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Dimmer Microcontrolado com PIC
Olá pessoal, gostaria de compartilhar com vocês um pouco de um projeto que estou realizando aqui na faculdade, e tbm conseguir algumas dicas com vocês:
Dimmers são dispositivos utilizados para variar a intensidade de uma corrente elétrica média em uma carga. Eles consistem de gradadores que, através da diminuição ou aumento da tensão valor eficaz e, portanto, um aumento da potência média de uma lâmpada, controlam a intensidade da luz produzida pela mesma. Um dimmer tem como objetivo fazer com que aumente ou diminua a intensidade luminosa através de um potenciômetro, que auxilia nessa operação.
O projeto idealizado consiste do mesmo principio, porém, o gradador que faz o controle do disparo foi substituído por um sistema microcontrolado com detecção de passagem da onda por zero.
A figura a seguir apresenta o esquemático do circuito projetado
de começo é isso pessoal, aos poucos vou mostrar tbm o processo de construção e o codigo do pic utilizado para a leitura da passagem por zero (zero crossing);
Zero Crossing: A técnica conhecida como Zero Crossing, consiste em controlar o disparo para acontecer exatamente no momento em que a senoide passar pelo valor de tensão igual a zero. Assim, a subida de tensão na carga não será tão brusca e isso evitará a emissão de interferências, reduzindo a geração de harmônicas e diminuindo sobremaneira os problemas que são gerados pelo controle por fase. A figura a seguir mostra o Zero Crossing em uma onda senoidal de 60Hz.
O circuito detector de Zero Crossing proposto no projeto é de simples implementação, conforme é apresentado a seguir.
Este método de acionamento, por passagem no zero, permite um controle tão eficiente quanto o de disparo por fase, mas com a vantagem de evitar interferências ou gerar harmônicas.
O sinal senoidal retificado está presente no ponto A, enquanto o nível de sinal é alto, o resistor limitador de corrente R3 mantém o LED do optoacoplador ligado, isso mantém transistor Q1 saturado. Isto faz com que a tensão seja igual à zero no ponto B. Quando o valor da tensão retificada passar por zero, a corrente pelo resistor R3 irá cessar, e o transistor Q1 entrará em corte. Agora a tensão no ponto B é fornecida pelo VCC=5V. A figura 15 apresenta os espectros de sinais obtidos
Channel A, é o sinal proveniente da saída do ponto B;(~4,5V)
Channel B, é o sinal proveniente da saída da ponte retificadora; (~127V Fase)
Channel C, é o sinal sobre LED do optoacoplador.
Cálculos dos componentes:
O circuito apresentado na figura 14 é composto por:
- Ponte Retificadora RS207
- Resistor 39kΩ - 1W (R3)
- Resistor 22kΩ - 1/2W (R2)
- Optoacoplador 4N25
Resistor limitador de corrente: A corrente de operação do LED do optoacoplador 4N25 é determinada pelo fabricante entre 10mA e 80mA Max e tensão de entrada típica de 1,3V e máxima de 1,5V. Para garantir uma maior vida útil e ainda a eficiência do circuito, a corrente é limitada em 3mA na base do LED. Confira os cálculos abaixo
Potência Dissipada no Resistor
O LED do optoacoplador faz saturar a base do transistor sempre que o sinal retificado é diferente de zero. Toda vez que o sinal implicado no LED é zero o transistor Q1 entra na região de corte. Como não há resistência ligada a base de Q1, é calculado, de forma que, quanto maior a resistência do coletor, maior o tempo de saturação de Q1. Sendo assim, R2 é calculado de maneira a minimizar ao máximo o tempo de corte do transistor. (Duração do pulso de corte =~1,3ms)[1]
Controle de Disparo:
Este é composto um optoacoplador, MOC3020, de isolamento constituído de um diodo emissor de luz infravermelho controlando um FotoTriac em tensões de rede iguais a 220V,
Além do optoacoplador, um Triac BT138 é o responsável pelo corte da onda senoidal de saída, controlando a potência dissipada na carga.
O TRIAC pode ser disparado por uma corrente positiva aplicada no terminal de disparo (gate). Uma vez disparado, o dispositivo continua a conduzir até que a corrente elétrica caia abaixo do valor de corte, como o valor da tensão final da metade do ciclo de uma corrente alternada. Isto torna o TRIAC um conveniente dispositivo de controle para circuitos de corrente alternada, que permite acionar grandes potências com circuitos acionados por correntes da ordem de miliampere. O resistor R8 é especificado em alguns circuitos exemplares no datasheet do componente (MOC3020) e tem a função de limitar a corrente do pulso de disparo no gate do Triac.
O módulo projetado tem por finalidade o controle de cargas resistivas, tais como, lâmpadas incandescentes, lâmpadas dicroica, resistências, etc.
Projetado para cargas de até 4A, com potencia de ~500W em 110V e de até ~880W em 220V.
