Luz de Emergência Inteligente (ART976)

Sem usar relés ou circuitos integrados especial este projeto é totalmente baseado em Transistores de Efeito de Campo de Potência (Power MOSFETs). Com características inéditas ele tem um excelente desempenho e pode servir de base para outras aplicações.

Somente se estiver escuro no local em que o sensor for instalado, quando ocorrer um corte da energia da rede local, uma ou mais lâmpadas de 12 V serão acionadas a partir de uma bateria que fica em constante recarga. Esta é a finalidade deste interessante projeto que tem ma configuração diferente baseada exclusivamente em transistores de efeito de campo de potência (Power MOSFET).

De fato, as aplicações dos transistores de efeito de campo de potência tem sido muito mais frequentes em circuitos em que eles são disparados por outros estágios como fontes chaveadas, saídas de vídeo, etapas de controle etc., funcionando apenas como elemento secundário e não principal do projeto.

No entanto, os transistores de efeito de campo de potência possuem algumas características que permitem seu aproveitamento de forma independente, como elementos ativos básicos de muitos tipos de projetos.

Um exemplo prático disso é o circuito que descrevemos em que dois transistores de efeito de campo de potência são usados num sistema de iluminação de emergência inteligente que dispensa inclusive o uso de relés.

A grande sensibilidade destes componentes permite que eles trabalhem diretamente com os sinais de sensores e acionem cargas de alta corrente como lâmpadas, sem a necessidade de elementos intermediários como etapas de amplificação e relés.

COMO FUNCIONA

Na figura 1 temos um diagrama de bloco que mostra as funções realizadas pelo sistema de iluminação de emergência.

Diagrama de blocos do sistema de luz de emergência.

Na entrada temos um transformador que fornece alimentação para a carga lenta de uma bateria de 6 ou 12 V que tanto pode ser de Nicad como do tipo chumbo-ácido selada.

A tensão de carga da bateria é retificada por D1 enquanto que R3 fornece a limitação da corrente tendo seu valor dependente da bateria usada. O valor indicado no diagrama é para uma bateria comum com uma carga da ordem de 50 mA.

O transformador também fornece através de D2 o sinal de indicação de que existe energia na rede. Este sinal mantém polarizado o transistor de efeito de campo Q1 de tal forma que ele põe em curto o LDR através do diodo D3 na presença desta energia.

Isso significa que, quando a iluminação ambiente o LDR mantém-se na condição de baixa resistência e com isso Q2 na condição de corte. A lâmpada é então mantida sem alimentação.

Se na presença de luz houver um corte de energia, o LDR ainda mantém o transistor Q2 com a comporta praticamente aterrada em com isso no corte. A lâmpada permanece apagada.

No entanto, se houver um corte de energia o transistor Q1 é levado ao corte. Se nestas condições o ambiente ficar escuro o LDR tem sua resistência aumentada a ponto de permitir que P1/R5 polarizem o transistor Q2 de modo que ele conduza a corrente. Nestas condições a lâmpada acende.

Veja que, se ficar escuro na presença de energia, Q1 mantém o transistor cortado via D3, pois aterra a comporta de Q2.

O potenciômetro P1 serve como um ajuste de sensibilidade para que o disparo ocorra em função da falta de iluminação no nível desejado. Veja que o LDR deve ser instalado num tubo apontado para longe da lâmpada para que não ocorra realimentação.

O tempo em que a lâmpada pode ser mantida acesa a partir do momento em que ocorra um corte de energia depende tanto da sua potência como da capacidade da bateria.

Sugerimos o uso de uma lâmpada de 12 V com corrente na faixa de 200 a 500 mA instalada num pequeno refletor para iluminar uma sala de escritório ou ambiente de médias dimensões.

MONTAGEM

Na figura 2 temos o diagrama completo do sistema de Luz de Emergência Inteligente.

Diagrama da luz de emergência.

O aparelho pode ser montado com base na placa de circuito impresso mostrada na figura 3.

Sugestão de placa.

O transistor Q2 precisa ser montado num radiador de calor de acordo com a potência das lâmpadas controladas. Qualquer Power MOSFET com corrente a partir de uns 2 ou 3 A pode ser usado.

O resistor R4 deve ter o maior valor possível a partir de 1 k Ω pois ele determina o consumo em repouso do aparelho "roubando" um pouco da corrente de carga. Experimentos feitos com o protótipo revelaram que a maioria dos FETs experimentados suporta resistores de até 10 k Ω sem problemas.

O resistor R3 deve ser de acordo com a corrente de carga da bateria que vai ser usada. Para uma bateria de carro de 12 V este resistor deve ser reduzido para 82 a 100 Ω com dissipação de pelo menos 4 W.

O transformador também depende da bateria sendo usados tipos de acordo com a sua tensão. A corrente pode ficar entre 300 e 500 mA.

O capacitor C1 tem por finalidade evitar que o circuito dispare com cortes muito curtos de energia ou mesmo transientes que poderiam até sobrecarregar o transistor Q1. Seu valor não é crítico podendo ficar entre 1 e 100 µF.

Como sensor qualquer tipo de LDR comum pode ser usado sem problemas.

AJUSTE E USO

Inicialmente ligue a unidade com uma bateria carregada. Tampe momentaneamente o LDR e ajuste P1 para que a lâmpada acenda.

Mantendo o LDR tampado e ligando a unidade à rede de energia a lâmpada deve apagar. Retoque o ajuste de P1 se isso não ocorrer.

Verificado que o sistema funciona faça a instalação definitiva, tomando cuidado com o posicionamento do sensor.

Na figura 4 damos uma idéia de como o sistema pode ser instalado, com o LDR apontado para local em que não receba a luz da própria lâmpada alimentada pelo aparelho.

Modo de instalar a luz de emergência.

Uma aplicação interessante para este sistema é para detectar o corte de energia em sistemas de alarme. No caso a lâmpada pode ser substituída por uma sirene ou outro sistema de aviso.