor escala) para os consumidores da indstria eletrnica.

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Seguindo as bem-sucedidas interfaces para Windows Embedded, Windows 7, e as distribuies Ubuntu e Fedora Linux, a Diviso de Terminal de Entretenimento Aplicado da Advantech anunciar que concluiu a converso da srie de Terminal de Entretenimento de Cuidados com a Sade (HIT) para o Android 2.2 (Froyo) OS kernel. Isto marca a primeira srie de produto Advantech que suporta a crescente plataforma Android. Um Kit de Desenvolvimento de Software (SDK) com aplicativo pronto e com drivers tambm esto disponveis para o sistema operacional Android, tal como sistemas de entretenimento, restaurao eletr-nica de dados, sistemas de identificao de paciente e home care.

Em apenas dois anos, o Android se tornou um sistema operacional mvel amplamente utilizado, suportando tudo, desde notebooks at smartphones e tablets. Primeiramente, os dispositivos

A Srie de Terminais de Entretenimentode Cuidados com a Sade, da Advantech:

de jogos e de entretenimento adotaram o Android, mas conforme o sistema operacional cresceu na popularidade, muitos novos apps criativos e teis chegaram ao mercado.

Em uma ao assertiva, o Google recentemente se associou com o MasterCard e o Cit igroup para trazer o Sistema de Pagamento NFC para os Estados Unidos, lanando um programa nas reas da Baa de So Francisco e de Nova Iorque. Em breve, os clientes usurios dos cartes Citigroup podero ativar um app projetado especificamente para os smart phones Android habilitado para NFC. O app permitir que os usu-rios paguem suas compras passando seus celulares em um leitor de lente de contato.

Com os sensores de leitura/escrita RFID embutidos, e agora com a fora do Android, os sistemas da srie HIT

esto perfeitamente equilibrados para tirar vantagem dos novos apps de Pagamento NFC lanados no mercado. E com outras caractersticas como Wi-Fi embutido e leitor de Smartcard, os produtos da srie HIT so uma excelente escolha para os terminais de servio em cloud nos lugares pblicos. Eles podem se conectar aos dispositivos Android pesso-ais e processar pagamentos e transaes com a agitao da mo.

Os terminais de Entretenimento de Cui-dados com a Sade da Advantech so projetados para satisfazer a crescente demanda por rapidez, segurana e sis-temas de comunicao mais confiveis, elevando a qualidade do servio e aumentando a eficincia em hospitais e outras instalaes relacionadas ao cui-dado com a sade. A completa linha de produtos consiste em terminais de 12,1, 15,6 e 18 que estaro no mercado na primeira metade de 2011.

A Instrutherm na Expo Proteo, feira segmentada que acontece de 10 a 12 de agosto em So Paulo, no Expo Center Norte, pavilho verde. A empresa lana seu novo detector de fuga de gs e demonstra a utilizao de alguns dos equipamentos mais procurados pelo setor.

O DFG-5000, a novidade, tem a funo de detectar a presena de gs natu-ral e GLP no ambiente, com sensor semicondutor, frequncia de alarme de 200 Hz-05 KHz, modo de alarme LED e sonoro, temperatura de operao de 0 a 50 graus celsius, umidade de operao inferior a 85% U.R. e fonte de alimentao a bateria interna de 3,7V-300mA/h.

J entre os aparelhos mais procurados para segurana do trabalho, o DOS-500 o carro-chefe do portflio da Instrutherm. Em nova verso, o dos-metro de rudo tem funo de pausa

durante a dosimetria, capa protetora, projeo de resultados para 8 horas e bloqueio de teclado. Trata-se de um aparelho que mede em decibis o nvel de rudo a que o trabalhador est constantemente exposto, a fim de preservar a sade do profissional.

Esse dosmetro um equipamento de configuraes e tecnologia nicas da nossa marca. Sendo de fornecimento exclusivo da Instrutherm para atuar no mercado nacional. Oferecemos assistncia tcnica, garantindo a qua-lidade do produto, que passa por um rigoroso controle de qualidade, res-salta Evair Menezes Caetano, gerente geral da companhia.

Tambm estar em destaque o medidor de stress trmico, modelo TGD-400, que emite relatrios em lista e grfi-cos, e possui funo de anemmetro, que mede a velocidade do ar auxi-liando no clculo da temperatura

efetiva, caracterstica essa que destaca o instrumento frente aos demais do mercado. O TGD-400 indicado aos profissionais que trabalham em ambientes expostos ao frio ou calor insalubre. Tem funo data logger e capacidade para armazenar 65 mil leituras, que posteriormente podem ser visualizadas em listas e grficos.

Alm disso, a Instrutherm apresenta o medidor de vibrao do corpo humano MV-100, utilizado em situa-es em que o indivduo est sujeito a altos nveis do fenmeno, influen-ciando diretamente no seu bem-estar e sade, como operadores de brita-deiras no ramo da construo civil, motoristas de nibus ou mquinas agrcolas, entre outros.

Equipamentos Instrutherm para segurana do trabalho na Expo Proteo 2011

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Eletrnica AplicadaIndustrial


Apresentao do Arduino Due-milanove: uma placa micro-controladora baseada no mC AT-mega 328 (datasheet). Ela tem 14 pinos I/O digitais, 6 entradas analgicas, um oscilador de 16 MHz ( a cristal ), uma conexo USB, um jaque de alimentao, um header ICSP, e um boto de reset. Ela contm tudo o que necessrio para o suporte do C, ligando-a simplesmente a um computador atravs de um cabo USB, ou alimentando-a com um adaptador AC/AD ( ou bateria) para dar a partida.

Duemilanove (que significa dois mil e nove, em italiano) o mais recente modelo do Arduino. Analisemos suas especifica-es na tabela 1.

AlimentaoO Arduino Duemilanove pode ser

alimentado pela ligao USB ou por qualquer fonte de alimentao externa. A fonte de alimentao selecionada automaticamente.

Alimentao externa (no USB) pode ser tanto de uma fonte como de uma bateria. A fonte pode ser ligada com um plugue de 2,1 mm (centro positivo) no conector de alimentao. Cabos vindos de uma bateria podem ser inseridos nos pinos GND (massa) e Vin (entrada de tenso) do conector de alimentao.

A placa pode funcionar com uma ali-mentao externa de 6 a 20 volts.

Entretanto, se a alimentao for in-ferior a 7 volts, o pino 5 V pode fornecer menos de 5 volts e a placa poder ficar instvel. Se a alimentao for superior a 12 volts, o regulador de tenso poder sobre-aquecer e avariar a placa. A alimentao recomendada de 7 a 12 volts.

Curso sobre Arduino Arduino Duemilanove Parte 1

Parte 1Primeiro artigo de uma srie correspondente a um Curso sobre a Tec-

nologia Arduino. Tratamos aqui da aplicao Arduino Duemilanove, recente placa microcontroladora USB lanada em 2009

Os pinos de alimentao so:VIN - Entrada de alimentao para a placa Arduino quando uma fonte externa for utilizada. Poder-se- fornecer alimentao por este pino ou, se for usar o conector de alimentao,empregar a alimenta-o por este pino.5V - A fonte de alimentao uti-lizada para o microcontrolador e para outros componentes da placa pode ser proveniente do pino Vin atravs de um regulador on-board, ou ser fornecida pelo USB ou outra fonte de 5 volts.3V3 - Alimentao de 3,3 volts for-necida pelo chip FTDI. A corrente mxima de 50 mA.GND - Pino terra ou massa.

MemriaO ATmega328 tem 32 KB de memria

flash para armazenar cdigo (dos quais 2 KB so utilizados pelo bootloader), alm de 2 KB de SRAM e 1 KB de EEPROM (Elec-trically-Erasable Programmable Read-Only Memory), que pode ser lida e escrita atravs da biblioteca EEPROM.