Microcontrolador:
Quando há o sinal de disparo na porta RB0 do PIC, proveniente do circuito detector de passagem por zero, faz-se com que uma interrupção seja gerada no processador. Esta interrupção desvia o código para uma sub rotina que faz o controle do Triac.
Um contador que fragmenta o intervalo de 0 a 8,3ms [1] em 256 pedaços é iniciado toda vez que o sinal de Zero Crossing é detectado na porta RB0 do microcontrolador, para cada contagem tem-se um tempo igual a:
Ou seja, existe uma interrupção a cada 32.4µs que verifica um decremento de uma variável.
Exemplo:
Se passarem 8,33 ms, ou seja 100% da potência na carga é dissipada, significa que isso aconteceu 256 vezes
Se passarem 4,16 ms, ou seja 50% da potência na carga é dissipada, significa que isso aconteceu 128 vezes
A figura a seguir apresenta o circuito do modulo dimerizado microcontrolado em sua forma fisíca.
em breve atualizações.
- Anexos
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Zero Crossing.png, 31 KB
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Respostas a este tópico
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Permalink Responder até José Gustavo Abreu Murta em
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Carlos, já comprei algumas lampadas de Led que vem com uma etiqueta , Não use dimmer.
Já abri algumas lampadas de led (127Vca) e percebi que elas tem uma pequena fonte chaveada.
Conclui-se que os dimmers de lampadas comuns não funcionarão com lampadas de led.
O que eu já fiz foi retirar a fonte chaveada, e usar um circuito PWM para alimentar o LED com CC pulsante.
Recentemente estava pensando sobre isso. Eu até tive uma idéia sobre iluminação residencial.
Por que não alimentar a iluminação residencial com 12V cc ?
Ficaria muito mais fácil para alimentar os Leds, o rendimento seria melhor e o controle de luminosidade mais fácil.
E mais uma vantagem, poderia ser usada uma bateria (como No break) para alimentar a iluminação no caso de queda de energia.
O que acham disso ?
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Permalink Responder até Carlos kwiek em
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Oi Gustavo.
Sim realmente internamente existe um circuito (Driver) que aciona os leds, esse é o problema para dimerizar com um dimer comum para lâmpadas incandescentes, já como você diz trata-se de uma fonte chaveada que permite um liga desliga dos leds a uma frequência tal que o olho humano não percebe devido ao fenômeno da persistência retiniana, mas suficientes para levar o array de leds a correntes bem altas, ou nenhuma corrente, ou seja do corte a saturação obtendo uma alta luminosidade sem risco de queima dos leds.
Evidentemente, ao tratar de aplicar a técnica do dimer comum para incandescente a uma fonte chaveada, vamos ter a situação de que, ao tentar diminuir a tensão, a fonte chaveada interna tentara o oposto, compensar essa diminuição e vice versa, o que refletira em um piscar da lâmpada em determinado momento, e o desligamento abrupto a partir de X tensão, e o disparo aleatório quando o dimer estiver na condição 0V.
Todos estes problemas foram por nós solucionado para conseguir o produto que comercializamos, foi um desafio mas hoje é um sucesso de vendas.
Uma coisa importante é que a lâmpada deve ser do tipo led dimerizavel também.
Quanto a sua ideia de retirar o driver e e usar PWM para o controle com 12V nós usamos esta técnica para o controle de fitas de led dimerizaveis, aonde em vez de obter a dimerização na entrada da fonte de fita de led, fazemos isso na saída dela, ou seja os 12V passam por uma circuito controlado de PWM possibilitando sua dimerização, não podemos fazer o mesmo com as lâmpadas, porque temos que nos adaptar aos fabricantes, Osram, Philips etc. e não o contrario, se não nossos cliente somente deveriam usar somente lâmpadas nossa modificadas, isso seria inviável.
Quanto ao uso de CC domiciliar seria uma boa ideia, mas.. imagine que envolve uma serie de fatores que tornariam essa abordagem muito extensa.
Grande abraço!
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Permalink Responder até Matheus Botura Pimenta em
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No mercado há lâmpadas LEDs (E27) que aceitam dimmer normal, ainda são mais caras que a de led padrão, mas a tendência deve ser baixar o preço conforme a demanda.
Então, para esse tipo de lâmpada, circuitos com triacs tradicionais funcionam sim.
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Matheus, não sabia que existem lampadas de Led que podem usar dimmer!
Vivendo e aprendendo !
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Permalink Responder até Gustavo Marucci em
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Eu também não!
Até onde meu conhecimento vai, uma lâmpada led possui um circuito eletrônico que abaixa e retifica a corrente alternada. Como é bem conhecido por todos, Led é um diodo, então obrigatoriamente é necessário baixar a corrente e retificá-la para fazê-lo funcionar.
Um dimmer "antes da lâmpada" implica tirar potência elétrica, além de alterar a característica da onda senoidal, antes deste circuito que alimenta o led. Salvo se o projeto da lâmpada aceitar esta condição, o resultado seria imprevisível para o comportamento da lâmpada.
