Inversor de Alto Rendimento (ART1921)

A utilização de transistores de efeito de campo de potência facilita o projeto de inversores para lâmpadas fluorescentes. O circuito apresentado tem excelente rendimento mesmo usando um transformador comum, e é ideal para um sistema de iluminação de emergência para o lar ou pequenos estabelecimentos. Também recomendamos seu uso em acampamentos e barcos.

Um bom projeto de inversor inclui um transformador especial com núcleo de ferrite e transistores de comutação de alta potência. Isso garante bom rendimento com maior potência de saída.

Alguns projetos mais sofisticados, como os que se destinam a alimentação de aparelhos eletrônicos e domésticos, operam com sinais senoidais e possuem regulagem tanto de frequência como de tensão.

Nosso projeto, apesar de usar transformador comum, emprega transistores de efeito de campo (FETs) de potência e é indicado para lâmpadas fluorescentes ou outras aplicações onde a carga admite uma boa faixa de tensões de operação e frequências.

O circuito tem bom rendimento, com uma potência de saída que, dependendo do transformador, pode superar os 20 W, o que, com lâmpadas fluorescentes, representa um excelente nível de iluminação.

Características

Tensão de alimentação: 12 V

Corrente: 400 mA a 3 A (depende do transformador) j

Frequência de operação: 100 Hz a 1 kHz (ajustável)

Tensão de saída: 100 V a 500 V (conforme o transformador)

Para gerar o sinal de controle dos transistores de potência temos uma porta NAND do 4093 ligada como oscilador de baixa frequência. A frequência deste oscilador é ajustada em P1 e depende, em sua faixa, de C1.

Este capacitor poderá ser alterado na faixa de 47 nF a 220 nF, conforme a necessidade.

O sinal quadrado obtido na saída de CI-1b vai para duas etapas separadas elaboradas em torno das três portas restantes do 4093B.

A primeira é um circuito não inversor, obtido com a ligação em série de dois inversores em tomo das portas CI-c, e CI-1d, de modo a obtermos no pino 10 do integrado um sinal com a mesma fase do oscilador.

A segunda é um circuito inversor, formado por uma única porta, no caso Cl-1d.

Obtemos na sua saída (pino 11) um sinal em oposição de fase, em relação ao do oscilador.

Os dois sinais excitam então, via comporta, dois transistores de efeito de campo de contrafase.

Os drenos dos transistores têm como carga o enrolamento de baixa tensão do transformador.

Como a resistência entre dreno e fonte (Rds) dos FETs de potência saturados é extremamente baixa, temos um excelente rendimento na comutação destes componentes, o que proporciona uma elevada corrente no enrolamento de baixa tensão do transformador.

Como o sinal aplicado é retangular, ou bem próximo disso, considerando-se a velocidade de comutação dos transistores temos a indução de uma alta tensão do enrolamento primário do transformador, que facilmente pode superar os valores indicados para a alimentação de corrente alternada.

Assim será normal obtermos de 400 V a 600 V no enrolamento de 220 V de um transformador comum usado neste projeto.

Como a tensão não é senoidal e tem picos elevados, não indicamos este projeto para a alimentação de qualquer aparelho eletrônico.

Ele é indicado apenas para cargas do tipo fluorescente.

Na figura 1 temos o diagrama completo do aparelho, que deve ser alimentado por bateria.

Figura 1 – Diagrama completo do inversor | Clique na imagem para ampliar |

Na figura 2 temos a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.

Figura 2 – Placa de circuito impresso para a montagem | Clique na imagem para ampliar |

Os transistores de potência devem ter radiadores de calor. Podemos usar qualquer FET de potência com tensão dreno-fonte (Vds) de pelo menos 200 V e corrente máxima contínua de pelo menos 6 A nesta aplicação.

O transformador é comum, com primário de 110/220 V, ou somente 220 V, e secundário de 12+12 V e corrente entre 500 mA e 2 A. Transformadores maiores também resultarão em maior potência de saída.

Como temos na saída tensões elevadas, o cabo para a lâmpada fluorescente pode ser fino, mas deve ser bem isolado para se evitar o perigo de choques.

O cabo de 12 V deve ser grosso, já que temos uma corrente alta circulando por este setor. O único ajuste do circuito será feito num trimpot comum P1.

Para provar o inversor deve-se ligar uma lâmpada fluorescente como carga.

Mesmo uma lâmpada já enfraquecida pelo uso pode ser usada neste circuito, pois a elevada tensão do transformador não terá dificuldades em ionizá-la.

Acionando o circuito, ajuste P1 de modo a obter a frequência que dê o melhor rendimento.

Comprovado o funcionamento é só instalar o circuito de maneira desejada.