Carregador de celular portátil alimentado por matriz multi energética

ISSN: 1984-3151

CARREGADOR DE CELULAR PORTÁTIL ALIMENTADO POR MATRIZ MULTI ENERGÉTICA.

FED PORTABLE MOBILE CHARGER FOR MOTHER MULTI ENERGY.

André Ribeiro1; Autran, Bernardo2; Guimarães, David3 ; Galvão, Hely4; Silvestre, Laís5,

Vieira, Pollyana6; Raphaela Martins7; Leite, Leonardo8 (Orientador)

Centro Universitário de Belo Horizonte, Belo Horizonte, MG. [email protected];[email protected]; [email protected];

[email protected]; 5 [email protected] ; 6 [email protected];

[email protected] 8 [email protected]

Resumo:

Por sua portabilidade e raio de alcance, o celular é uma alternativa vantajosa, a sofisticação e multifuncionalidade

de uma parelho celular (fotografar, comunicar, gravar e armazenar dados, imagem e voz, documentar,

cronometrar e apontar as horas e datas, acessar a internet, receber sinal de rádio e TV digital, dentre outras

utilidades) leva os usuários a uma maior utilização, contudo todos eles sofrem da mesma limitação: a necessidade

de recarga de carga das suas baterias. Os autores buscam estudar e simular um circuito de um carregador de

celular que funcione a partir de mais de uma fonte de energia.

Palavras-chave: conversor, bateria, carregador, celular, solar, fotovoltaico.

Abstract:

For its portability and range, the cell phone is an attractive alternative, sophistication and multi-functionality of a

cellular evenly-matched (shoot, communicate, record and store data, voice and image, document, time and point

out the times and dates, access the internet and receive radio signal and digital TV, among other utilities) takes

users to an increased use, but they all suffer from the same limitation: the need to load recharge your batteries.

The authors seek to study and simulate a circuit of a mobile phone charger that works from more than one source

of energy ..

Keywords: converter, battery, charger, mobile solar photovoltaic.

mailto:[email protected]



1. INTRODUÇÃO

Vive-se em um país de dimensões territoriais

continentais onde segundo IBGE (2010), 2.749.243

habitantes não possuem acesso ao serviço de rede

elétrica podendo-se escalonar esta informação em:

- 396.294 pessoas em cidades

- 2.352.949 moram na zona rural,

- 1,3% ou 728.672 do total de domicílios

- 133.237 domicílios na zona urbana;

- 595.435 domicílios na área rural.

Além da estatística citada, salienta-se a questão da

constante possibilidade dos usuários de celulares

não disporem de acesso momentâneo à rede eletrica

padrão, mesmo dentro de centros urbanos

desenvolvidos.

Por sua portabilidade e raio de alcance, o celular é,

nestas áreas, uma alternativa vantajosa, pela

possibilidade de se utilizar, uma energia alternativa,

limpa, eficaz, renovável e barata, de modo a

aumentar a qualidade de vida de todos os usuários.

A sofisticação e multifuncionalidade de uma parelho

celular (fotografar, comunicar, gravar e armazenar

dados, imagem e voz, documentar, cronometrar e

apontar as horas e datas, acessar a internet, receber

sinal de rádio e TV digital, dentre outras utilidades)

leva os usuários a uma maior utilização, contudo

todos eles sofrem da mesma limitação: a

necessidade de recarga de carga das suas baterias.

2. OBJETIVOS

Estudo e simulação de circuito elétrico "carregador

de baterias de celulares" que permita a mobilidade e

a multiplicidade de matrizes energéticas.

3. JUSTIFICATIVA

Estudar e simular um circuito de um carregador de

celular que funcione a partir de mais de uma fonte de

energia, no caso deste estudo energia elétrica e

fotovoltaica.

4. METODOLOGIA

Em função da amplitude do estudo, abordou-se

especificamente o conhecimento funcional de um

sistema de carga e recarga e suas possibilidades

aplicativas, adotando-se, além dos requisitos

técnicos de pesquisa bibliográfica e referencial

teórico, visitas técnicas e consulta aos profissionais

do mercado.

