TID - Controlador de Temperatura

TRABALHO DE ESTUDO DIRIGIDO ED - 2014 CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA / COMPUTAO

Resumo: Se props atravs deste relatrio o projeto e a

montagem de um sensor de temperatura para acionamento de

um cooler usado na dissipao do calor encontrados em

microprocessadores em geral quando estes esto em uso. O

principal objetivo foi o uso de um comparador de sinal atravs

de um amplificador operacional na configurao de comparador de tenso.

Abstract: Has set itself, through this report, the project and

assembling of a temperature sensor for actuation of cooler used

in general microprocessors heat dissipation when there are in use. The main aim was the use of a voltage comparator made

by an operational amplifier in a voltage comparison

configuration. Palavras Chave: sensor, temperatura, dissipao, comparador, amplificador operacional.

I. INTRODUO

O atuador envolvido no projeto o cooler e este um

dispositivo utilizado na dissipao de calor em

microprocessadores utilizados em computadores em geral. Para o acionamento do mesmo em uma determinada temperatura

preciso saber como so os estados deste dispositivo. O Cooler

um dispositivo biestvel com variao de velocidade pequena,

ou seja, ou est ligado (hlices girando) ou desligado (hlices

paradas), alm disso, funciona com corrente contnua e tenso

nominal de 12V, sendo esta ltima caracterstica do cooler

utilizado neste projeto e no necessariamente de todos no

mercado.

Outro fator importante do projeto o tipo de sensor

utilizado para o controle de temperatura, por exemplo, o PT

100, termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) ou um

simples potencimetro ou trimpot. Optou-se pelo o uso do potencimetro por ser de barato e fcil de se utilizar bastando

apenas variar sua resistncia atravs de seu prprio knob, no

sendo necessrio o uso de dispositivos que alterem a

temperatura para testes, como no caso do PT 100 ou NTC.

necessrio tambm o uso de algum dispositivo que faa a

comparao dos sinais de tenso, seja do fator externo mapeado

pelo sensor como a tenso configurada que corresponde ao

acionamento do cooler. O objetivo deste pequeno projeto o

uso de um amplificador operacional que o tema da disciplina

em que esse relatrio foi exigido, logo utilizado um

amplificador operacional na configurao de comparador de tenso.

Alm disso, sabe-se que a corrente da carga, o

Cooler, de 100 mA aproximadamente e como o amplificador

operacional no dispes tal corrente necessrio a montagem

de algum mdulo de potncia para o funcionamento da carga.

Foi usado um transistor de potncia BD139 que possibilita uma

corrente de at 1 A desde que o mesmo seja acoplado a um

dissipador de potncia. Porm como carga no exige isso e sim

uma mdia de 80 mA foram calculados valores de resistores para tal parmetro.

E por fim, necessria uma janela de comparao par

o acionamento do Cooler, visto que a tenso para

funcionamento do dispositivo no necessariamente a mesma

para que o mesmo seja desligado. Essa janela de comparao

pode ser obtida com o uso de um circuito de histerese. O

diagrama de blocos abaixo, figura 1 demonstra a base do projeto

[1].

Figura 1 Diagrama de blocos do projeto

II. SENSOR DE TEMPERATURA

Pela facilidade e custo para o sensor de temperatura

utilizou-se um divisor de tenso com o uso de dois

potencimetros e um resistor que determinaram o sinal da

entrada no inversora do comparador de tenso. Neste divisor

de tenso o potencimetro 1 o responsvel pela variao do

sinal na entrada no inversora do comparador, o potencimetro

2 determina a temperatura em que o cooler ser acionado. O clculo do resistor utilizado nesse divisor de tenso dado

abaixo por (1). O circuito usa tenso de 12V visto que a tenso

nominal do cooler, o potencimetro 1 simula um termistor NTC

em que em 100% de sua resistncia apresenta a temperatura

proporcional de 25 C, ou seja, quando uma temperatura de 25

C encontrada no ambiente a resistncia equivalente do

termistor de 10 k, logo o potencimetro utilizado possui o mesmo valor quando se encontra em 100%. No NTC quando a

temperatura ambiente aumenta a resistncia equivalente do

dispositivo cai exponencialmente, no caso desse projeto ser

semelhante, salvo que o potencimetro linear e no exponencial.

Como foi atribudo no projeto que a tenso em que o

Cooler ser desligado ser a de 6,2 V, o potencimetro de 5 k utilizado no divisor de tenso ser configurado para que apenas

CONTROLADOR DE TEMPERATURA ATRAVS DE COMPARADOR LM741

*A. A. da S. Santos e ** Danilo dos S. Lage.

*Engenharia da Computao/ETEP Faculdades, So Jos dos Campos, Brasil **Engenharia Eltrica/ETEP Faculdades, So Jos dos Campos, Brasil

E-mails: [email protected], [email protected]

Sensor de

Temperatura

Comparador

Comparador

Mdulo de Potncia


50% de sua resistncia seja usada assim o valor da resistncia

em srie com o mesmo ser de 8,2 k.

