Disjuntor Eletrônico: Projeto, Esquemático e Operação Explicados

Disjuntor Eletrônico – Diagrama de Circuito, Funcionamento e Aplicações

Dispositivos CA que usamos em nossas casas geralmente têm um limite para lidar com corrente e tensão. Esses valores limiares de tensão e corrente são chamados de classificação do dispositivo, e são as medidas dadas pelos fabricantes na faixa em que o dispositivo funcionará corretamente. Não apenas a tensão e corrente nominal são necessárias para as condições de operação mais ideais, elas também são as medidas acima das quais o dispositivo pode ser danificado. Um dispositivo defeituoso às vezes prejudica outros dispositivos conectados à mesma rede.

Esses problemas ocorrem devido a flutuações na tensão que obtemos de nossa rede elétrica e são geralmente inevitáveis. Esses picos de tensão são responsáveis por danificar muitos dispositivos eletrônicos, desde pequenos eletrodomésticos em nossas casas até grandes máquinas industriais de alto desempenho. O artigo aborda como fazer um disjuntor eletrônico que usaria sua circuitaria de forma a proteger nossos dispositivos de picos súbitos de tensão e desconectar a carga da rede.

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Diagrama de Circuito do Disjuntor Eletrônico

Um diagrama esquemático do circuito é mostrado abaixo:

Componentes Necessários para Disjuntor Eletrônico

1. CI Amplificador Operacional LM358
2. Regulador 7805 = +5V
3. Relé = 5V
4. CIs BC547 = 2 Unidades
5. Transformador Redutor = 12V
6. Potenciômetro Variável = 10kΩ
7. Ponte de Diodos
8. Resistores = 1kΩ, 2kΩ, 2.2kΩ, 5.1kΩ e 10kΩ
9. Capacitores = 0.1μF, 10μF e 100μF

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LM358

O CI LM358 é um CI Amplificador Operacional (Op-Amp). É um CI Op-Amp de baixo consumo e duplo canal. Possui dois Op-Amps internamente compensados em frequência, independentes e de alto ganho. É feito para funcionar com uma única fonte de alimentação e pode operar em uma ampla faixa de tensões. Existem muitas aplicações para este CI, que incluem bloco de ganho CC, amplificadores de transdutor e circuitos Op-Amp convencionais. Este CI tem encapsulamento de oito pinos.

O pinout é mostrado na figura abaixo.

A estrutura interna do CI é mostrada na figura acima. O CI, como discutido, tem dois Op-Amps independentes. Os terminais 1 e 7 são os terminais de saída dos Op-Amps. Os terminais 3 e 5 são os terminais não inversores, enquanto os terminais 2 e 6 são os terminais inversores. Existem os terminais de terra e VCC normalmente presentes nos pinos 4 e 8, respectivamente.

Este CI, além de ser econômico e facilmente disponível, tem mais algumas características redentoras que são mais voltadas para o lado eletrônico. Algumas das características estão listadas abaixo.

1. Seu principal ponto de venda: os dois Op-Amps são internamente compensados em frequência
2. A faixa de fonte de alimentação única é 3-32 V.
3. A faixa de fonte de alimentação dual é -16 a -1,5V ou de 1,5V a 16V.
4. Ganho de tensão é 100dB e a largura de banda é 1 MHz.
5. Corrente de consumo da fonte pelo CI é muito baixa. Geralmente na faixa de 500µA.
6. Existe uma pequena tensão de offset na entrada, geralmente cerca de 2mV.
7. Tensão de modo comum obtida do CI contém o potencial de terra.
8. A tensão diferencial de entrada e a tensão de alimentação dadas ao CI são comparáveis.

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CI Regulador 7805

Circuitos que têm fontes de tensão neles podem ter flutuações resultando em não fornecer saídas de tensão fixa. Um dos CIs populares para este propósito é o CI Regulador 7805, que é um membro de reguladores de tensão lineares fixos usados para manter tais flutuações. Existem muitas aplicações em que o 7805 é usado e as principais são:

1. Regulador de saída fixa
2. Regulador positivo em negativo
3. Regulador de saída ajustável
4. Regulador de corrente
5. Regulador de tensão CC ajustável
6. Fonte dual regulada
7. Circuito de proteção contra inversão de polaridade de saída
8. Circuito de projeção de polarização reversa

CI Regulador de Tensão LM 7805
Pino Nº	Nome do Pino	Função
1	Entrada	Aplicar tensão não regulada para obter saída regulada
2	Terra	Conectado ao terra
3	Saída	Saída é um sinal de tensão regulada

O CI quando recebe uma tensão de entrada de 7,2V, atinge sua eficiência máxima.