4.1. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

Segundo GIL, (2010), diante dos objetivos propostos,

a pesquisa desse estudo se classifica como

experimental, por apresentar um objeto de estudo,

que permite seleção de variáveis capazes de

influenciá-lo e a definição de formas de controle e de

observação dos efeitos que tais variáveis produzam

neste objeto estudado.

5. REFERENCIAL TEÓRICO

5.1. MATRIZ ENERGÉTICA SOLAR

5.2. EFEITO FOTOVOLTAICO

Segundo Prado, Daniel (2008), este efeito é uma

conversão de radiação eletromagnética em energia

eletrica que ocorre através da geração e separação

de cargas elétricas através da interação de radiação

no meio material que constitui a célula solar. O autor

resume em absorvição da radiação solar, por parte

do material constituinte da célula.

FIGURA 1. . EFEITO FOTOVOLTAICO

Fonte: Adaptação dos autores (2014)

Segundo Prado, Daniel (2008), na descrição de

Albert Einstein através do efeito de fóton, explica-se

de outra forma o efeito fotovoltaico, pois o mesmo se

dá através da geração de pares de elétron-lacuna no

interior do material da célula solar, pela absorvição

de fótons incidentes, tendo como consequência a

fotocondução onde cargas elétricas livres são

geradas pelos fótons da luz incidente fotoionizando

os átomos ou íons constituintes do material

semicondutor da célula solar.

5.2.1. Efeito fotoelétrico.

Segundo Pereira, Arthur (2012), este efeito foi

relatado, inicialmente, por Edmond Becquerel em

1839, através do aparecimento de uma diferença de

potencial nos extremos de uma estrutura de um

material semicondutor quando submetido à

irradiação da luz do sol.

5.3. CÉLULAS SOLARES.

Segundo Prado, Daniel (2008), células solares são

dispositivos usados para executar o efeito

fotoelétrico.

FIGURA 2. . CÉLULA FOTOVOLTAICA

LEGENDA

1 - Elétrodo Negativo

2 - Elétrodo Positivo

3 - Camada tipo n ("n-type silicon")

4 - Camada tipo p ("p-type silicon")

5 - Camada de limite ("boundary layer")


5.4. BATERIAS

Segundo NBR7039 (1987), uma pilha pode ser

definida como um gerador eletroquímico de energia

elétrica, mediante conversão geralmente irreversível

de energia química. E podem-se definir baterias

como um sistema que refere se ao um conjunto de

pilhas agrupado em série ou em paralelo.

Para Nerilso Bocchi, et al, (2000), o princípio básico

de uma pilha seria como um dispositivo constituído

unicamente de dois eletrodos e um eletrólito,

arranjados de maneira a produzir energia elétrica. O

eletrólito pode ser líquido, sólido, pastoso, mas deve

ser sempre um condutor iônico. Quando os eletrodos

são conectados a um aparelho elétrico uma corrente

flui pelo circuito, pois o material de um dos eletrodos

oxida-se espontaneamente liberando elétrons,

enquanto o material do outro eletrodo reduz-se

usando esses elétrons. Toda a bateria atende a

princípios básicos de “construção”, sendo eles:

- Baterias Primárias: Não recarregáveis

(alcalinas)

- Baterias Secundárias: Recarregáveis e, portanto

podem ser reutilizáveis (baterias de celular).

Dentro das definições já citadas, as baterias ainda

são divididas em grupos que referem a sua

aplicação. Elas podem ser:

- Veiculares - utilizadas como fonte de energia

para motores de diversos segmentos;

- Industriais – destinadas a aplicações

estacionárias;

- Portáteis – utilizadas em telefonia e

equipamentos eletrônicos, sendo a última

utilizada neste projeto.

5.5. DIODOS

Segundo Sedra e Smith, (1998), é um dispositivo

eletrônico bloqueador de corrente constituído por

uma junção PN, isto é, pela união física de material

dopado do tipo P (cujo há mais portadores positivos)

com um material dopado do tipo N (cujo há mais

portadores negativos).