Entrada e SadaCada um dos 14 pinos digitais do

Duemilanove pode ser utilizado como entrada ou sada, usando as funes de pinMode(), digitalWrite(), e digitalRead(). Eles trabalham com 5 volts. Cada pino pode fornecer ou receber um mximo de 40 mA e tem uma resistncia de pull-up interna (vem desligada de fbrica) de 20-50 k. Alm disso, alguns pinos tm funes especficas, a saber:

Serial: 0 (RX) e 1 (TX) so usados para receber (RX) e transmitir (TX) dados srie, TTL. Estes pinos so ligados aos pinos correspondentes do chip serial FTDI USB-to-TTLExternal Interrupts: 2 and 3 - Estes pinos podem ser configurados para ativar uma interrupo por um baixo valor, uma elevao ou falling edge ou uma mudana de valor. Veja a funo attachInterrupt() para mais pormenores.PWM: 3, 5, 6, 9, 10, e 11 - Fornecem uma sada analgica PWM de 8-bit com a funo analogWrite().SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) - Estes pinos suportam

Microcontrolador ATmega328

Tenso de funcionamento 5 V

Tenso de entrada (recomendada) 7-12 V

Tenso de entrada (limites) 6-20 V

Pinos E/S digitais 14 (dos quais 6 so sadas PWM)

Pinos de entrada analgicos 6

Corrente DC por pino E/S 40 mA

Corrente DC por pino 3.3 V 50 mA

Memria Flash 32 KB, sendo 2 KB utilizados pelo bootloader

SRAM 2 KB

EEPROM 1 KB

Velocidade de Clock 16 MHz T1. Especifica-es tcnicas.

Filipe [email protected]

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Julho/Agosto 2011 I SABER ELETRNICA 454 I 13


Parte 1Parte 1

comunicao SPI, que embora compatvel com o hardware, no est includa na linguagem do Arduino.LED: 13 - H um LED j montado e ligado de origem ao pino digital 13. Quando o pino est no valor HIGH, o LED acende; quando o valor est em LOW, ele apaga. O Duemilanove tem 6 entradas analgicas e cada uma delas tem uma resoluo de 10 bits (i.e. 1024 valores diferentes). Por padro, elas medem de 0 a 5 volts, embora seja possvel mudar o limite superior usando o pino AREF e um pouco de cdigo de baixo nvel. Adicionalmente alguns pinos tm funcionalidades especfi-cas, a saber:I2C: 4 (SDA) and 5 (SCL) - Suportam comunicao I2C (TWI) usando a biblioteca Wire (documentao no site do WIRE).

H ainda mais alguns pinos na placa:AREF - Referncia de tenso para entradas analgicas. So usados com o analogReference().Reset - Envia o valor LOW para efe-tuar o RESET ao microcontrolador. tipicamente utilizado para adicio-nar um boto de reset aos shields que bloqueiam o que h na placa.

Analise o diagrama de blocos entre os pinos do Arduino e as portas do ATmega 168 e referncia do ATmega328. Veja, na figura 1, a representao esquemtica do Arduno Duemilanove.

ainda importante referir que a corren-te mxima por cada pino analgico e digital de 40 mA, com exceo da sada que providencia 3,3 V, que permite correntes mximas de 50 mA.

De acordo com Sousa and Lavinia, 2006, a capacidade de utilizar Pulse Width Modulation (PWM) muito importante, pois permite obter uma tenso analgica a partir de um sinal digital, ou seja, de um sinal que apenas pode assumir o estado l-gico 0 (0 V) ou 1 (5 V). O conceito de PWM usado para referir sinal que possua uma frequncia constante e um duty-cicle varivel.

ComunicaoCom o Arduino Duemilanove, a co-

municao com um computador, com

outro Arduino ou com outros micro-controladores muito simplificada. O ATmega328 permite comunicao srie no padro UART TTL (5V), que est dis-ponvel nos pinos digitais 0 (RX) e 1 (TX), vide figura 2. Um chip FTDI FT232RL na placa encaminha esta comunicao srie atravs do USB e os drives FTDI (includo no software do Arduino) fornecem uma porta COM virtual para o software no computador. O software Arduino inclui um monitor srie que permite que dados simples de texto sejam enviados placa Arduino.

Os LEDs RX e TX da placa piscam quando os dados esto para ser transfe-ridos para o computador pelo chip FTDI. Pela ligao USB no d quando h comu-nicao srie pelos pinos 0 e 1.

A biblioteca SoftwareSerial permite a comunicao srie por quaisquer dos pinos digitais do Duemilanove.

O ATmega328 tambm oferece suporte aos padres de comunicao I2C (TWI) e SPI. O software do Arduino inclui uma biblioteca Wire para simplificar o uso do bus I2C; para usar a comunicao SPI, veja a folha de informaes do ATmega328.

ProgramaoO Arduino Duemilanove pode ser

programado com o software Arduino (download).

O ATmega328 no Arduino Duemilano-ve vem pr-gravado com um bootloader que permite enviar novos programas sem o uso de um programador de hardware externo. Ele se comunica utilizando o pro-tocolo original STK500 (referncia, C hea-der files). Tambm poder-se- programar o ATmega328 atravs do ICSP (In-Circuit Serial Programming) header;

Reset automtico (Software)

Algumas verses anteriores do Ar-duino requerem um reset fsico (pressio-nando o boto de reset na placa) antes de carregar um sketch. O Arduino Duemila-nove projetado de modo a permitir que isto seja feito atravs do software que esteja correndo no computador a que est ligado. Uma das linhas de controle de hardware (DTR) do FT232RL est ligada ao reset do ATmega328 por via de um condensador de 100 nF.

Quando feito reset a esta linha (ativo baixo), o sinal cai por tempo suficiente para efetuar o reset ao chip. O software Arduino usa esta caracterstica para per-mitir carregar o programa simplesmente pressionando-se o boto upload no ambiente Arduino. Isto significa que o bootloader pode ter um timeout mais curto, j que a ativao do DTR (sinal baixo) pode ser bem coordenada com o incio do upload.

Esta configurao tem outras implica-es. Quando o Duemilanove est ligado a um computador com o Mac OS X ou Li-nux, ele faz o reset cada vez que a ligao feita por software (via USB). No prximo

F2. Detalhes dos pinos digitais TX e RX.

F1. Representao esquemtica.

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Eletrnica AplicadaIndustrial

meio segundo aproximadamente, o boo-tloader estar rodando no Duemilanove. Considerando que programado para ignorar dados esprios (i.e. qualquer coisa a no ser um upload de um novo cdi-go), ele interceptar os primeiros bytes dos dados que so enviados para a placa depois que a ligao for aberta. Se um sketch rodando na placa receber uma configurao de uma vez, ou outros dados ao inicializar, dever-se- assegurar que o software est em comunicao e espere um segundo depois de aberta a ligao, antes de enviar estes dados.

Proteo contra sobrecorrente USB

O Arduino Duemilanove tem um fusvel que protege a porta USB do seu computador contra curto-circuito. Apesar da maioria dos computadores possurem proteo interna prpria, o fusvel pro-porciona uma proteo extra. Se mais de 500 mA foram aplicados na porta USB, o fusvel ir automaticamente interromper a ligao at que o curto ou a sobrecarga seja eliminada.

Caractersticas fsicasO comprimento e largura mximos

do Duemilanove so 2,7 (68,50 mm) e 2,1 (53,34 mm) respectivamente, com o conector USB e o jack de alimentao indo um pouco alm destas dimenses. Trs furos de fixao permitem a montagem da placa numa superfcie ou caixa. Note que a distncia entre os pinos de entrada e sadas digitais n 7 e n 8 de 160 mil (milsimos de polegada), no sequer mltiplo do espaamento de 100 mil dos outros pinos. Observe na figura 3.

O que so Shields?So Escudos, extenses do Arduino

que permitem interagirem com tecno-logias diversas facilmente. Acompanhe alguns exemplos ilustrados na figura 4.

Como usar as Shields?Conecta-se sobre o Arduino quantas

se quiser. Veja a figura 5.

Converso A/DEste fator de grande interesse e a sua

compreenso fundamental para perceber os valores obtidos nos pinos analgicos.

O microcontrolador utilizado possui um conversor analgico digital de 10 bits, fazendo as contas:

Como a tenso mxima de referncia, por definio, se encontra nos 5 V, cor-respondendo ao valor 1023, obtemos a seguinte resoluo:

O que significa que s se conseguir de-tectar variaes superiores a 5 mV, ou seja, o valor lido pelo Arduino s se altera a cada 5 mV de variao do sinal analgico de entrada.

Em caso de aplicaes que possuam sensores analgicos, por vezes 5 mV no uma resoluo aceitvel - existindo uma grande perda de resoluo. Uma possvel soluo, sem recorrer a eletrnica externa, apresentada a seguir.

Para a resoluo da questo, existe um pino de entrada denominado AREF, que

significa Analog Reference. Este pino permite mudar a referncia analgica do standard 5V para o valor de entrada, ficando todas as entradas analgicas com a referncia introduzida.

