Site icon Embarcados – Sua fonte de informações sobre Sistemas Embarcados

Circuito de interface para microcontroladores

Circuito de interface para microcontroladores

Com a popularização dos microcontroladores em projetos eletrônicos, é cada vez mais comum a necessidade de acionar grandes cargas. Porém, esses dispositivos não são capazes de fornecer grandes correntes e tensões para alimentação de circuitos externos. Surge, então, a necessidade de utilizar um circuito de interface para microcontroladores a fim de adequar dos respectivos sinais.

Neste artigo abordaremos um circuito simples muito utilizado para o uso de interface que exige a proteção das saídas ou do circuito de controle. O circuito é mostrado na figura 1, abaixo.

Figura 1 – Circuito interface para microcontrolador
Fonte: INSTITUTO NEWTON Braga – MECO10 (adaptação)

Esse circuito utiliza um optoacoplador como isolador entre os circuitos de controle e potência. Antes de explicarmos o funcionamento total desse circuito, estudaremos o optoacoplador utilizado.

Figura 2 – 4N25
Fonte: Datasheet 4N25

O optoacoplador é o 4N25, exibido na figura 2. É um circuito integrado de apenas um canal isolado. Esse tipo de circuito integrado é muito utilizado por ter uma isolação interna entre emissor e receptor de 7,5 kV e ainda possuir grande imunidade a ruídos e interferências eletromagnéticas. Outra grande vantagem do uso desse tipo de CI é a frequência de comutação e a segurança de acionamento, pois seu LED interno produz luz infravermelha e somente esse tipo de feixe luminoso pode disparar o fototransistor.

O funcionamento do optoacoplador é baseado no efeito fotoelétrico, onde um feixe de luz infravermelha, produzido pelo diodo LED, polariza a base do fototransistor, forçando a condução entre base e emissor. Dessa forma, eleva-se a tensão BE (base-emissor) a 0,7 V, colocando este semicondutor em saturação. Essa corrente de base para emissor diminui a resistência de canal entre coletor e emissor, então é produzida a corrente de coletor que assim aciona a carga.

A ligação dos terminais é feita da seguinte forma:

Descrição total do circuito

Agora que já aprendemos como funciona um optoacoplador, podemos descrever o funcionamento geral do circuito apresentado na Figura 1.

O pino descrito como entrada do circuito fica ligado à saída do microcontrolador. O resistor R1 deve limitar a corrente, e, consequentemente, a tensão sobre o LED interno. 

Sendo R1 = 330 Ω (valor escolhido considerando a tensão HIGH de 5 V e uma corrente do LED de 10 mA), a tensão sobre ele é de 3,3 V e a tensão sobre o LED será de 1,7 V aproximadamente, perfeitamente aplicável.

Importante: A potência máxima do LED é de 120 mW e o valor do resistor R1 deve considerar essa grandeza.

Quando o pino de saída do microcontrolador estiver em nível HIGH (vamos adotar a tensão de alimentação de 5 V) o LED produzirá uma luz infravermelha e polarizará a base do fototransistor, fazendo com que ele entre em condução. Assim, colocará o potencial positivo da fonte na junção dos dois resistores. O resistor R2 = 22 kΩ foi calculado usando a seguinte fórmula:

A tensão da fonte cai 0,5 V pela saturação do fototransistor e 0,7 V é utilizado por ser a tensão entre base – emissor do BC548. Usando uma corrente de base de 0,5 mA, encontramos o resistor de 22 kΩ:

O resistor de 47 kΩ restringe a corrente a um valor máximo de 2,5 mA, ideal para o disparo da base do transistor BC548 (utilizando uma tensão máxima de 12 V do circuito) e também evita o curto circuito, pois o fototransistor opera como chave, estando ligado ao GND e +Vcc em seus terminais. Assim a necessidade de uma carga prévia.

Por sua vez, o transistor BC548 entrará em condução forçando uma corrente de base do transistor BC558. Fazendo esse transistor entrar em saturação e criar uma corrente de coletor que irá acionar a carga.

Pontos importantes do circuito

É importante colocar o diodo de roda livre em antiparalelo com a carga conforme o circuito, pois esse diodo evita tensões reversas ocasionadas por cargas indutivas quando o transistor BC558 entrar em corte. O diodo pode ser o 1N4001.

Outro parâmetro para se ressaltar é a corrente de coletor máxima que o transistor BC558 pode suportar, cerca de 100 mA. Então, para acionar cargas com valores de correntes maiores de 100 mA, deve-se colocar um relé ou colocar um transistor com maior capacidade de corrente de coletor.

A tensão máxima VCE para os dois transistores é de 30 V máximos, este parâmetro deve ser respeitado para que o circuito funcione corretamente e a velocidade de comutação máxima seja de 1 MHz.

Este circuito protege totalmente o microcontrolador, pois a tensão da isolação do CI 4N25 é de 7500 V.

Conclusão

 

Esse circuito funciona perfeitamente para acionamento de cargas elevadas tendo grande proteção tanto para o microcontrolador quanto para os transistores de potência, pois possui proteções como: diodo roda livre e optoacoplador com alta tensão de isolação.

Esse circuito é ideal para interface de I/O, pois apresenta elevada frequência de comutação.

Referências

Fonte da imagem destacada: http://microcontrolandos.blogspot.com.br/2012/12/apostilas-e-livro-sobre-microcontroladores.html