FIGURA 3. IDENTIFICAÇÃO DA POLARIDADE DE DIODOS


5.6. CAPACITORES

Segundo Mussoi e Villaça, (2000), também chamado

de condensador, é um dispositivo eletro eletrônico

que armazena energia elétrica no campo elétrico

existente no seu interior, pois forma um bipolo

elétrico que estabelece uma diferença de potencial

(tensão) entre as placas carregadas.

FIGURA 4. CAPACITOR - IDENTIFICAÇÃO DOS

COMPONENTES

Fonte Notas de aula Mussoi e Villaça; Pág. 6, (2000),

Segundo Mussoi e Villaça, (2000), existem tipos de

capacitores para as mais diversas aplicações e estes

são classificados, normalmente em relação ao

material do seu dielétrico. Os tipos mais comuns são:

- Capacitores Cerâmicos (disco cerâmico, tipo

“plate” e multicamadas);

- Capacitores de Filme Plástico (de poliéster,

policarbonato, polipropileno e poliestireno);

- Capacitores Eletrolíticos de Alumínio;

- Capacitores Eletrolíticos de Tântalo;

- Capacitores Variáveis;

- Etc.

5.7. CONTROLADORES DE CARGA

Segundo Taveira, (2006), são circuitos eletrônicos

gerenciadores da energia que entra e sai das

baterias, visando protegê-las contra os efeitos da

sobrecarga e da descarga profunda. Funcionam por

meio do ajuste dos pontos de atuação dos circuitos

de carga e consumo e possuem ainda a função de

reduzir a corrente de carga entregue à bateria.

Segundo Taveira, (2006), basicamente dividem-se

em dois tipos de configuração física: série e paralelo.

Segundo Oliveira, (2005), utilização duas estratégias

de controle de carga, para as possíveis

configurações físicas:

- “ON/OFF”

- Tensão constante.

Segundo Taveira, (2006), diferenciam-se apenas no

que diz respeito a seus circuitos elétricos, ou seja,

quando a bateria estiver próxima de sua capacidade

total, o controlador de carga com configuração em:

- Série desconectará a fonte (painel fotovoltaico)

do circuito de carga.

- Em paralelo, será causado um curto circuito no

ramo de produção de energia.

5.7.1. O tipo: “On/Off”

Segundo Oliveira, (2005), este controlador compara-

se a uma chave “liga/desliga” onde sua atuação de

controle do carregamento da bateria consiste em

permitir a entrega de toda a corrente gerada pela

fonte (painel fotovoltaico), até um determinado valor

denominado de tensão de regulação.

5.7.2. O tipo: controle à tensão constante

Segundo Oliveira, (2005), podem ser do tipo série ou

paralelo e nesta estratégia, a corrente gerada pela

fonte (painel fotovoltaico) é regulada pelo

controlador, de maneira a manter a tensão nos

terminais da bateria em um valor de fixo e constante

a partir do ponto de tensão de regulação evitando

que o controlador forneça mais energia para a

bateria do que ela é capaz de receber, sendo mais

eficiente e seguro do que a estratégia “ON/OFF”.

FIGURA 5. DIAGRAMA DE BLOCOS – CONTROLADOR

CARGA LINEAR

Fonte: Adaptação dos autores, (2014)

- Utiliza-se, também, para manter a tensão

constante, um diodo zener, em paralelo para

manter a tensão da bateria no ponto de tensão

de regulação quando esta estiver praticamente

carregada.

FIGURA 6. DIAGRAMA DE BLOCOS – CONTROLADOR

CARGA LINEAR


5.7.3. O tipo: Carga por largura de pulso (PWM).

Segundo Oliveira, (2005), é uma técnica de

modulação por largura de pulso onde se faz o uso de

MOSFETs (dispositivos semicondutores utilizados

para realizar o chaveamento), que aplicam pulsos de

corrente em alta frequência (300 Hz)19, podendo

variar o ciclo de operação ou a largura dos mesmos,

reduzindo quando necessário, a corrente de carga,

de modo a manter a tensão constante entre os

terminais da bateria, evitando os efeitos de

gaseificação e estratificação, além do aquecimento

interno.