Simplificando, se for introduzido no pino AREF a tenso de 2 V obtm-se a seguinte resoluo:

importante ter em conta que todos os pinos analgicos ficam com esta referncia, sendo necessria tambm a sua declarao por Software pela forma analogReference (tipo). A referncia analgica pode ser de trs tipos (tabela 2).

Basicamente, faz-se a configurao do contedo do registro ADMUX (pginas 205 e 206 do respectivo datasheet). im-portante, por vezes, fazer uma interligao entre a funo em C, uma linguagem de alto nvel (com um nvel de abstrao elevado, mais perto da linguagem humana), e o assembly, uma linguagem de baixo nvel.

210 = 1024

5 0,00488 V 5 mV

1024

2 1,953mV 2 mV

1024

F3. Vista da placa.

F4. Exemplos de shields para exten-ses com outras tecnologias.

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ento fundamental tentar perceber o que acontece na configurao do microcon-trolador e no apenas ver os resultados, embora sejam estes que nos interessam, no ser isso que se pretende na compreenso do funcionamento do microcontrolador e, posteriormente, do Arduino.

igualmente vlido referir que aps con-figurar o Arduino para o uso do pino AREF, ele deixa de ter disponveis os pinos de 3,3V e 5V; sendo estes desligados necessrio re-correr alimentao externa, caso se queiram utilizar essas tenses de alimentao.

O Arduino possui capacidade de operar alimentado, quer pela porta USB ou por uma entrada PWR (do tipo Power-Jack), sendo recomendada a sua alimentao (PWR) entre os 7 e os 12 V, possibilitando uma operao do tipo Standalone.

O pino Vin no foi referido juntamente com os outros tipos de alimentao, pois possui um comportamento duplo. Ou seja, pode servir para alimentar o Arduino na gama de valores especificada ou, caso se alimente o Arduino recorrendo a uma das alimentaes especificadas anterior-mente, pode-se ter disponvel um pino com a tenso utilizada na entrada (p.ex. se for alimentado o Arduino recorrendo

DefaultMantm a referncia por definio (5V)

InternalAltera a referncia para 1,1 V (ATMEGA168)

ExternalA tenso introduzida no pino AREF tomada como referncia.

F5. Exemplo de uma conexo de shield sobre o Arduino.

T2. Modos de configurao.E

a uma alimentao externa de 9 V, no pino Vin estaro acessveis os 9 V da alimentao).

ConclusoCom este primeiro material apresenta-

do, encerramos a 1 lio do Curso. Conti-nuaremos na prxima edio. At l!

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16 I SABER ELETRNICA 454 I 2011

Eletrnica AplicadaEmbarcada


E-Kart Parte3Descrio do Servomotor SEW

Com a disponibilidade de materiais magnticos com elevada capacidade de produzir campos magnticos remanentes (superior a 1 Tesla) com volumes reduzi-dos e altas foras coercitivas (da ordem de 7000 A/cm), como encontradas por exemplo nas ligas de Samrio-Cobalto (Sm-Co) ou Neodmio-Ferro-Boro (Nd-Fe-B), os motores sncronos de m per-manente se tornaram uma opo bastante atrativa para acionamentos na faixa de 10 kW. Estes materiais, baseados em terras-raras, requerem menos volume para a construo dos motores e praticamente no podem ser desmagnetizados por uma elevada corrente de curto-circuito acidental. Estes motores apresentam ainda uma relao peso/potncia supe-rior de motores CC, maior at do que os encontrados em motores de induo; estes possuem a desvantagem principal de depender de correntes no rotor para a produo de torque.

Por estas e mais algumas vantagens, escolhemos usar este tipo de motor in-dustrial em nosso projeto. Consideramos tambm a facilidade da aplicao, alta capacidade de resposta dinmica e o fato que no projeto destes motores no existe a necessidade de um sistema de refrigera-o. Para este tipo de motor a refrigerao feita diretamente na carcaa, um motor fechado sem ventilao, o que facilita a isolao de fatores ambientas como poei-ra, e umidade.

Um fator comercial restritivo na espe-cificao deste tipo de motor foi o fato de que no h no mercado, ainda, um leque de motores especficos para aplicaes automotivas. Outro ponto negativo ainda o custo elevado deste tipo de m-quina eltrica.

Como motor do E-Kart ser utilizado o servomotor da SEW. A partir de um sinal

eltrico em sua entrada, podem ter seu eixo posicionado em uma determinada posio angular. O kit controla tambm a velocidade com que o eixo atinge esta determinada posio angular, via programa e controles dos IGBTs. O motor para, se o eixo estiver no ngulo correto, se no, o motor ativado at atingir o ngulo desejado.

Nas engrenagens de um servomotor existe um limitador que atua no giro do eixo fazendo com que este varie de 0 a 180; porm, possvel retirar esse limitador, fazendo com que o servomotor trabalhe como um motor com caixa de reduo e eixo girante de 360.

O servomotor ser utilizado com altas variaes dinmicas, por isso ele deve pos-suir as seguintes caractersticas gerais:

Alta capacidade dinmica de tor-que e rpido controle de corrente;Alta capacidade de controle de velocidade e baixo momento de inrcia, o que eletricamente signifi-ca baixas indutncias em situaes de alto torque mximo;Alta capacidade de sobrecarga me-cnica e boa rigidez mecnica;Alta capacidade trmica mesmo diante de condies de tempos longos de sobrecarga mecnica e de corrente sem sobreaquecimento;Alto torque contnuo;Caracterstica torque x velocidade linear, mesmo em sobrecargas;Larga faixa de controle de velocida-de. O E-Kart no possui cmbio.Operao suave, mesmo em baixas velocidades;Alta preciso de posicionamento;Projeto compacto e elevada relao peso/potncia;Alta confiabilidade, baixa manu-teno e longa vida til;Inexistncia de ressonncias mec-nicas, o que faz com que seu acio-namento tenha baixo rudo;

Aliando as informaes apre-sentadas nas partes anteriores parte mais prtica, descreveremos a partir deste episdio e, em deta-lhes, como funciona a tecnologia de acionamento dos motores el-tricos do E-Kart e os detalhes do Kit da Infineon que faz o controle de velocidade deles.

De fato, alm das baterias, os motores eltricos so componen-tes-chave neste tipo de veculo. Seu acionamento depende de diversos fatores que, se defini-dos corretamente, influenciaro diretamente no desempenho do veculo. Esta parametrizao muito facilitada com o uso do kit e realizada atravs de sua interface JTAG.

Com a atual tecnologia dos semicondutores, com softwares de controle e automao cada vez mais eficientes, o desempenho destas mquinas eltricas est cada vez melhor. Com a aplica-es destas tecnologias de ltima gerao, os componentes e o sistema de controle dos motores, no so mais um fator restritivo a sua aplicao em veculos el-tricos em geral

Luis Fernando Bernabe Cezar Manieri

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Alto rendimento, o que permite baterias menores e mais leves,Relao custo/desempenho acei-tvel;Possibilidade de funcionamento com gerador para acionamento do KERS (Kinectic Energy Recovery Sys-tem) e tempos curtos de mudana de funo motor/gerador.Dimenses reduzidas.Custo

O servomotor que melhor atende as caractersticas descritas acima o servo-motor CA, por ter um comportamento idntico ao motor de corrente contnua.

Os tipos de servomotores mais utiliza-dos so os de corrente contnua, corrente alternada sncrona e corrente alternada assncrona.

Os servomotores de corrente contnua so os de custo mais elevado. Esses servo-motores apresentam um rotor cujas espiras formam sua armadura e por um estator dotado de ms permanentes, que forne-cem o campo de excitao da mquina, es-tabelecendo-se um fluxo magntico radial em relao ao rotor. O torque produzido proporcional corrente de armadura, a velocidade proporcional a fora contrae-letromotriz induzida e o campo constante pois gerado pelos ms permanentes.

