Uma “nova” aplicação para o YB-27VA
Uma “nova” aplicação para o YB-27VA
Fig. 1 – YB-27VA
O voltímetro/amperímetro digital YB-27VA que vemos na figura 1 é um dos instrumentos de painel mais populares do momento podendo ser encontrado para venda pela Internet por preços relativamente baixos.
Eu comprei duas unidades dele há mais de dois anos com a intenção de utilizá-los como instrumentos em uma fonte de alimentação simétrica que eu pretendia montar, mas o projeto até hoje não saiu do papel.
Recentemente eu vislumbrei uma “nova” aplicação para o YB-27VA num projeto que estou desenvolvendo de uma “fonte” que daqui pra frente chamarei de “testador” para verificar as condições dos barramentos de leds de tv sugerido pelo Fernando José do Clube do Técnico-RJ.
Estes testadores estão sendo vendidas pela Internet, mas não me agradou a solução adotada, em alguns casos, porque não são isolados da rede o que considero ruim por questões óbvias de segurança.
Dividi o projeto em duas etapas: o testador propriamente dito que abordarei oportunamente e a inclusão de um voltímetro/amperímetro para monitoração da tensão que está sendo aplicada ao barramento, bem como a corrente que ele está consumindo.
Conforme o Fernando José me esclareceu, a monitoração da corrente de consumo de um barramento de leds é de suma importância na avaliação do barramento, pois, às vezes, um dos deles está consumindo mais corrente que o normal e é isso que está “derrubando” o inverter ou talvez até a fonte.
Para a etapa do testador eu já tinha algumas ideias e por isso, comecei tentando solucionar o problema do voltímetro/amperímetro e foi aí que me lembrei do YB-VB27A.
Quando eu comprei os instrumentos “made in China” eu não prestei a devida atenção em alguns detalhes que agora se mostraram importantes.
O primeiro deles é que existem dois modelos: um para 100V (99,9) e outro para 300V (299,9) e eu comprei o primeiro modelo.
O segundo detalhe é que estes instrumentos são projetados para medir correntes em ampères “poderosos” (50 e até 100A) já que aplicação mais comum para esses medidores parece ser na área automotiva o que não é o caso do meu projeto.
Eu tinha então dois problemas para resolver. O primeiro seria permitir que o instrumento medisse até 300V, pois o testador iria fornecer tensão ajustável que poderia chegar perto deste valor.
O segundo seria possibilitar a medida de corrente da ordem de 250 a 300mA. É claro que se mede 50A também mede 300mA, mas sem resolução nenhuma.
Comecei analisando a questão da medida de corrente, pois a medida de tensão poderia ser resolvida com um divisor resistivo na entrada do instrumento.
Embora o instrumento se proponha medir correntes de 50 ou 100A, não pense nunca em ligá-lo diretamente a uma “correntinha” destas sem antes chamar o esquadrão antibombas ou usar um shunt.
Instrumentos analógicos e digitais: como cada um funciona
Talvez valha a pena começar dizendo que um instrumento analógico é, por princípio, um medidor de corrente, enquanto o digital é um medidor de tensão.
O YB-27VA em questão contém dois plugues como podemos observar na figura 2.
Fig. 2 – Conectores
O do lado esquerdo, com dois fios (preto e vermelho), receberá a alimentação para o instrumento que deve ser independente da tensão a ser medida, é claro. Esta tensão pode variar entre 4,5 e 30VDC como se vê na figura 3.
Fig. 3 – Etiqueta com especificações
Do lado direito temos outro conector, sendo este com três fios: amarelo, vermelho e preto.
O fio preto (que não pode ser ligado ao outro fio preto da alimentação) será o comum (negativo) para medida de tensão e corrente, enquanto o fio vermelho receberá a tensão a ser medida, que no caso do instrumento que eu comprei poderia ir até 99,9V.
E o fio amarelo? Pelo que tudo indica dever ser para medir a corrente, mas é aqui que mora o perigo.
Todo mundo sabe que para medir corrente devemos colocar o instrumento em série com o circuito, mas neste caso será um pouco diferente.
Fig.4 – Shunt de um multímetro digital
Aliás, não apenas neste caso e sim em todos os instrumentos digitais temos que colocar um resistor “especial” que recebe o “pomposo” nome de shunt .
Se você olhar as entranha do seu multímetro digital verá que isto é verdade. Confira na figura 4.
Fig. 5 – Shunt para o YB-27VA
No caso específico do YB-27VA ele tem o aspecto mostrado na figura 5 e deve ligado entre o fio preto (comum) e o fio amarelo e a corrente a ser medida entrará em série com alimentação pelo fio amarelo. Acompanhe o esquema de ligação na figura 6.
Na verdade mede-se a corrente indiretamente, ou seja, usando a boa e velha Lei de Ohm. Ao passar pelo shunt a corrente produzirá uma queda de tensão que será medida pelo instrumento e assim, como se dizia antigamente “enganei o bobo na casca do ovo” e o instrumento “pensou” que mediu corrente, mas o que ele mediu mesmo foi tensão.
Fig.6 – Esquema de ligação do YB-27VA
O truque do shunt é que ele deve ter um valor de resistência bem pequeno para não alterar o corrente no circuito e, de preferência, que seja unitário, pois assim ao multiplicarmos R por I o valor de I ficará numericamente igual ao valor de V.
Vamos a um exemplo numérico.
Na etiqueta mostrada na figura 3 vemos que para 50A devemos ter 75mV logo o shunt deverá ter 75mV/50A = 1,5 mohms.
