Fazendo Voltage Guard usando OPAM e SCR (Parte 12/13)

Nos projetos anteriores foi utilizado um capacitor para suavização do sinal convertido AC para DC. O objetivo do uso do capacitor de filtragem era proteger o circuito de carga de quaisquer flutuações e ondulações na tensão de entrada. As flutuações ou ondulações são bastante comuns quando os circuitos são LIGADOS e LIGADOS ou DESLIGADOS repentinamente. Neste projeto, é projetado um circuito mais robusto para lidar com flutuações de entrada. O circuito é construído usando OPAM e SCR. É usado para operar um relé que controla a alimentação da carga. Uma alimentação retificada de 12V é assumida na entrada do circuito e a mesma tensão sem ondulações será obtida na saída.
Protótipo de Voltage Guard baseado em OPAMP e SCR
Figura 1: Protótipo de Voltage Guard baseado em OPAMP e SCR
O circuito desconecta a carga da alimentação ao receber flutuação excessiva. O fornecimento pode ser retomado pressionando um botão push-to-on no circuito. Supõe-se que a alimentação já esteja convertida para 12 Vcc, passando a tensão de alimentação principal para um transformador de 12-0-12 V e um retificador de ponte completa.

Componentes necessários –

Lista de componentes necessários para o Voltage Guard baseado em OPAMP e SCR
Fig. 2: Lista de componentes necessários para o Voltage Guard baseado em OPAMP e SCR

Conexões de Circuito –

O circuito é construído em torno do 741 OPAM IC. A entrada 12V DC é aplicada à entrada não inversora do OPAM através de uma rede RC. A mesma tensão é aplicada à entrada inversora do OPAM através de um divisor de tensão resistivo (o divisor de tensão é construído usando resistores R2 e R3 nos esquemas). A tensão negativa no pino 4 do IC é definida como terra e uma tensão positiva no pino 7 é definida como entrada de 12V. A saída é extraída do pino 6 do IC e passada para o pino da porta do SCR por meio de uma chave push-to-on. Um LED vermelho com um resistor pull-up em série é conectado à saída do OPAM para obter uma dica visual da continuidade da alimentação. O cátodo do SCR está conectado ao terra enquanto seu ânodo está conectado ao ânodo do diodo D3. Os terminais da bobina de um relé de 24 V são conectados através do diodo D3 e a entrada de 12 V é fornecida no ponto COM do relé. A carga é conectada entre o ponto NO do relé e o terra comum.

Como funciona o circuito –

O OPAM é conectado como comparador de tensão no circuito. O circuito divisor de potencial formado pelos resistores R2 e R3 se conecta à entrada inversora do OPAM. Os valores de R2 e R3 são iguais, de modo que fornecem metade da tensão de entrada ao pino inversor. Portanto, inverter a entrada do OPAM obtém 6V no pino porque a tensão de entrada é 12V.
Quando a tensão de entrada de 12 Vcc é fornecida ao circuito, inicialmente a saída do pino 6 do OPAM é BAIXA, pois o capacitor C1 na entrada não inversora do OPAM leva algum tempo para carregar. Quando C1 está totalmente carregado, a tensão na entrada não inversora do OPAM, ou seja, o pino 3 do IC, torna-se 12V, que é maior do que a tensão no pino 2 da entrada inversora, que é de 6V. Como o OPAM atua como um comparador de tensão, ele fornece uma tensão positiva, ou seja, 12V na saída correspondente à tensão positiva no pino 7 (12V) do OPAM. O capacitor C1 é usado para manter os 12V no pino 3 (Entrada Não Inversora) do OPAM. Assim, na saída 12V é fornecido pelo OPAM. Estes 12V são então fornecidos ao LED (D1) que acende, na recepção da saída HIGH. O LED vermelho é usado para indicar que a alimentação está ligada.
Quando o botão push-to-on é pressionado, a porta do SCR começa a receber uma tensão positiva que aciona o SCR. O SCR requer pouca tensão no terminal do gate para ser acionado. Ele atua como um curto-circuito e a corrente começa a fluir do ânodo para o cátodo através da resistência R6 e o ​​LED verde acende. Portanto, no ponto 'a' (mostrado no esquema), a queda de tensão é zero à medida que toda a corrente passa para o terra através do SCR. Assim, o ponto 'b' está em 12V e o relé obtém os 12V necessários em uma extremidade de sua bobina energizando-o. O ponto normalmente aberto (NA) do relé é conectado ao pino comum (C) e a alimentação é fornecida à carga. O led verde no circuito indica que a carga está sendo alimentada.
Quando há uma falha de energia e a energia é retomada posteriormente, há uma chance de ocorrer picos elevados na tensão de alimentação de entrada. Esses picos podem danificar o circuito de carga. No circuito, o ânodo do SCR não recebe nenhuma tensão, portanto permanece desligado. Assim o relé também não recebe tensão de alimentação e permanece desenergizado. Portanto a carga permanece desconectada da fonte de alimentação. Até que o botão push-to-on seja pressionado, o pino do gate do SCR não é acionado e o relé permanece desenergizado, mantendo a carga fora da fonte de alimentação. O diodo D3 conectado em paralelo com o relé é usado para evitar a contracorrente do circuito pelo indutor do relé quando a energia falha. Assim, o indutor é descarregado através deste diodo em caso de falha de energia.
Quando a energia é retomada, o interruptor push-to-on deve ser pressionado para acionar o SCR novamente, que por sua vez opera o relé e retoma a energia para a carga. O circuito ajuda a reduzir o risco de pico de tensão na entrada da carga sempre que a energia é retomada após uma falha e, assim, evita danos à carga.

Testes e precauções –

As seguintes precauções devem ser tomadas ao montar este circuito –
 A classificação de corrente e tensão do relé deve ser maior ou igual à corrente que será acionada na saída. Caso contrário, não será capaz de fornecer a corrente e a tensão necessárias na saída.
 O SCR deve ser escolhido de acordo com a classificação de corrente e tensão exigida.
 O diodo D3 deve ser conectado à entrada do relé em paralelo para reduzir o risco de contracorrente das bobinas do relé durante a falha de energia.
 Deve ser usado um circuito divisor de tensão que mantenha a tensão mais baixa no pino inversor do OPAM em comparação com o pino não inerte.
 Um capacitor C1 deve ser usado para manter uma tensão constante na não inversão do OPAM.
Uma vez montado o circuito, ele deve ser testado com uma fonte de 12V DC. A alimentação de entrada deve ser ligada e desligada e o status dos LEDs vermelho e verde deve ser monitorado para verificar o funcionamento do circuito.
Este circuito pode ser usado como protetor de tensão para proteção contra flutuações em caso de falha de energia.

Diagramas de circuito

Diagrama de circuito-OPAMP-SCR-Based-Voltage-Guard

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