Os servomotores podem ser constru-dos com e sem escovas. O controle dos servomotores de corrente contnua pode ser feito por um servoconversor relativa-mente simples. Um fator limitante deste tipo de motor o fato de que este modelo possui um consumo de energia, devido a sua corrente de armadura, que no til diretamente no movimento do motor, o segundo o seu preo, como dissemos aci-ma. Uma apresentao didtica pode ser vista nos links: youtu.be/Xi7o8cMPI0E e youtu.be/9WorrR828MM

Se o leitor quiser montar um motor didtico simples, assista o vdeo de apre-sentao: youtu.be/Hwv4I0-Xx1M

O servomotor de corrente alternada trifsico possui um enrolamento no estator em configurao estrela. O mesmo no foi projetado para ser ligado a rede trifsica comum, este enrolamento especial foi pro-jetado para proporcionar ao motor carac-tersticas especiais de torque, velocidade e posicionamento. No rotor do servomotor existe um conjunto de ms permanentes

em uma extremidade e um gerador de sinais instalado para fornecer dados de velocidade e posicionamento do eixo.

O servomotor de corrente alternada assncrono de construo robusta e simples, o seu rotor formado por barras de alumnio curto-circuitadas, formando uma gaiola, tambm conhecido por gaiola de esquilo (squirrel cage motor). O modelamento do servomotor com-plexo e constitudo por um sistema de mltiplas grandezas fsicas acopladas entre si, dentre as quais, grandezas inter-nas do motor como o fluxo magntico e o torque.

Informaes didticas sobre motores podem ser vistas no link: youtu.be/_ZkwMLVPIro, youtu.be/TXUWXgqEvXo e youtu.be/x6_iN4Pj1-A

O servomotor de corrente alternada sncrono constitudo por um estator com enrolamentos das fases distribudas de forma semelhante aos de uma mquina assncrona. Como o prprio nome diz, sncrona porque a rotao do seu eixo determinada pela frequncia da tenso de alimentao. Com os modernos materiais magnticos, o fluxo de excitao pode ser criado atravs de ms de pequena espessura e baixa densidade. Deste modo, o rotor pode ser construdo com pequeno dimetro e o seu momento de inrcia torna-se bastante inferior ao de um motor de induo trifsico de mesma potncia. O controle deste tipo de mquina requer sempre a presena de um sensor de posi-

o, por exemplo, um encoder ou resolver como detalharemos mais abaixo.

As diferenas bsicas entre os tipos de motores Assincronos e Sncronos so apresentadas num interessante vdeo dis-ponvel na internet, se o leitor tiver acesso a este meio de aprendizado, vale a pena assistir: youtu.be/I8o_6RdwRVE

Caracteristicas construtivasO Hybrid Kit necessita de informaes

de posio e/ou velocidade para o controle do servomotor. Estas informaes so importantes para o precesso de realimen-tao e podem ser estmadas ou medidas. Nas aplicaes de maior preciso (como em mquinas-ferramentas), impe-se o emprego da medio por meio de senso-res. Os principais tipos destes sensores so descritos a seguir:

Os EncodersOs sensores chamados encoders

podem ser de dois tipos: incrementais ou absolutos.

O encoder incremental apresenta construo mais simples. Neste tipo de sensor so gerados pulsos (A e B na figura 1) oriundos de duas marcaes radiais, igualmente espaadas, que permitem a deteco da posio, pela sua contagem, e do sentido de rotao, pelo defasamento das faixas A e B. Uma marca de zero, lo-calizada em uma terceira circunferncia, fornece a indicao do trmino de uma volta e do incio da contagem.

F1. Padres de trilha do disco incremental do encoder, ressaltando o ndice de referncia.

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No encoder absoluto, cada posio do disco corresponder a uma combinao de sinais, em geral fornecidos por sensores ticos ou magnticos que percebem a pas-sagem pelas marcas do disco. prefervel empregar uma codificao tal que s ocorra a mudana de um bit a cada alterao de posicionamento, como acontece no cdigo Gray (Figura 2) Isto evita ambiguidades, facilitando a deteco de erros. Por ocasio de uma perda de energia ou desligamento, o sensor incremental necessita da passa-gem pela marca de zero para reiniciar sua contagem aps o religamento.

J o sensor absoluto pode disponibili-zar ainformao da posio logo que ener-gizado. H dispositivos comercializados que chegam a ter resoluo superior a 10 bits. A informao da velocidade pode ser facilmente obtida a partir da derivada da informao da posio, programada digitalmente.

Os Tacogeradores Os tacogeradores so geradores CC

de m permanente ou geradores sncro-nos CA, tambm de ms permanentes, conhecidos como alternadores. Os taco-geradores CC apresentam uma tenso proporcional velocidade, positiva ou negativa, dependendo do sentido de rota-o e, como toda mquina CC, trabalham com escovas. Figura 3.

Os alternadores no necessitam de escovas, o que representa uma grande vantagem no seu tempo de vida til e na manuteno. Em geral, a tenso de sada retificada por uma ponte de diodos, o que faz com que a tenso retificada tenha sempre o mesmo sinal, independentemen-te do sentido de rotao.

Os Resolvers Os resolvers so transformadores

de alta frequncia (5 a 10 KHz). Conceitu-almente no transdutores de posio e ve-locidade. O primrio est situado no rotor e existem dois secundrios em quadratura no estator, como mostrado na figura 4.

As amplitudes e fases das tenses induzidas nos secundrios so funo da posio do rotor. Um circuito condi-cionador processa as tenses induzidas nos secundrios fornecendo uma tenso proporcional posio. Ento produzem um conjunto de ondas seno/cosseno figura

F2. Apresentao interna do encoder absoluto e sua tabela de cdigos.

F3. Grfico da tenso de sada x velocidade, num tacogerador.

F4. Resolver comercial/desenho em corte.

F5. Diagrama interno do resolver e os grficos das tenses de sada.

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5 (tenso analgica) indicando a posio absoluta dentro de uma nica volta, estes sinais so convertidos em sinais digitais atravs de uma interface no Kit.

No nosso caso, existe um conector na placa lgica que ir receber os dados do resolver. (Detalhes na prxima edio).

Descrio do Hybrid KitPara acionar o nosso servomotor

necessrio um driver, servocontrole ou servoconversor, que possui um controle eletrnico e uma interface GUI para acionamento e ajustes das variveis do servomotor.

O driver a parte eletrnica que recebe a energia eltrica da rede, ou de uma fonte (no nosso caso das baterias), e fornece esta energia de uma forma controlada ao servomotor, de acordo com um sinal de referncia de velocidade proveniente do controlador de posio. De uma forma geral, o nosso Hybrid Kit controla a cor-rente nominal, a dinmica, a velocidade do servomotor, permite o controle da ma-lha de velocidade e realiza a superviso dos IGBTs.

A figura 6 apresenta o esquema de ligao do nosso kit ao servomotor. A figura 7 apresenta o diagrama em blocos simplificado do Kit

Constituio bsica do controlador eletrnico (inversor)

Os inversores so circuitos eletrnicos usados na transformao de tenses cont-nuas em alternadas. Um dos principais usos

dos inversores para fornecer uma excitao controlada para motores CA controlados por frequncia. O princpio fundamental de ope-rao de um inversor a interrupo peridica de uma tenso contnua para gerar uma onda quadrada somada uma senoide.

F6. Diagrama esquemtico das conexes do servomotor com o kit.

F7. Diagrama de blocos do cir-cuito eletrnico do E-Kart.

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Na maioria das aplicaes em potn-cia, os componentes de controle so os IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor, Transistor Bipolar de Porta Isolada). O IGBT um semicondutor de potncia que alia as caracteristicas de chaveamento dos tran-sistores bipolares com a alta impedncia os MOSFETs, apresentando baixa tenso de saturao e alta capacidade de corren-te. Destaca-se por possuir alta eficincia e rpido chaveamento. Atualmente muito utilizado em equipamentos modernos como carros eltricos, hbridos, trens, aparelhos de ar condicionado e fontes chaveadas de alta potncia. Devido a seu projeto que permite rpido chaveamento, encontra aplicaes tambm em amplifi-cadores e geradores que necessitam sin-tetizar formas de onda complexas atravs de PWM e filtros passa-baixa.

O IGBT uma inveno recente. A pri-meira gerao de dispositivos desse tipo foi criada na dcada de 1980 e incio dos anos 90. Possuiam chaveamento relativamente lento e seu desligamento, corte na condu-o, no ocorria enquanto existisse corrente fluindo (Latchup). A segunda gerao dos IGBTs apresentava maiores velocidades de comutao e atualmente, os dispositivos de terceira gerao so muito melhores, com velocidade de chaveamento equiparada a dos MOSFETs, alm de excelente tolerncia a sobrecarga e durabilidade necessrias aplicaes embarcadas com alto nvel de segurana.