Isso mesmo 1,5 miliohms ou 0,015 ohms!
Então quando a corrente a ser medida passar pelo shunt produzirá apenas 75mV que o nosso YB-27VA receberá na sua entrada do fio amarelo e que, convenhamos, não dá para explodir nem uma pulga (pode cancelar a chamada ao esquadrão antibombas!).
E a potência dissipada no shunt, quanto será?
Fácil. Como P = V x I teremos 75mV x 50A = 3,75W, por isso o shunt tem aquela “cara” estranha da figura 5. Baixíssima resistência com dissipação de potência relativamente alta.
Enganando o bobo mais uma vez
Mas eu não queria medir 50A e sim, apenas 300mA no máximo com uma boa resolução. E aí, como resolver isto?
Eu já sabia que deveria conseguir 75mV, portanto era só uma questão de fazer algumas continhas.
Para simplificar as “malditas” contas pensei o seguinte: se 50A produz 75mV, então 100A produzirá o dobro da tensão, ou seja, 150mV.
Mas como eu quero que estes 150mV sejam produzidos por 100mA será preciso aumentar o valor do shunt mil vezes o que dá 1,5 ohms. Agora parece que ficou bem mais fácil conseguir resistor para o shunt. Vejamos a potência. Basta fazer 1,5 ohms x 100mA = 150mW, logo um resistor de 1/4W resolve.
Vamos ver se deu certo. Olhe a figura 7.
Fig.7 – Shunt para 100mA
O pulo do gato ou a hora do ajuste
Calma, não é daquele “ajuste” que aumenta impostos de que eu estou falando e sim do ajuste da corrente.
Olhe atentamente a figura 8 e verá que existem dois micro trimpots próximos ao conector de três fios: um marcado como IR para ajuste da corrente e outro marcado como VR para ajuste da tensão. Um pequeno toque no trimpot IR e consegui fazer com que o instrumento marcasse 99,9 para uma corrente de 100mA.
Fig.8 – trimpots de ajuste
Para resolver o problema da leitura em 200mA coloquei outro resistor de 1,5 ohms em paralelo com o primeiro, assim a leitura que aparecer no display deverá ser multiplicada por 2 e finalmente para 300mA mais um resistor em paralelo (que poderia ser um de 0,47) e resultado deverá ser multiplicado por 3.
No final, usando uma chave de 3 posições teremos a montagem da figura 9 para o nosso shunt.
Fig. 9 – Shunt de corrente
Resolvendo o problema da medida de tensão
Uma vez resolvido o problema mais difícil que era a medida de corrente, me dediquei à adaptação para que YB-27VA pudesse medir também 200V e 300V além dos 100V do modelo “original”.
Neste caso bastaria fazer dois divisores de tensão e o esquema da chave ficaria como se vê na figura 10.
Fig. 10 Divisor de tensão
Calculando os resistores do divisor de tensão
A primeira coisa que eu precisaria saber para calcular o divisor de tensão é o valor da impedância de entrada (Rin) do YB-27VA na condição de voltímetro.
Uma maneira fácil de “descobrir” o valor de Rin é com o circuito da figura 11.
Fig. 11 – Medida da R de entrada
Aplicamos uma tensão de valor conhecido e medimos a queda de tensão no resistor. Se dermos a “sorte” de colocar um resistor externo (Rx) de mesmo valor que Rin a leitura sobre ele e no voltímetro será a metade da tensão aplicada.
Onde eu digo “sorte” eu quero dizer ter pelo menos uma ideia do valor da resistência de entrada.
O meu palpite inicial era que Rin valesse aproximadamente 10Mohm como acontece nos multímetros digitais e foi aí que eu “me enganei” (professor não, se engana).
Já que eu “me enganei” aproveitei a oportunidade para escrever o post Divisor de tensão resistivo: um desafio que caso você não tenha lido sugiro que o faça.
Resolvi então medir com o ohmímetro a “resistência de entrada” do YB-27VA e encontrei algo próximo de 110 kohm.
Até então eu tinha um pouco de dúvida se está medição seria útil, mas resolvi colocar uma Rext = 110 kohms (100K + trimpot 20K) e… bingo!
Toda vez que eu aplicava uma tensão conhecida na entrada o “bichinho” marcava no display um valor muito próximo da metade, logo a Rin era o valor medido com o ohmímetro.
Fig. 12 Chave de ondas
Coloquei um resistor de 100 kohms em série com um trimpot de 20 kohms no lugar de R1 e um resistor de 220 kohms também série com um trimpot de 20 kohms para R2.
Com isso o instrumento leria com razoável resolução tensões até 300V (299,9) em três posições.
Na posição 1 a leitura é direta, na posição 2 devemos multiplicar a leitura por 2 e na posição multiplicamos por 3.Veja figura 13.
Fig.13 – Chave na posição x3
E assim terminou a primeira fase do projeto com o meu YV-27VA “modificado” para medir correntes de 100, 200 e 300 mA
bem como tensões de 100, 200 e 300V com o simples truque de multiplicar por 2 ou 3 o valor que aparecer no display.
Fig. 14 – Etiqueta de mA
No caso da corrente embora apareça A maiúsculo de ampère na verdade passou a ser miliampère e para evitar “confusões” colei uma etiqueta no painel como vemos na figura 14.
Terminada esta fase do projeto já posso passar para o que interessa que é a construção da “fonte” para o testador de leds que ficará para breve.
Até sempre.
17 Comentários