5.8. CONVERSORES

5.8.1. Hidrolise

Operacionalizado parcialmente por hidrolise(

converte o hidrogênio em eletricidade). A água é

misturada a outra solução que, ao entrar em contato

com o hidrogênio, gera energia. A água é apenas o

meio e não a substância principal. O dispositivo tem

um custo de 229 dólares.

FIGURA 7. CONVERSOR POR HIDROLISE

fonte: http://ceticismo.net/2012/03/31/carregador-de-

5.8.2. Conversor de calor x eletricidade

Este dispositivo possui a capacidade de transformar

o calor retido dos ambientes externos em energia,

para recarregar diversos dispositivos eletrônicos. O

projeto é Iraniano e o dispositivo possui um pequeno

visor com a tecnologia OLED, que apresenta os

detalhes e demais informações sobre a recarga,

como temperatura, tempo para recarga completa e

porcentagem.

5.8.3. Eletricidade x campo magnético

O dispositivo opera pela tecnologia wireless que

baseia-se no principio da indução, que transforma

uma corrente elétrica (no caso, aquela que sai de

nossa tomada) em um campo magnético. Para que

essa transmissão de energia ocorra, tanto a fonte de

energia quanto o receptor devem possuir um

dispositivo chamado indutor, que faz com que ambos

os aparelhos “vibrem” na mesma frequência.

5.8.4. Energia mecânica de movimento x eletrica

Ângelo Casimiro apresentou no Google Science Fair

um protótipo de uma bateria acoplada ao tênis, o

qual é capaz de recarregar um celular.

FIGURA 8. CONVERSOR ENERGIA MECÂNICA EM

ELETRICA

Fonte: http://www.gadoo.com.br

5.8.5. Eletricidade x áudio x eletricidade

A tecnologia pode pegar eletricidade, converter em

som e enviar esse áudio por ar via ultrassom. Depois

disso, um receptor preso ao aparelho eletrônico

pega o som e converte de novo em eletricidade.

5.8.6. Conversão do som em energia elétrica

O protótipo usa o som para repor a bateria dos

smartphones ou de outros aparelhos eletrônicos.

Trata-se de um sistema que recorre às propriedades

piezoelétricas do óxido de zinco repondo a carga na

bateria por meio de um acumulador. O sistema

funciona através das vibrações e do som,

dispensando então a corrente elétrica.

5.8.7. Conversão eletromecânica

A conversão eletromecânica envolve a troca de

energia entre um sistema mecânico e um sistema

elétrico através de um campo de acoplamento, que

pode ser de origem elétrica ou magnética. O

processo que se realiza através do campo elétrico ou

magnético de um dispositivo de conversão, como

agente intermediário.

5.9. REGULADORES DE TENSÃO

Segundo Wendilng, (2009), é um dispositivo que visa

manter a tensão produzida pela fonte de um circuito

dentro dos limites exigidos pela bateria e pelo

sistema elétrico alimentado, visando manter a tensão

de saída constante independente de variações na

tensão de entrada ou na corrente de saída..

5.9.1. Circuito integrado série 78XX e 79XX

Segundo Wendilng, (2009), é um tipo de regulador

de tensão e são quase que obrigatórios em projetos

de fontes de alimentação para circuitos de pequena

e média potência.

TABELA 1. Circuitos integrados reguladores de tensão serie 78XX E 79XX

Códigos tipos

Tensão máxima (entrada)

Tensão (saída)

Corrente Máxima de

(saída)

7805 7905 35 V 5 V 1 A

7806 7906 35 V 6 V 1 A

7808 7908 35 V 10 V 1 A

7885 7985 35 V 8,5 V 1 A

7812 7912 35 V 12 V 1 A

7815 7915 35 V 15 V 1 A

7818 7918 35 V 18 V 1 A

7824 7924 40 V 24 V 1 A

Fonte: Notas de aula, pg. 3, Wendilng, (2009),

Segundo Wendilng, (2009), Os circuitos integrados

78XX(positivo) e 79XX(negativo) (XX é substituído

por um número que indica a tensão de saída) podem

fornecer tensões de 5 a 24 volts tipicamente com

corrente de 1 ampère de saída e que são

apresentados em invólucro TO-220 conforme mostra

a figura a seguir.