Basicamente, o IGBT pode ser analisa-do como um MOSFET acionado por um transistor bipolar. Este arranjo apresenta um tiristor parasita, que normalmente desprezado devido ao avano tecnolgico realizado na construo do IGBT, que praticamente eliminou este efeito.

Sistema de acionamento do motor

Em muitas aplicaes industriais, importante ajustar as caracteristicas operacionais de um motor s condies de carga. Muitas vezes a carga mecnica aplicada ao motor varivel, como no nosso caso com o E-Kart, nestes casos imprescindvel a aplicao de um sistema de controle de torque.

Um sistema de acionamento do motor se refere combinao do motor, circui-tos, elementos de controle de rotao e

potncia associados. Os inversores CA so usados para controlar a velocidade de motores de induo sncronos. Como a velocidade sncrona destas mquinas proporcional frequncia aplicada, assim variando-se a frequncia da aplicao da energia, controlamos a sua velocidade. Se usarmos uma fonte alternada de energia, da rede eltrica por exemplo, teremos que utilizar antes do inversor uma unidade retificadora que, converte esta tenso da rede para CC e numa etapa posterior con-seguirmos alterar a sua frequncia pelo sistema de controle de torque.

No nosso Kit, o elemento retificador foi suprimido e entramos diretamente com a tenso CC proveniente das baterias. De-pois, um circuito inversor reconverte esta tenso CC numa onda CA, cuja frequncia controlada pelos pulsos aplicados nos circuitos de disparo dos IGBTs.

Para o E-Kart, o inversor principal do Hybrid Kit fornecido completo para aplicaes em veculos eltricos leves e/ou hbridos de at 20 KW. Ele contm:

Modulo IGBT qualificado automo-tivo HybridPACK1 650V/400A IGBT & Diode chip setCI Driver 1ED020I12-FA qualifica-do automotivo

Baseado na tecnologia transfor-mador corelessAt 1200 V e com 2A de capaci-dade de driver de correnteCom VCE sat detection

Um Microcontrolador Famlia TriCore de 32-bit TC1767, este componente parte integrante da famlia de produtos AUTO FUTU-RE, projetados especialmente para aplicaes automotivas com altos nveis de segurana.Possibilita o uso de diferentes in-terfaces de posio e velocidade do motor: encoder e resolver.

Placa de acionamentoO 6ED100HP1-FA a placa do

acionamento do IGBT de seis canais, especialmente concebidos para o Hy-bridPACK 1.

Placa LgicaA placa lgica contm todos os com-

ponentes necessrios para o controle do sistema. Alm disso, oferece as conexes

com o sistema de posicionamento do motor (resolver ou encoder) e ao sistema de medio corrente.

KIT Hybrid Pack 1O Kit um mdulo de potncia proje-

tado para aplicaes em veiculos hbridos eltricos leves (HEV) para um mximo tenso de sada de 450 V e uma faixa de potncia de at 20 kW, projetado para uma temperatura de operao de juno de 175 C. O mdulo acomoda uma configurao de seis blocos de IGBTs de 3 gerao chamado de Trench-Field-Stop, com emissor controlado por diodos e capazes de operar numa faixa de at 400 A/650 V. So construdos baseados na tecnologia TRENCHSTOP IGBT da Infineon, que oferece conduo e perdas de comutao menores. HybridPACK 1 um mdulo de base e pode ser parafusado diretamen-te a um dissipador de calor a gua ou de ar com ventilao forada.

Este um inversor de design compacto, e o estgio da PCI de acionamento pode ser facilmente soldado na parte superior do mdulo. Todas as ligaes de potncia so realizadas com terminais de parafuso.

Os kits da Infineon citados acima so apresentados no documento que pode ser copiado no link: migre.me/5nqfV

Capacitor do Link DCO B25655J4307K um capacitor ele-

trnico de potncia da empresa Epcos AG (ver figura 7) seu uso extremamente recomendado, tanto que est incluso no kit. Por favor, consulte o datasheet da Epcos para mais detalhes. Explicaremos melhor os detalhes de seu funcionamento quando comearmos a montagem detalhada do E-Kart: migre.me/5nqhA

Elemento de resfriamentoPara aplicaes automotivas que exi-

gem controle de altas potncias mesmo com os modernos IGBTs, necessrio o uso de um elemento de refrigerao devido ao fato de que operam em temperaturas mais elevadas. A figura 9 mostra um sistema de arrefecimento a agua, de baixo custo e que j est includo no kit, parafusado diretamente no HybridPACK 1 .

A Figura 10 ilustra os desenhos com as dimenses mecnicas do conjunto dos IGBTs.

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O dissipador de calor para refrigerao de ar tambm uma soluo possvel, mas ser de um tamanho maior do que este dissipador de calor de gua apresentado. O sistema de arrefecimento, tipo radiador, fornecido junto com o chassi do veiculo por ser utilizado em motor a exploso.

Principais Caractersticas A placa do HybridPACK 1 oferece

os seguintes recursos:Seis acionamentos via mdulo IGBTSistema eltrica e mecanicamente adequados para 600 V do Mdulo IGBT HybridPACK 1. Inclui fonte de alimentao DC / DC Medio da tenso isoladaProteo contra curto-circuito com toff



dentro do mdulo IGBT. Os pinos 12, 13, 14, 16, 17, 18, 20, 21, 22 e 23 possuem os sinais lgicos que controlam os 6 drivers da placa que so os sinais PWM, deteo de falha e o sinal de reset.

Switching Mode Power Supply (SMPS)

A placa de acionamento tem um con-versor DC/DC integrado que gera uma

fonte de tenso secundria assimtrica e isolada de +15/-8V. Estas tenses so inde-pendentemente geradas atravs do uso de uma tenso de entrada unipolar de 12 V. Uma fonte de tenso adicional de 5 V gerada e enviada para o conector externo (K1) desta forma ela pode ser usada para alimentar os componentes externos do sistema (medidores de corrente, motor interface etc.)

Entrada LgicaA placa de acionamento um sistema

dedicado para o mdulo IGBT, por isso necessrio o uso de 6 sinais PWM separa-dos. Os desenhos esquemticos apresen-tam o bloco de entrada lgica com a lgica positiva de +5V. O bloco feito de filtros RC para cada sinal de PWM com o obje-tivo de reduzir o rudo. Adicionalmente, estes sinais so pulled-down justamente para evitar acionamentos indesejveis dos drivers. Tenha em mente que o Kit no fornece o tempo morto automaticamente. Cabe ao usurio gerar os sinais PWM com o tempo morto correto, por meio de software.

Comportamento de desligamento dos IGBTs

Devido s indutncias parasitas do sistema, overshoots de tenso podem ocorrer durante o desligamento do IGBT. Tais overshoots so adicionados tenso do link-DC, de modo que a tenso mxi-ma de bloqueio do IGBT ou do capacitor pode ser ultrapassada causando danos em ambos os componentes (DC capacitor link e mdulo IGBT). A fim de evitar tais riscos um circuito ativo de ajuste utilizado. Sem estes mtodos de proteo, a corrente mxima seria limitada apenas pela tenso do link DC e a tenso de overshoots de desligamento.

A sobretenso pode ser minimizada atravs do aumento da resistncia do gate, que vai reduzir o valor di/dt. A Figura 13 mostra o mximo valor de corrente de desligamento em diferentes tenses do Link DC-link para um dife-rente valor de resistencia do gate. Estes resultados foram obtidos com o capacitor do link DC descrito neste artigo.

Mxima frequncia de chaveamento

A frequncia de chaveamento do IGBT limitada pela energia disponvel e pela temperatura da PCI. De acordo com a teoria, as perdas de energia geradas nos resistores de gate so uma funo de uma etapa do gate de carga, tenso na sada do condutor e comutao de frequncia. A energia dissipada, principalmente atra-vs do PCI e eleva a temperatura ao redor dos resistores do gate. Quando a energia disponvel do conversor DC / DC no

F12. Interface da placa lgica com os gates d IGBTs.

F13. Grfico da corrente de desligamento x resistncia de gate dos IGBTs.

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excedida, o fator limitante para a mudana da frequncia a temperatura mxima ab-soluta para o material FR4. A temperatura de operao permitida de 105 C.