6,2 = (2,5+3)12

2,5+3+10 (1)

77,5 + 6,23 = 30 + 123 (1)

3 8,2 (1)

Com o potencimetro 2 com mesmo valor, ou seja, em

50% ou 2,5 k quando o cooler for acionado o valor na entrada no inversora ser de 8,2 V aproximadamente, dessa maneira possvel calcular o valor do potencimetro 1 quando o cooler

acionado, se obteve que o potencimetro estar

aproximadamente em metade de seu valor ou seja, 50%, a

equao (2) demonstra tal afirmao.

8,2 = (2,5+8,2)12

2,5+8,2+1 (2)

87,74 + 8,21 = 128,4 (2)

1 0,496 (2)

%1 49,6% (2)

A figura 2 dispe a primeira parte do circuito, sendo

este o sensor de temperatura. O circuito foi girado em 90 para

melhor formatao na pgina.

Figura 2 Circuito sensor de temperatura

III. CIRCUITO DE HISTERESE

Como disposto anteriormente necessria uma

janela de comparao, ou seja uma faixa que possui os extremos

de acionamento e desligamento do cooler. Assim quando

aciona-se o dispositivo preciso que ele resfrie o

microprocessador por exemplo para depois ser desligado. O objetivo desse bloco do projeto a longevidade do dispositivo

de dissipao de calor.

Para a confeco dessa janela de comparao que

ser ligada na entrada inversora do comparador foi usado o

transistor BC548 como chave que quando acionado pe o

devido valor resistivo em curto para a diminuio da tenso de

referncia do comparador e quando desligado deixa a tenso de

referncia com seu valor normal.

O clculo dos resistores utilizados no circuito de

histerese para o acionamento do cooler na temperatura

desejada, se d quando a entrada inversora est em 8,2 V com o

transistor em corte. Outro fator a ser considerado que para termos um faixa de comparao de pelo menos 1,5 V

necessrio que a tenso na entrada inversora seja de 6,6 V no

modo saturado do transistor. Assim o sistema abaixo determina

os valores (3), (4), (5), sendo respectivamente: 2, 4 5.

{

2 +4

2 +4 +5=8,1

124

2 +4=6,6

12

2 0,824 5 0,644

Usando um resistor de 15k (4) para 4 por se tratar de um valor comercial de resistor, se obtm:

2 12 (3) 5 10 (5)

Alm disso necessrio garantir que o transistor esteja em corte quando a sada do amplificador for baixa,

aproximadamente 1,1 V e em saturao quando a mesmo estiver

alta, aproximadamente 10,8 V. necessrio calcular o divisor

de tenso para que a tenso VBE do transistor seja 0,7 quando

a sada for 10,7 V. Logo (6) para 6 e (7) para 7:

6 15 (6) 7 1,2 (7)

Abaixo o circuito de histerese dado pela figura 3,

nota-se que sua sada ligada na entrada inversora do

comparador para atuar como tenso de referncia.

Figura 3 Circuito para histerese


IV. MDULO DE POTNCIA

O mdulo de potncia formado por um transistor

de potncia que faz o chaveamento liga/desliga no cooler.

necessrio calcular os valores dos resistores de polarizao do

transistor de potncia BD139. Quando a sada do amplificador

estiver em alta o transistor ser chaveado para trabalhar em saturao e quando a sada estiver em baixa o mesmo trabalhar

no corte. A corrente mdia do cooler como dita anteriormente

de 80mA e o hfe mnimo do transistor de 40. Por definies

j obtidas em configuraes de projeto anteriores sabe-se que a

corrente no resistor 7 deve ser 10 vezes maior que a corrente da base do transistor que mxima de 2 mA. Outro fato que

tm-se 0,7 V na base do transistor quando a sada do

comparador estiver em nvel alto. Usando o valor de 8 = 1 se obteve (8) para 7.

7 1,2 (7)

A figura 4 demonstra o desenho esquemtico do

projeto final.

Figura 4 Circuito do projeto

V. COMENTRIOS E CONCLUSO

O projeto controle de temperatura atravs de um

comparador de tenso s corretamente obtido se o uso de uma

janela de comparao for usado, no caso do atuador ser um

cooler. facilmente notado que no possvel controlar a

velocidade do atuador com esse projeto. Outro fato

extremamente importante a ser citado que o esse tipo de

atuador necessita de um circuito de potncia para seu acionamento, visto que o amplificador operacional no dispe

uma corrente mais elevada.

VI. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Serman, Daniel; Rapoport, Eduardo; Gomes, Fbio; Moraes, Roberto.

Controle de temperatura em dispositivos eletrnicos. UFRJ Departamento

de Eletrnica e Computao. 2002.

Agradecimentos: ETEP, pela disponibilizao do espao fsico e ferramentas

necessrias para o desenvolvimento do projeto.

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