No CI regulador de tensão 7805, muita energia é dissipada na forma de calor. A diferença entre o valor da tensão de entrada e a tensão de saída aparece como calor. Portanto, se a diferença entre tensão de entrada e saída for alta, haverá mais geração de calor. O furo no transistor é para conectar um dissipador de calor. Portanto, este CI também prevê provisionamento para dissipador de calor.

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Transistor BC547

BC547 é um transistor de junção bipolar NPN. Principalmente usado para fins de chaveamento e amplificação. A menor quantidade de corrente na base é usada para controlar a maior quantidade de correntes no coletor e emissor. Suas aplicações básicas são chaveamento e amplificação. Abaixo está o pinout do transistor BC547:

O funcionamento do transistor é direto. Quando a tensão de entrada é aplicada em seus terminais, alguma quantidade de corrente começa a fluir da base para o emissor e controla a corrente no coletor. A tensão entre a base e o emissor é negativa no emissor e positiva no terminal da base para sua construção NPN.

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Relé

Um relé é um interruptor operado eletricamente, eletromagneticamente ou eletronicamente. O interruptor pode ter qualquer número de contatos em múltiplas formas de contato, como contatos de fechamento, abertura ou combinação destes dois. Relés são usados para controlar um circuito por um sinal de baixa potência independente, ou onde vários circuitos devem ser controlados por um sinal. A forma tradicional de relés usa um eletroímã para fechar ou abrir os contatos, mas outros princípios operacionais foram inventados, como no relé de estado sólido que usa propriedades semicondutoras para controle sem depender de partes móveis. O pinout de um relé 5V usado na construção do circuito é mostrado abaixo.

Relé 5V
Pino Nº	Nome do Pino	Descrição
1	Fim da bobina 1	Usado para acionar o relé
2	Fim da bobina 2	Usado para acionar o relé
3	Comum (COM)	Conectado a uma extremidade da carga
4	Normalmente Fechado (NF)	Se a outra extremidade estiver conectada a este terminal, a carga permanece conectada antes do acionamento
5	Normalmente Aberto (NA)	Se a outra extremidade estiver conectada a este terminal, a carga permanece desconectada antes do acionamento

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Funcionamento do Disjuntor Eletrônico

Conecte os componentes corretamente de acordo com o diagrama de circuito acima. O diagrama de circuito mostrado acima tem três partes. As três partes devem ser conectadas para formar um único circuito grande. As três partes são:

• Módulo de Potência
• Módulo Op-Amp
• Módulo Relé

Os três módulos do circuito serão discutidos brevemente na próxima seção.

Módulo de Potência

O Op-Amp neste circuito é o controlador do disjuntor para nosso projeto. Este Op-Amp requer uma fonte de alimentação regulada de 5V. Estaremos rodando este circuito a partir da nossa rede que tem uma tensão CA de cerca de 220V. Primeiro, para alimentar o Op-Amp, precisamos reduzir a tensão disponível da rede.

Para isso usamos um transformador redutor, no nosso caso usamos um transformador que nos dá uma tensão reduzida de 12V. Esta tensão CA de 12V obtida do transformador é então retificada usando um circuito retificador feito com ponte de diodos. Isso retifica a tensão CA para tensão CC.

A saída desta retificação nos dará aproximadamente 12V CC. Esta tensão CC de 12V é então regulada usando nosso CI regulador de tensão LM7805. Podemos mapear a tensão de saída do módulo de potência entre 0 a 5V usando um divisor de tensão com resistência variável e um resistor. Alterando a tensão do potenciômetro, podemos obter diferentes tensões. Você pode usar o circuito conversor de 12V para 5V também.

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Módulo Op-Amp

O módulo Op-Amp é a parte principal do circuito, e é onde ocorre a comparação de tensões. Como o disjuntor que estamos fazendo fornece proteção contra picos de alta e baixa tensão, temos que considerar ambos os casos. Ambos os casos têm seus circuitos individuais e se conectam ao circuito principal na conexão rotulada.

O Op-Amp no circuito é usado no modo diferencial. E de todas as aplicações de um Op-Amp, usamos o Op-Amp neste circuito como um comparador de tensão. Este comparador dará alto ou baixo como saída após comparar tensões em dois de seus terminais. Podemos definir as tensões de limiar para o limite inferior e superior usando redes de resistores.

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Módulo Relé

Agora que demos a fonte de alimentação adequada ao circuito Op-Amp e os Op-Amps são feitos para funcionar da maneira que devem, agora temos que pensar no funcionamento do circuito após a detecção de pico de alta ou baixa tensão identificado pelo disjuntor eletrônico.

O pico de tensão é obtido do módulo Op-Amp do circuito, discutido acima. Baseado na saída dos Op-Amps obtida do módulo Op-Amp, o relé será acionado. Quando ambas as saídas dos Op-Amps estão altas, somente então o relé será acionado e a carga CA é conectada diretamente à rede. Há um resistor adicional de 1k ohm usado para limitação de corrente.

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