Geralmente as perdas de energia gerada nos resistores de gate podem ser calculadas de acordo com a equao(1):

Na Equao(1), Fs representa a fre-quncia de comutao, Dv representa o degrau de tenso na sada do driver, Pdis a potncia dissipada, Qge o valor do da carga do gate do IGBT correspondente a operao de comutao +15V/-8V. Este va-lor pode ser aproximadamente calculado a partir da folha de dados multiplicando-a por 0,77; que portanto, a frequncia m-xima limitada pela potncia disponvel, calculando ser:

Pdis = PRGEXT + PRGIANT = Vout . Fs . Qge

Fsmax = 4,6W

= 60,4 kHz(23V . 3,31C)

Como a temperatura est diretamente relacionada com a frequncia de comuta-o dos IGBTs, a frequncia de trabalho do kit est limitada temperatura da placa de circuito impresso que de 75C.

BoosterDois transistores para cada Driver so

usados para amplificar os sinais. Desta forma o IGBTs tero corrente suficiente para conduzir, mesmo que os circuitos integrados isoladamente no consigam entregar mais corrente. Um transistor NPN usado para ligar o IGBT e outro transistor PNP para desligar o IGBT.

Os transistores so dimensionados para ter pico de corrente suficiente para conduzir os mdulos HybridPACK 1. Corrente de pico pode ser calculada como na Equao (2):

Ipeak =Vout

(RGint + Rgext + RDriver)

Proteo contra curto circuito e Funo Grampo (clamping)

A proteo de curto-circuito do driver basicamente depende da deteco de um

nvel de tenso mais elevado que 9 V no pino desat do IC Driver 1ED020I12-FA , assim funo de grampo se torna ativa. Graas a este modo de operao, a sobre-tenso coletor-emissor, que um resulta-do da indutncia direta e da inclinao , a borda da corrente de coletor, limitada. A figura 14 mostra as partes do circuito necessrias para a funo de dessaturao e da ativao do grampo clamping.

No caso de um curto-circuito, a tenso de saturao coletor-emissor subir, assim o condutor detecta a ocorrncia do curto-circuito para proteger o IGBT que tem que ser desligado. Como consequncia do processo de desligamento do IGBT, no ocorrer a superao de tenso devido indutncia do filete da placa de circuito impresso do mdulo e o DC-link. Esta superao de tenso tem que ser menor

F14. Esquema eltrico do circuito de acionamento e proteo dos IGBTs.

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do que a tenso de bloqueio mxima do IGBT. Portanto, o driver tem uma funo ativa de aumentar a tenso diretamente sobre o gate.

A forma de onda de desligamento tpica, sob condio de curto-circuito e temperatura ambiente de um mdulo HybridPACK 1, sem quaisquer funes adicionais de proteo, mostrado na figura 15A.

A forma de onda tpica sob condio de curto-circuito com a funo de fixao ativa a temperatura ambiente mostrado na figura 15B.

Como pode ser visto, sobretenso sem grampeamento ativo em uma tenso DC de 71 V est prxima da tenso mxima

de bloqueio do IGBT do HybridPACK 1 (650 V), que pode danificar os disposi-tivos. No projeto esto implementados diodos de clamping de 440 V. O nvel de tenso deve ser ajustado dependendo da aplicao.

Sada de FalhaQuando ocorre um curto-circuito, a

tenso VCE detectada pela proteo de dessaturao do 1ED020I12-FA e ento o IGBT desligado. A falha relatada para o lado primrio do driver, enquanto no houver sinal de reset aplicado. O sinal de falha (/ FLT) ativo em sinal baixo - o es-quema do projeto implementado na placa pode ser visto na figura 16.

O sinal de falha (/ FLT) estar em estado Low se um curto-circuito ocorrer e at quando o sinal / RST forado para baixo. No driver cada um dos IGBTS tem seu prprio sinal de falha (FAULT_UTn, FAULT_UBn, FAULT_VTn, FAULT_VBn, FAULT_WTn, FAULT_WBn). Um LED ir avisar em caso de condio falha em um IGBT. Os sinais de falha so conec-tados em um circuito de lgica e a sada deste encaminhado para o conector externo (K1).

Medio de temperaturaO mdulo IGBT HybridPACK 1

inclui um NTC integrado, sensor que simplifica as medidas trmicas em in-versores de forma significativa. O NTC est localizado sobre o mesmo substrato de cermica junto com o IGBT e chips de diodo. O mdulo preenchido com gel de silicone para fins de isolamento e sob condies normais de operao os requisi-tos mnimos de isolamento de tenses so atendidos. A capacidade de isolamento do NTC testado com 2,5 KV AC no teste fi-nal por 1 minuto para 100% dos mdulos. O NTC ligado ao conector principal K1 (pino 10), por meio do circuito mostrado na figura 17.

Na figura 18 mostrada a relao entre a temperatura do IGBT (em volts) lida pelo sensor e a temperatura em graus Cel-sius (C) em cada mdulo (TEMP_IGBT, K1.10).

Medio de tenso DCNo Kit HybridPACK 1, a tenso no

link DC medida por meio de um amplifi-cador de isolamento que oferece a isolao galvnica necessria. A sada deste circui-to ligada ao conector externo (Vdc, K1.9).Figura 19 mostra a relao entre tenso do link DC e sinal de sada Vdc.

Perdas de comutaoPerdas de comutao podem ser dife-

rentes em comparao com os valores in-dicados no datasheet do mdulo do IGBT. A principal razo para esta discrepncia que as tenses de comutao usadas no Driver (+15 V para ativar-se e -8 V para desativar) diferem das tenses de comu-tao (15 V/-15 V). As perdas devem ser prximas dos valores do datasheet do HybridPACK 1, mas como mencionado, F15. Formas de onda de deslizamento tpicas: sem funo

de proteo (a) e com a funo de fixao ativa (b) .

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F16. Diagrama esquemtico do circuito de deteco de falhas.

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estes sero diferentes para as perdas de desligamento. Em geral, estas perdas de-pendem das indutncias de disperso do link DC e do aumento linear da tenso. No caso do driver, as perdas de desligamento no aumentam linearmente, devido ao fato de que o recurso de grampeamento ativo aumenta as perdas devido dimi-nuio do di / dt.

ConclusoComo pudemos ver, este um assunto

que no se esgota. incrvel ver para onde o universo da mobilidade est nos levando. Estudem este artigo, procurem por mais detalhes na internet. Neste meio vocs podem encontrar papers completos com informaes relevantes e explicaes sobre chaveamento de dispositivos de potncia, IGBTs e acionamento de moto-res eltricos. A teoria vasta e s vezes necessrio ir fundo na fsica, na mecnica e no eletromagnetismo para entedimento de determinados detalhes aqui apresentados. Na prxima edio avanaremos em uma direo mais prtica. A montagem. o que queremos. E esperamos vocs junto conos-co para vencer mais este desafio.

F17. Diagrama esquemtico do circuito do termmetro NTC.

F18. Grfico da temperatura IGBT (em V) x temperatura do mdulo (em C)

F19. Grfico da tenso DC Link (em V) x tenso do capacitor (mV).

E

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Circuitos Prticos

Proteo Crowbar

Um dos circuitos de proteo que o leitor deve aprender como funciona, dada a sua importncia em muitos equipamentos in-dustriais e de laboratrio, o crowbar ou p-de-cabra, pela sua analogia com essa ferramenta em forma de alavanca. Forando a queima de um fusvel de forma rpida, ele corta a alimentao de uma carga antes que o excesso de corrente possa causar danos. Veja, neste artigo, como funciona o circuito de proteo crowbar e a maneira de projet-lo.

Um problema que pode ocorrer num equipamento com defeito que, quando a anormalidade de funcionamento se manifesta, a subida da intensidade da corrente at o ponto em que o fusivel se queima, lenta. No intervalo que decorre desde a manifestao do problema at o ponto em que o fusvel se queima podem acontecer srios danos no equipamento alimentado.

Para evitar esse fato, acelerando a queima do fusvel quando o problema se manifesta, existem os circuitos crowbar.

Conforme mostra o grfico da figura 1, quando a anormalidade se manifesta, um circuito sensor acelera o crescimento da corrente no circuito, colocando-o prati-camente em curto, de modo que o fusvel se queima rapidamente evitando maiores problemas para os componentes.

Podemos comparar o efeito desse cir-cuito a uma alavanca ou p-de-cabra, que interrompe rapidamente o circuito em caso de excesso de corrente, mesmo que esse excesso seja apenas um pouco maior que o limite previsto e que, por isso, faria com que o fusvel no tivesse uma ao suficientemente rpida. O nome crowbar, em ingls, designa a ferramenta que conhe-cemos como p-de-cabra.

