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Sabe aquela luminária de emergência que queimou é não teve conserto? Que tal construir um novo circuito para fazê-la funcionar outra vez? Este é mais um circuito baseado no fantástico CI 555, que com poucos componentes implementa tudo o que é necessário para funcionar uma lâmpada fluorescente de emergência. O circuito funciona com uma bateria de 12 V, que é mantida em carga lenta com a energia da rede elétrica (127/220 V), e permanecendo ligada na tomada, acende automaticamente quando faltar energia, salvando o ambiente de ficar no escuro.

Antes de partir de imediato para o circuito é, interessante analisar como funciona um circuito típico de uma lâmpada de emergência, observando que são necessários vários circuitos menores que trabalham em conjunto para realizarem diferentes partes do trabalho. Na figura 1 vemos um diagrama em blocos do nosso circuito, que é bastante similar aos circuitos desse tipo que são produzidos comercialmente. No entanto, devido à versatilidade do CI 555 veremos que o nosso é bem mais simplificado, embora possua as mesmas funcionalidades.



O circuito fica ligado permanentemente na tomada, recebendo a tensão de 127/220 Vca, a qual é rebaixada para 15 Vcc. A tensão de 15 Vcc alimenta o próprio circuito e mantém a bateria em carga lenta. Quando falta energia na rede, a lâmpada acende automaticamente, alimentada com a energia armazenada na bateria.
O primeiro bloco, que está ligado diretamente na rede elétrica (127/220 V) é o carregador de bateria. Ele na verdade é uma fonte de 15 V sem transformador, que além de fornecer a energia para a carga da bateria, também alimenta o próprio circuito. Ligada à saída deste bloco está a bateria de 12 V, que deve ser de gel ou chumbo-ácida, com corrente de até 7 A.
O próximo bloco é o sensor da falta de energia, que se encarrega de acionar o inversor em caso de falta de energia, e o mantém desligado enquanto há energia na tomada.
Como a lâmpada usada é uma lâmpada fluorescente, que precisa de uma tensão superior a 400 V para acender, entra em ação o circuito inversor, que se encarrega de elevar a tensão de12 V da bateria para a tensão necessária.

O Circuito

Na figura 2 é mostrado o diagrama do circuito. Na parte de cima observa-se a fonte de 15V que carrega a bateria e alimenta o restante do circuito. Trata-se de uma fonte sem transformador, a qual recebe a energia da rede elétrica (127 VCA) e converte para 15 VCC. Durante os testes em bancada deve-se ter cuidado para não tocar no circuito enquanto ele estiver ligado na tomada, pois uma vez que não há isolamento da rede pode causar choques. É necessário cuidado também quando o circuito estiver desligado da rede, mas com lâmpada acesa, pois na saída do transformador T1 haverá uma tensão acima de 400 VCA, que também pode causar choques.



À primeira vista esta fonte pode parecer perigosa de ser manipulada, mas na verdade, se observados os mínimos cuidados, não há problema algum. As lâmpadas de emergência produzidas comercialmente em geral usam uma fonte semelhante a esta. É um circuito clássico, usado em muitos equipamentos eletrônicos onde se precisa de uma fonte de baixa capacidade de corrente e baixíssimo custo, como neste caso.
O funcionamento da fonte é simples: a corrente alternada da rede passa pelo capacitor de 2 μF x 250V por reatância capacitiva. Os diodos zeners de 15 V ceifam os picos de tensão e fazem o rebaixamento para esta tensão. O diodo 1N4004 faz retificação e o capacitor de 1000 μF faz a filtragem. O resistor de 100 kohms x 5 W absorve parte do excesso de energia, protegendo os diodos zeners.
A capacidade de corrente desta fonte é de aproximadamente 80 mA. Considerando-se que o circuito em condição de repouso gasta aproximadamente 20 mA, sobram 60 mA para a carga da bateria, o que nos garante uma carga lenta e sem perigo de sobrecarregá-la.
A próxima parte do circuito que merece atenção é o nosso sensor de energia da rede. Esta etapa vai fazer o acionamento da lâmpada quando faltar energia, e é composta pelo transistor BC337, dois resistores de 10 K e dois capacitores eletrolíticos de 100 μF. Enquanto tiver energia na saída da fonte, esta tensão chega à base do transistor pelo resistor de 10 K, e por sua vez o transistor conduz, aterrando o pino 4 do CI 555, inibindo o funcionamento do inversor. Com isso, a lâmpada se mantém apagada. Entretanto quando faltar energia da rede, o transistor deixa de conduzir, liberando assim o pino 4 do CI, e com isso o inversor baseado no CI 555 começa a funcionar.
O inversor é responsável por elevar a tensão da bateria (12 V) para uma tensão superior a 400 V para fazer acender a lâmpada fluorescente. Os resistores de 22 kohms e 4K7, e o capacitor de 1nF ligados aos pinos 2 e 6 do CI, determinam a frequência de trabalho do oscilador, em torno de 34 kHz. A saída do CI (pino 3) é ligada em dois transistores MOSFET complementares que acionam um pequeno transformador de ferrite, através de um capacitor de 1 μF x 250V. O transformador de ferrite deverá ser feito sob medida, conforme instruções a seguir. O trimpot de 2 kohms faz o ajuste da frequência que determina o melhor rendimento do inversor, e portanto o maior brilho da lâmpada.