FIGURA 9. CI E INVÓLUCRO TO-220


TABELA 2. Características do CI 7805

características Variação

Unidade Min. Tipo Max

Tensão de saída

4,8 5,0 5,2

Regulagem de linha

- 3 50

Regulagem de carga

- 15 50

Corrente quiescente

- 4,2 6,0

Rejeição de ripple

- 70 - dB

Resistência de saída

- 17 -


5.10. RETIFICADORES

Segundo Choueri, (2010), é um transformador de

sinal de corrente alternada para corrente continua,

impedindo que haja mudança no sentido do fluxo da

corrente. São classificados segundo a sua

capacidade de ajustar o valor da tensão de saída

como monofásicos e polifásicos.

Os tipos de retificadores monofásicos são:

5.10.1.1. Retificador de meia onda.

Segundo Choueri, (2010), é um retificador de baixa

eficiência que possui um circuito descrito segundo os

pontos detalhados na FIGURA, a seguir, onde se

considerando a condição de entrada de corrente

alternada tem-se duas condições de funcionamento

no retificador:

- A primeira ocorre quando o ponto A é positivo

em relação a B onde esta polarização de A que

coincide com a polarização positiva do diodo

que conduz e a corrente circula de A

até B, passando pelo diodo e RL.

- A segunda ocorre quando o ponto A alterna

para negativo em relação a B onde esta

polarização de A não coincide com a

polarização positiva do diodo e este não conduz

e a corrente não circula até B e sim tem-se

corrente em RL somente nos semi ciclos

positivos de entrada.

FIGURA 10. RETIFICADOR DE MEIA ONDA

Fonte: http://ivairsouza.com/circuitos_retificadores.html

5.10.1.2. Retificador de onda completa em ponte.

Segundo Choueri, (2010), é um transformador em

ponte com quatro diodos que dispensa o uso do

transformador com tomada central, possui um

circuito descrito segundo os pontos detalhados na

FIGURA, baixo, onde se considerando a condição de

entrada de corrente alternada tem-se, também, duas

condições de funcionamento, porem com uma

defasagem de 180º entre as tensões de saída do

transformador, VA e VB medidas em relação ao

ponto C (0V )

- A primeira ocorre quando o ponto A é positivo e

B é negativo, onde a corrente sai de A passa

pelo diodo D1, pela RL, pelo diodo D3 e chega

ao ponto B.


para negativo e B para positivo, onde a corrente

sai de A passa pelo diodo D2, pela RL, pelo

diodo D4 e chega ao ponto A.

FIGURA 11. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM

PONTE


5.10.1.3. Retificador de onda Completa com tape

central.

Segundo Choueri, (2010), é um transformador com

tape central (Center – tapped) de dois diodos,

também, denominado de retificador de onda

completa convencional e é um retificador de maior

eficiência que possui um circuito descrito segundo os

pontos detalhados na FIGURA, a seguir, onde

considerando-se a condição de entrada de corrente

alternada tem-se, também, duas condições de

funcionamento, porem com uma defasagem de 180º

entre as tensões de saída do transformador, VA e VB

medidas em relação ao ponto C (0V )

- A primeira ocorre quando o ponto A é positivo e

B é negativo, onde a corrente sai de A passa

pelo diodo D1, pela RL e chega ao ponto C..


para negativo e B para positivo, onde a corrente

sai de B passa por diodo D2, pela RL e chega

ao ponto C

FIGURA 12. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA


5.11. DEMULTIPLEXADOR

Segundo Chiesse (2014), é um circuito

combinacional com a finalidade de selecionar,

através das variáveis de seleção, qual de suas

saídas deve receber a informação presente em sua

única entrada, ou seja, coloca uma entrada “D”

(dados) em diversas saídas (S0 à Sn), segundo as

condições das variáveis de seleção ou de

endereçamento (A0 à Am). Nele o número de

entradas está relacionado com o número de

variáveis de seleção, ou seja onde:

- n - número de canais de saída;

- m - número de variáveis de seleção.