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Poderia indicar marca e modelo Matheus, e se você testou com algum dimer?
O fato de a lâmpada ser Dimerizavel não significa que funcione com qualquer dimer para lâmpadas incandescentes, e como disse anteriormente uma das condições é que a lâmpada seja dimerizavel, se não, não funcionam nem com dimer apropriado.
Obrigado!
Abs.
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Permalink Responder até Matheus Botura Pimenta em
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Oi Carlos,
testei com dois modelos da Osram e outro da Ourolux.
E testei com um dimmer com triac controlando o pulso pelo arduino.
att
Matheus
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Oi Matheus,
Vi o teste, mas você esta apenas dimerizando de 0 a 100 e vice versa continuamente.
Já tentou deixar a lâmpada dimerizada em 20 por cento, ou outro valor ?
E se deixar a lâmpada desligada no 0V tem disparos aleatórios?
Percebeu que a lâmpada a partir de um determinado lugar da rampa (20%) desliga diretamente para 0V, e ao ligar vai de 0 a 20% aproximadamente? Da pra notar no seu video.
As perguntas são exatamente porque este é o comportamento da lâmpada, se ainda não o fez, faça os testes, faça e veja se tem estes problemas, foi o que me obrigou a desenvolver um dimer para este tipo de luminaria, em colaboração com a Osram usando as mesmas lâmpada do seu exemplo, a classic, foi assim que resolvi todos os problemas citados acima.
Obrigado pela resposta.
Abs.
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É, dá para perceber que a iluminação dá um salto na intensidade, quando a potência esta baixa.
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Exato José Gustavo,
Não estamos tratando de um cos φ 1, e sim de um driver não resistivo.
Um abraço!
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Permalink Responder até Matheus Botura Pimenta em
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Oi Carlos,
acho que não entendi muito bem a pergunta... "Já tentou deixar a lâmpada dimerizada em 20 por cento, ou outro valor?"...
Se deixei com um valor fixo durante um tempo, sem ficar alterando o retardo do disparo? Se for isso, sim, a lâmpada fica estável na luminosidade ajustada.
Quando eu desligo a lâmpada o Arduino pára de enviar o pulsos ao triac, por isso ela desliga de uma vez. Quando eu ligo ou altero a intensidade, o Arduino faz uma rampa de subida ou descida para dar um visual mais legal.
Meu forte não é eletrônica, mas o fato de não ser uma carga 100% é impeditivo para não ser dimerizável? O função do snubber não é essa? Conseguir controlar melhor o dispato do triac com cargas indutivas? Dimmer de ventilador é diferente?
Murta, o vídeo dá uma enganada nesse salto da luminosidade. Esse salto na verdade é a camera do celular se ajustando à luminosidade do ambiente que está sendo alterada. Visualmente não acontece esse salto.
Segue uma página da Philips com alguns modelos de lâmpadas led dimerizáveis:
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Oi Matheus,
Se não entendeu a pergunta tratearei de explicar:
Trate de deixar a lâmpada com 20? ou menos do valor total, e se possível compare com uma lâmpada com filamento, vai notar que a lâmpada com filamento dimeriza até mesmo com 5V em quanto a de LED vai cortar abruptamente ao chegar a 20 ou 15% do valor da tensão.
Deixe a lâmpada em um valor baixo, por exemplo 0% do valor e note se durante um lapso existem disparos erráticos.
Essa foi minha pergunta.
Quando seu triac chega no valor de 20 ou 15% do máximo que é 100, a lâmpada de LED não segue uma rampa luminosa proporcional, e sim apaga bruscamente ao chegar perto de valores onde uma incandescente se comportaria estável até o ultimo volt sobre a resistência.
Não se trata de que seja possível dimerizar, sim, é possível, mas o fato de não ser uma carga resistiva e sim um driver eletrônico que chaveia os led dentro de uma capsula e não uma resistência, muda drasticamente a situação que deve ser adequada a necessidade.
Você esta confundindo as coisas, um snuber e carga indutiva, sim, um ventilador sim, mas o que isso tem a ver com uma carga como o de uma lâmpada de led? Um ventilador, um motor é uma carga indutiva, uma lâmpada de led não pode ser classificada da mesma forma, já que é um driver que chaveia um array de leds para obter um brilho intenso dos mesmos, você já tentou dimerizar fita de led dimerizavel colocando um dimer na fonte chaveada que os alimenta? Seria algo similar, e partindo desta base podemos supor então que um dimer de ventilador pode dimerizar uma lâmpada de led?
Se os dimer para led são os mesmos que um ventilador, porque existe esta indicação no link que você enviou da Philips:
Verifique a compatibilidade de dimer para lâmpada de led disponíveis:
http://www.philips.com.br/content/dam/master/lighting-philips/led-l...
Mas Matheus, não quero fazer disso uma polemica e desnaturalizar o tópico que creio a esta altura não tem nada a ver com o que estamos discutindo.
Grande abraço!
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