Como FuncionaO circuito crowbar bsico consiste de uma

chave que acionada por um circuito sensor de corrente, conforme ilustra a figura 2.

A chave ligada de tal forma que, ao ser acionada, coloca em curto o circuito de modo a provocar a rpida queima do fusvel.

Dessa forma, o circuito sensor que aciona a chave poder ser programado para ter uma ao muito rpida quando a corrente no circuito ultrapassar um valor programado.

A chave pode ser mecnica como, por exemplo, os contatos de um rel, ou de estado slido como um SCR ou mesmo um TRIAC.

Visto que a ao de colocar em curto e provocar a queima do fusvel muito rpida, at mesmo SCRs de correntes relativamente baixas podem ser utilizados na proteo de circuitos de correntes mais elevadas.

Os circuitos crowbar so teis na proteo de mquinas industriais, fontes de alimen-tao e diversos outros equipamentos, que possam ser sensveis elevao da corrente.

Circuitos Prticos

1. Circuito com TransistorNa figura 3 temos um primeiro circuito

crowbar simples que faz uso de um transistor e de um rel.

O resistor R calculado para que, com a corrente programada, leve o transistor conduo e com isso ao fechamento dos contatos do rel. Nestas condies, o rel coloca momentaneamente em curto o cir-cuito que alimenta a carga, provocando a queima do fusvel F.

Newton C. Braga

Saiba mais sobre essa clssica proteo eletrnica

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Circuitos Prticos

O rel dever ter uma bobina de acordo com a tenso de alimentao do circuito e uma corrente de at 100 mA para o tran-sistor indicado. Os seus contatos devem ser capazes de suportar a corrente elevada instantnea que ir circular pelo circuito na condio de curto-circuito.

R calculado para provocar uma queda de tenso da ordem de 0,7 V com a corren-te de disparo do sistema de proteo. A frmula ser:

R = 0,7/I

Onde:R a resistncia, em ohmsI a corrente, em ampres.Por exemplo, para uma corrente de 2

ampres, temos:

R = 0,7/2 = 0,35 ohms.

A dissipao ser dada por:

P = R x I2

Para 2 ampres, temos:

P = 0,35 x 2 x 2 = 1,4 W

Na prtica, usamos um resistor com pelo menos o dobro desta capacidade de dissipao.

Observamos que os valores indicados no so exatos, pois os transistores na verdade comeam a conduzir entre 0,6 e 0,7 V, o que significa que o ideal pr-ajustar este circuito fazendo testes e escolhendo o melhor valor de R nas proximidades do valor calculado.

2. Circuito com SCRNa figura 4 exibimos um outro circuito

em que usamos um SCR para colocar dire-tamente em curto a linha de alimentao da carga.

Quando a corrente atingir o valor que provoca sobre R o aparecimento da tenso de disparo do SCR, ele conduzir colocando em curto a linha de alimentao e, com isso, provocando a queima rpida do fusvel.

O valor do resistor R calculado da mes-ma forma que no caso do transistor, com a diferena de que em lugar dos 0,7 V da tenso de disparo, nos SCRs comuns ela pode variar entre 0,7 e 1,2 V conforme o tipo.

Tambm recomendamos que, neste caso, o projetista faa antes os testes de determi-nao de valores para o SCR escolhido.

O SCR dever ser capaz de suportar a tenso de alimentao do circuito na apli-

cao e ter uma corrente de pico maior do que a necessria queima do fusvel.

Veja que no ser preciso montar o SCR num dissipador de calor, uma vez que a corrente ir circular atravs dele por um intervalo de tempo muito pequeno.

3. Circuito com SCR e RelPodemos usar um SCR de corrente re-

lativamente pequena para disparar um rel que tenha corrente de contato mais elevada num circuito de proteo crowbar.

Na figura 5 mostramos como isso pode ser feito.

O resistor R deve ser calculado da mesma forma que nos casos anteriores.

Devemos ainda considerar que num SCR em conduo ocorre uma queda de tenso no sentido direto, da ordem de 2 V, o que deve ser compensado na escolha do rel empregado na aplicao, principalmente se ele for inferior a 12 V.

A bobina do rel utilizado pode ter correntes entre 50 mA e 500 mA.

F1. A ao do circuito crowbar reduz o tempo com excesso de corrente.

F2. Princpio de funcionamento do cirucito crowbar.

F3. Crowbar com transistor e rel.

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Circuitos Prticos

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4. Circuito Para Corrente Alternada

Na figura 6 temos um circuito de pro-teo que utiliza um SCR para operao em uma rede de corrente alternada com tenses a partir de 12 V.

O resistor R calculado da mesma forma que nos casos anteriores. Tambm devemos considerar que alm dos 0,7 V a 1,2 V de disparo do SCR, temos ainda que vencer a polarizao direta do diodo 1N4004. Deve ser somado ao valor entre 0,7 V e 1,2 V mais 0,7 V da conduo do diodo para o clculo de R.

Tipicamente, teremos:

R = 1,4/I

Onde:R a resistncia, em ohmsI a corrente desejada para o disparo,

em ampres.Dada a conduo muito rpida do SCR,

ele no precisar ser dotado de radiador de calor.

5. Circuito com Desligamento Automtico

O circuito apresentado na figura 7 tem a vantagem de desligar automaticamente a fonte de alimentao com a corrente pro-

F6. Crowbar para circuito de corrente alternada.

F7. Circuito crowbar com desligamento automtico.

F5. Crowbar com SCR e rel.

F4. Crowbar usando SCR.

gramada e, alm disso, fazer acender um LED de aviso. Quando a corrente superar o valor programado por R, o rel fechar seus contatos desligando a carga, e assim permane-cendo. Uma vez que o problema da carga seja sanado, basta pressionar S por um momento para que o circuito seja rearmado.

Em lugar do LED indicador podemos ainda usar algum tipo de alarme sonoro.

O rel dever ter bobina de 50 mA a 500 mA e uma tenso de acordo com a alimenta-o. Deve ser compensada a queda de tenso de 2 V no SCR, quando ele dispara.

A corrente dos contatos deve ser com-patvel com a carga controlada.

ConclusoOs circuitos de proteo Crowbar so

extremamente eficientes em muitos tipos de aplicaes, podendo evitar srios proble-mas de queimas de componente caros nos aparelhos. A sua ao muito rpida evita que os problemas de um equipamento se agravem com a queima de componentes onerosos.

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Circuitos Prticos

Conhea a Deriva Trmica

Um dos fatores preponderantes que provoca a destruio dos com-ponentes eletrnicos a falta de cuidado com a dissipao do calor que gerado por eles prprios. O fenmeno da deriva trmica ou thermal drift, que acelera a destruio do componente (quando tudo parece estar perfeito) a partir de uma pequena sobrecarga ou desequilbrio de funcionamento que d incio a um processo cumulativo, pode com-prometer muitos projetos especialmente os de alta potncia. Como acontece a deriva trmica e a forma de evitar os problemas decorrentes dela so os assuntos deste artigo.

Quando estudamos a dinmica dos corpos (Fsica) aprendemos que h trs modos de um corpo estar em equilbrio esttico, os quais so mostrados na figura 1.

Na primeira condio temos o cha-mado equilbrio indiferente (a), pois em qualquer posio do plano em que a esfera seja colocada ela certamente pode ficar parada (ou em equilbrio), sem problemas, em uma condio de equilbrio esttico, portanto.

Na segunda condio, temos uma situao de equilbrio estvel (b), que conseguida somente na posio mais baixa da calha. Se tentarmos tirar a esfera dessa posio, colocando-a em outra, ela no poder permanecer e tender a voltar posio original no fundo da calha.

Finalmente, temos uma condio de equilbrio instvel (c), que justamente a que servir de ponto de partida para o estudo do nosso problema eletrnico. Nessa condio a esfera fica equilibrada, mas de

modo muito crtico na posio indicada. No entanto, qualquer movimento, por menor que seja, para um lado ou para outro, e que tenda a deslocar a esfera dessa posio, far com que entrem em ao foras que levaro essa esfera a se afastar rapidamente do ponto de equilbrio para nunca mais voltar de maneira expontnea.

Na eletrnica ocorre um fenmeno que pode ser analisado de maneira anloga, que a deriva trmica.