FIGURA 13. EXEMPLO DE TABELA VERDADE


5.12. ESPECIFICAÇÕES DE PROJETO

5.12.1. Proposta do "MSc. Mario Henrique Pereira

Santos" - Professor de Eletrônica Analógica

Circuito do Retificador

É composto por:

- Um transformador que converte uma tensão

alternada de 127 V em uma tensão contínua

desejada.

- Um retificador de onda completa que atenda a

tensão desejada, ligado ao transformador.

- Um circuito integrado regulador de tensão ligado

ao retificar de onda completa.

- Um capacitor de dimensionado segundo a

minimização eficaz para o ripple gerado.

Detalhes técnicos de dimensionamento:

Um carregador de baterias é especificado

considerando a corrente de carga e a tensão do

conjunto de baterias que se deseja carregar.

Deve-se calcular a potência prevista, no processo de

carga, no ponto de maior esforço de tensão e

corrente. (momento em que o carregador aplica a

tensão de equalização e fornece corrente a bateria

carregada)

Para a carga de baterias deve-se trabalhar no

carregamento com:

- Uma tensão de no máximo 14% da tensão total.

- Uma corrente de carga entre 5 a 20% da

corrente total da bateria carregada.

Faixa de carregamento

Visando visualizar qual a máxima faixa de

carregamento (quantidade de diferentes tipos de

celulares) que se poderá atingir segundo as

prerrogativas citadas, efetuou-se uma pesquisa de

mercado visando conhecer os aparelhos disponíveis

segundo os critérios de carga de suas baterias

considerando:

- Marca /Modelos

- Código da Bateria

- Corrente de carga em

- Tensão de carga em

Com base na tabela acima, buscando projetar para a

mais abrangente faixa dentre as diferentes

demandas (considerando a demanda em situação de

carga) de corrente e tensão optou-se pela faixa dos

celulares próximos ao consumo de 860 e 3,2

Cálculo da faixa de carregamento

Considerando a faixa escolhida procede-se aos

cálculos:

Calculo da tensão:

TABELA 3. Faixa de segurança para a tensão

olts

Mínima Máxima

Fonte: MSc. Mario Henrique Pereira Santos, (2014)

Calculo da corrente:

TABELA 4. Faixa de segurança para a corrente

Mínima Máxima

5% 20%


Então tem-se a faixa de carregamento entre:

- Corrente máxima de 0,043 Ah e mínima de

0,0172 Ah;

- Tensão máxima de 4,218 V e uma tensão

mínima de 3,182 V.

Faixa de carregamento atendida

Encontrou-se então a faixa de carregamento:

-

-

TABELA 5. Celulares de mercado - especificações

Marca /Modelos Nº de

aparelhos pesquisados

Código Corrente demandada Tensão

Baterias Demanda total

5% 20%

Volts

SAMUNG Galaxy S3 i9300 1 EB-L1G6LLU 0,7 0,035 0,140 3,7

SAMUNG Galaxy W I8150 1 EB484659VU 0,75 0,038 0,150 3,7

SAMUNG SGH- C406, C400 e C416 2 AB463446BU AK 0,8 0,040 0,160 3,7

SAMUNG Gt- m3510, c3500, s3650 2 AB403450BU AT 0,8 0,040 0,160 3,7

SAMUNG SGH-G600 , SGH-G600i , SGH-G608 , SGH-F338 , SGH-F490 , SGH-F268 entre outros

7 AB533640CU 0,8 0,040 0,160 3,7

Nokia 5610 Xpressmusic , Nokia 5700 Xpressmusic , Nokia 6110 Navigator

3 BP-5M 0,8 0,040 0,160 3,7

Nokia N91, N72, N70, 7610, 6822, 6820, 6682, 6670, 6620, 6600, 6555

11 BL-5C 0,86 0,043 0,172 3,7

NOKIA 1110, 1100, 1208, 1255 1315e 1600 6 BL-5CA 0,88 0,044 0,176 3,7

NOKIA N95, N78, N79 e 6788i 4 BL-6F 0,9 0,045 0,180 3,7

NOKIA C3-00, N900, X1-01 3 BL-5J 0,9 0,045 0,180 3,7

NOKIA Black Berry 1 C-S2 0,9 0,045 0,180 3,6

LG A290, P970, E400, E405, E615, P698, L5, L3.. 8 BL44JN 0,93 0,047 0,186 3,7

LG T375, C375, Gm205, C105C, GS107, C333, C199...