A Montagem

A figura 3 exibe o layout da placa de circuito impresso, com tamanho de 40 mm x 80 mm.



Inicialmente o componente que mais preocupa é o transformador de ferrite. Ele deve ser aproveitando da sucata, e possui medidas entre 16 mm x 16 mm a 20 mm x 20 mm. Pode ser retirado de uma fonte de PC ou qualquer fonte chaveada e deve ser desmontado e refeito o enrolamento. Precisaremos de dois enrolamenos: o primário com 10 espiras de fio 25 AWG e o secundário com 200 espira de fio 33 AWG.
Para desmontar o transformador de ferrite sem quebrá-lo proceda da seguinte forma: ponha o transformador para cozinhar por 5 (cinco) minutos em uma panela com água suficiente para cobri-lo. Em seguida, com o transformador ainda quente, e com o auxílio de dois alicates, segure o núcleo pelas duas extremidades, e puxe. Assim ele se dividirá facilmente em duas peças. O fio para enrolamento pode ser aproveitado do mesmo transformador desmontado ou de outro, e pode ter bitola um pouco diferente, desde que seja enrolada a quantidade de espiras citada.
É possível alterar a quantidade de espiras do transformador, desde que seja mantida a relação de aproximadamente 1:20, ou seja, para cada espira do primário deve haver pelo menos 20 espiras no secundário, e a bitola do fio do primário deve ser pelo menos 25 AWG.
Os resistores são de 0,25 W ou 0,125 W, exceto o de 100 ohms x 5 W. O capacitor de 1000 μF deve ter tensão de tabalho de 25 V e os demais, de 16 V. A lâmpada usada pode ser qualquer fluorescente com potência de 15 W ou menos, entretanto para obter uma montagem mais elegante é recomendado o uso de uma fluorescente compacta.
Como caixa para a montagem, a sugestão é uma lâmpada de emergência que esteja com o circuito danificado, o que facilita a montagem e garante uma boa aparência ao produto final.
A chave CH1 é uma chave liga/desliga, e serve para ligar e desligar a lâmpada. Qualquer chave deslizante ou botão com trava serve.

Versão para uso em 220V

O circuito apresentado está com os componentes dimensionados para funcionar ligado à rede elétrica de 127 V. Para usá-lo em 220 V apenas troque o capacitor de 2 μF x 250 V para um de 1 μF x 400 V. Atenção: este capacitor deve ser de poliéster ! Não pode ser usado capacitor eletrolítico, pois como ele estará ligado diretamente à rede que fornece corrente alternada, é extremamente importante o uso de um capacitor despolarizado. E o valor também é crítico, não sendo indicado usar valores diferentes.

Prova de Uso

Após feita a montagem, conferir a posição de todos os componentes, especialmente os capacitores eletrolíticos e diodos, que possuem polaridade. Não encontrando nenhum erro, o primeiro teste é com a bateria. Ligue a bateria, observando a polaridade correta, e em seguida ligue a chave CH1. A lâmpada deve acender. Gire o trimpot de 2 K para tentar localizar a posição que dê maior brilho à lâmpada. Se a lâmpada não acender, confira toda a montagem, e se acender fraca, é provável que haja erro no enrolamento do transformador ou a bateria esteja fraca.
Em seguida, após a lâmpada acender, ligue o circuito na tomada. A lâmpada deve apagar quando a tomada for ligada, indicando o funcionamento correto do circuito sensor de energia. Por último, faça a medida da tensão na saída da fonte de 15 V com a bateria desligada para verificar se está com a tensão correta. Se estiver, então, agora é só fechar a caixa e usar.

Conclusão

O circuito proposto, pelo fato de ser baseado no velho e conhecido 555 talvez não passasse em um concurso de originalidade, mas com certeza traz uma abordagem um pouco diferente para o uso deste CI. Aqui aproveitamos o pino 4 (reset) para inibir o funcionamento do oscilador, e com isso simplificamos o nosso circuito, e damos um pouco mais de responsabilidade a este componente.
Será que daria para simplificar ainda mais? Com certeza, mas preferimos deixar o assunto em aberto para o leitor pensar. Boa sorte na montagem, e até breve!