Passando para a EletrnicaA maioria dos componentes eletrnicos

bastante sensvel s mudanas de tempe-ratura. Por menores que sejam, essas mu-danas acabam por afetar as caractersticas eltricas da maioria deles de modo mais ou menos acentuado conforme cada um.

Os transistores, diodos e semicondutores em geral, tm suas correntes de fuga aumen-tadas sensivelmente quando a temperatura de suas junes aumenta, conforme ilustra o grfico da figura 2.

Newton C. Braga

Entenda como funcionam os circuitos de compensao de temperatura

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Circuitos Prticos

F1. Os tipos de equilbrio.

Em outras palavras, a resistncia (no sentido inverso) das junes dos semicon-dutores diminui quando a temperatura aumenta.

Entretanto, outros componentes, a exemplo dos resistores, possuem coeficien-tes positivos de temperatura, ou seja, sua resistncia aumenta quando a temperatura aumenta.

Podemos falar tambm dos NTCs (Negative Temperature Coefficient) que so componentes cuja resistncia diminui com o aumento da temperatura; veja a figura 3.

Em um circuito eletrnico, tal qual uma etapa de sada de potncia de um amplifica-dor operacional ou ainda de um amplificador de pequena potncia do tipo mostrado na figura 4, as correntes de repouso esto, na verdade, fixadas de um modo crtico para uma condio de funcionamento no que se considera uma temperatura normal.

Todavia, na prtica, as temperaturas dos componentes desse circuito variam, tanto em funo da temperatura dos locais onde eles funcionam como tambm pelo prprio calor gerado devido ao seu modo de funcionamento.

Quando exigido a trabalhar em plena potncia, o transistor tende a gerar mais calor e, com isso, a se aquecer a ponto de mudar as condies de operao ideais do prprio circuito em que ele se encontra.

Da mesma forma que aquela esfera ficava nas condies de equilbrio (exemplo da dinmica dos corpos), o funcionamento de uma etapa eletrnica deste tipo tambm pode tender a trs condies distintas.

Os componentes podem ter caracte-rsticas tais e estarem ligados de tal forma que, no importando a temperatura de operao (dentro de uma faixa de valores que no implique em sua destruio), um

eventual aumento de uma resistncia seja compensado pela diminuio de outra de modo a manter constantes as correntes e, portanto, a polarizao do circuito.

Neste caso, no se alteram as intensida-des mdias de corrente nos diversos com-ponentes e as quantidades de calor geradas por eles. Nestas condies, o equilibrio trmico do aparelho pode ser considerado indiferente.

A complexidade da maioria dos circuitos (tanto em funo da elevao da tempera-tura quanto do nmero de componentes) e a variedade de comportamentos que no so lineares com a temperatura tornam esta condio muito difcil de ser obtida na prtica.

Veja que seria interessante dispormos de um aparelho cujas caractersticas de fun-cionamento fossem totalmente indiferentes temperatura ambiente, pois os problemas que justamente estamos analisando aqui, no ocorreriam.

No entanto, o que se torna perigoso para a integridade de qualquer aparelho, que podemos ter uma condio de equilbrio trmico instvel.

Tomemos por exemplo uma etapa de sada de um amplificador de udio em push-pull, conforme configurao apresentada na figura 5. Esse tipo de circuito tambm pode ser encontrado em controles de mquinas acionando solenoides ou mesmo motores de corrente alternada e inversores.

Os componentes que polarizam as bases dos transistores so calculados para um valor que produza uma corrente de repouso que no comprometa os transisto-res de sada e que, ao mesmo tempo, com a aplicao de um sinal de udio, permita uma amplificao com o rendimento e fidelidade desejados.

Vamos supor, entretanto, que, por algum motivo, o amplificador seja levado a uma operao num local de temperatura maior do que a prevista como normal. Isso poder ainda ser agravado por uma condio de ventilao deficiente (algum colocou al-guns CDs e objetos justamente tampando os furos de ventilao do aparelho sobre a caixa, coisa muito normal para esse tipo de equipamento).

F2. Corrente de fuga x temperatura em semicondutores.

F4. A corrente de repouso desta eta-pa muito sensvel temperatura.

F3. NTC e curvas caractersticas.

F5. Uma etapa de sada com transis-tores em " Push-Pull".

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Circuitos Prticos

Com a elevao da temperatura, aumen-ta a corrente de fuga dos transistores que se soma com a corrente de base. O resultado que a corrente de coletor determinada pela corrente de base e, com o aumento da primeira, a consequncia um aumento da corrente de coletor em condio de repouso.

O aumento da corrente de coletor produz um efeito importante: faz com que o tran-sistor gere mais calor, e ele tem que dissipar esse calor. Ora, para dissipar mais calor, o transistor se aquece mais e o resultado da elevao adicional da temperatura no po-deria ser outro: aumenta a corrente de fuga que se soma corrente de base. O fenmeno semelhante ao de uma bola de neve ou reao em cadeia: aumentando a corrente de base, aumenta a de coletor; aumenta a temperatura e novamente a corrente de base, e o resultado final catastrfico: a corrente no componente se torna to intensa, assim como o calor gerado, que a queima dos componentes inevitvel!

Note, ento, que bastar um empur-rozinho inicial para que o processo v tomando corpo, com uma deriva trmica que far o circuito fugir das condies ideais de funcionamento, levando os componentes mais sensveis queima.

Para um circuito como esse preciso agregar recursos que impeam que tal fenmeno acontea.

Um modo simples para compensar os efeitos da elevao da temperatura (que tende a aumentar a corrente nos transistores) conseguido com o uso de um termistor ou NTC, ligado de acordo com o circuito da figura 6.

O termistor ou resistor com coeficiente negativo de temperatura (Negative Tempe-rature Coefficient) um componente que, conforme o nome diz, diminui de resistncia quando a temperatura aumenta. Ligado en-tre a base do transistor e o emissor (atravs do enrolamento do transformador, nesta aplicao) ele tende a diminuir a tenso de polarizao e, com isso, reduzir a corrente de base quando a temperatura aumenta. Ora, isso faz com que a corrente total no transistor se mantenha constante e ele no tenda a aquecer mais, obtendo-se uma con-dio de equilbrio trmico estvel.

Nos amplificadores de udio e de uso industrial de potncias elevadas com tran-sistores bipolares ligados na configurao de simetria complementar ou quasi-comple-mentar, temos duas outras possibilidades para manter o equilbrio trmico e, conse-quentemente, evitar a deriva trmica. Essas possibilidades so mostradas no circuito da figura 7.

So usados diodos comuns de silcio para polarizar as bases dos transistores de tal forma que sua resistncia diminui com o aumento da temperatura. Na verdade, o que sucede uma elevao da corrente nesses componentes quando a temperatura aumenta e, assim, temos um efeito seme-lhante ao obtido pelo NTC.

A grande vantagem dessa configurao que os diodos tendem a manter intrin-secamente entre seus terminais a mesma tenso base-emissor que precisamos para polarizar o transistor.

Alguns amplificadores de potncias elevadas fazem o mesmo, porm usando um transistor de uso geral de baixa potncia

como sensor, conforme mostra a figura 8. Para sentir a temperatura dos transistores de sada, que so justamente os que devem dissipar mais calor e por isso operam nos limites (levando a deriva trmica a ser um elemento de grande perigo para sua inte-gridade), a montagem do sensor (transistor) feita no prprio dissipador de calor; veja a figura 9.

Os transistores empregados como sen-sores, neste caso, so colados com epoxi ou outra cola forte no dissipador de calor dos transistores de sada do amplificador.

A operao deste sistema de segurana simples: quando aumenta a temperatura e a corrente de coletor dos transistores de potncia tambm tende a aumentar, cresce da mesma forma a conduo do transistor utilizado como sensor, desviando assim a corrente de base, que reduzida automati-camente. Nessas condies, com a corrente de polarizao diminuindo, tambm reduzida a corrente entre o coletor e o emissor e, com isso, a potncia desenvolvida no transistor, responsvel pela elevao de sua temperatura.

Mas, no somente com os circuitos transistorizados que esse problema pode ocorrer. Na verdade, com os circuitos inte-grados, o problema pode ser considerado ainda mais grave, uma vez que todos os componentes esto numa mesma pastilha de silcio e qualquer aquecimento excessivo de um deles reflete-se imediatamente nas caractersticas dos outros.

Dessa forma, um cuidado especial tomado nos projetos, principalmente nos

F6. Compen

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