Eletrônica Embarcada – Dispositivos de proteção – Parte II

Como já vimos, os circuitos eletrônicos estão sujeitos a vários tipos de perturbações e interferências que podem provocar o funcionamento defeituoso ou até falha total (queima). Tais perturbações podem ter origem em:

1. Interferência eletromagnética dos circuitos de alta tensão;
2. Sobrecorrente ou corrente excessiva provocada por curto-circuito;
3. Picos de tensão provocados pelo acionamento de cargas indutivas;
4. Picos de tensão provocados por descarga eletrostática.

Em todos estes casos devem ser providenciadas medidas apropriadas através da inclusão, no circuito, dos denominados dispositivos de proteção.

1. O capacitor é o principal dispositivo utilizado para proteger os circuitos eletrônicos deste tipo de perturbação. Outra medida é eliminar ou diminuir a captação de radiação, colocando malhas de blindagem nos sinais mais sensíveis. Também, instalando resistências nos circuitos de alta tensão, velas e cabos resistivos, com o objetivo de diminuir a emissão de radiação. Finalmente, outro método é providenciar várias ligações à massa.

2. Na maioria dos casos, a causa é curto-circuito em componente. Os dispositivos utilizados para este tipo de proteção são: fusível, “cabo-fusível”, disjuntor e resistor PTC.
Quando há excesso de corrente num circuito, há também geração de calor nos condutores e principalmente, no dispositivo de proteção pelo qual passa a corrente. É o calor (não a corrente) que provoca a abertura do dispositivo de proteção. Nas placas de circuitos eletrônicos, o dispositivo mais indicado é o resistor PTC.
A figura 1A mostra um circuito com um resistor PTC e uma lâmpada. Para a corrente que circula, o resistor PTC apresenta uma resistência de 0,2 ohms. A figura 1B apresenta o mesmo circuito, mas, com a lâmpada em curto-circuito. Nesta situação, tenderia a circular uma corrente excessiva a não ser pela presença do PTC que, ante o aumento de intensidade, aquece. O aquecimento provoca um considerável aumento da sua resistência interna (cinco vezes). No entanto, verifica-se que a corrente i2 é maior que i1. Assim, no circuito circula uma corrente tal que mantém o PTC aquecido o suficiente como para que sua resistência permaneça elevada, e assim, limite a corrente de curto-circuito. Ao ser eliminado o curto, a corrente diminui e o PTC esfria, retornando ao seu valor normal.

3. Dispositivos eletromagnéticos, como relés e válvulas solenoides, têm a característica de poder provocar picos excessivos de tensão se não controlados. Estes picos podem ser suficientemente altos como para danificar componentes do circuito de controle, especialmente, dispositivos de estado sólido.
Diodos retificadores são utilizados na função de proteção dos circuitos de saída dos módulos, dedicados ao controle de dispositivos com características indutivas como relés, válvulas solenoides ou embreagens eletromagnéticas,
A função destes diodos é a de eliminar os picos de tensão no momento da desativação do componente. No caso de cargas elétricas com característica “indutiva”, no momento da desativação, a força contra-eletromotriz (f.c.e.m.), gerada nos bornes do bobinado, provoca um pico de tensão de algumas dezenas de volts.
Na figura 2A, o exemplo de um interruptor controlando uma carga indutiva (uma embreagem eletromagnética, por exemplo). No instante t1 (figura 3) o interruptor fecha e se estabelece a circulação da corrente i que ativa a solenoide (figura 2A). Este armazena energia com a polaridade indicada: terminal [1] negativo com relação ao [2].
No instante t2 o interruptor abre provocando o colapso do campo magnético pela interrupção da corrente i (figura 2B). Neste momento, aparece uma força contra-eletromotriz que tenderia a estabelecer o terminal [1] positivo com relação ao [2]. No entanto, isso não é possível pela presença do diodo que, ao entrar em condução, permite a circulação da corrente i, que descarrega a solenoide. Com isto, é eliminado o pico de tensão. A corrente é máxima no momento em que abre o interruptor, e dura o tempo necessário à descarga do solenoide que é de alguns milissegundos ou menos, na maioria dos casos.

4. Este tipo de perturbação acontece, principalmente, durante o manuseio dos módulos eletrônicos. Para a função de proteção dos circuitos de entrada de sinal, são utilizados diodos “zener” especiais. São instalados internamente aos módulos, para eliminar os picos de tensão provocados por descarga eletrostática.
A figura 4 mostra diodos zener como proteção do circuito de alimentação e de uma linha de entrada de sinal de sensor.
O valor do zener de proteção é 30% ou 40% maior que a máxima tensão do circuito protegido. Assim, todo pulso de tensão que ultrapasse o mencionado valor é “absorvido” (recortado) pelo zener.