7 LGIP-531A 0,95 0,048 0,190 3,7

LG C300, Gs290,T310, T300, C305 5 LGIP-430N 1,13 0,057 0,226 3,7

LG GT360, LG GM210, LG KF240, LG KF245 BLACK....

5 IP330G 1,15 0,058 0,230 3,7

LG Gx200, Gx500, Gw620, Gw820, Gm750... 5 LGIP400N 1,2 0,060 0,240 3,7

LG P350 1 BL42FN 1,25 0,063 0,250 3,7

Motorola Ex115, Ex112, I425, I876, I877, L7 6 BK60 1,32 0,066 0,264 3,7

Motorola Z3, Z6, K1, L6, U3, Zn200 6 BC50 1,5 0,075 0,300 3,8

Motorola I580, I776, Xt300, v190, A3100... 4 BT60 1,5 0,075 0,300 3,7

Motorola C216, L7, U6c, U6, V3x 4 BC60 1,5 0,075 0,300 3,7

Sony Ericsson K790i, C903, F305... 3 BST-33 2,1 0,105 0,420 3,8

Total de tipos de celulares na faixa de carregamento:

95

Calculo do capacitor:

Cálculo da resistência equivalente envolvida na Saída

Calcula-se um resistor equivalente, segundo a Lei de

Ohms, para se definir a potência requerida pelo

circuito:

-

-

-

Cálculo da potência de saída requerida

-

-

Cálculo da Capacitância do Filtro de Saída

Utiliza-se a expressão que se aplica para casos onde

a constante de tempo RC é maior que o período da

ondulação da tensão de saída.

Novos dados Iniciais considerados:

Frequência de ondulação da

tensão de saída do retificador (120 Hz, pois é um

retificador em ponte de onda completa)

Período da

ondulação da tensão de saída do retificador.

Tensão máxima da

saída do transformador considerando que a tensão

Eficaz é de 6V (1,4V de queda em dois diodos na

ponte retificadora).

Tensão de Ripple

considerando uma ondulação de 10% em relação à

tensão média na saída da fonte ( considerando a

tensão média de saída = 7,0)

Resistência de saída baseada na

máxima corrente de carga do carregador.

Isolando a capacitância da expressão anterior:

Considerando um valor de capacitor comercial, será

utilizado um de

Capacitância comercial adotada

Teste da

constante RC para verificar se a expressão utilizada

foi adequada:

Comparando a constante de tempo RC com o

período da ondulação de tensão respectivamente:

GRÁFICO 1. Forma de onda obtida no capacitor

calculado


Circuito proposto

FIGURA 14. CIRCUITO RETIFICADOR


Cálculo do transformador

O dimensionamento do transformador depende da

corrente exigida pelo retificador; o que depende do

conhecimento da tensão e da corrente da bateria que

se deseja carregar.

Componentes sugeridos

- 08 - diodos 1N4007;

- 01 - transformador com primário /

secundário ;

- 01 - capacitor eletrolítico de

- 03 - capacitores eletrolíticos de

- 01 - regulador de tensão ;

- 01 - LED vermelho;

- 01 - LED verde;

- 01 - LED amarelo;

- 03 - resistores PTH

5.12.2. Proposta do "MSc. Rogerio Rodrigues Lima "

- Professor de Eletrônica Digital

Capacitor eletrolítico de .

A especificação de tensão do capacitor deve ser pelo

menos o dobro da tensão de trabalho do mesmo.

Logo, se a tensão de entrada for (tensão de

trabalho), a tensão mínima do capacitor será de

Provavelmente você encontrará

capacitores para comprar com tensão de trabalho de

Não há problema o valor de tensão ser maior

que O que não é desejável é a tensão ser

menor que .

Os transistores

Os transistores são aqueles mesmos do projeto, ou

seja, 2N1893. Se eles não forem possíveis de serem

encontrados nas lojas de eletrônica, sugiro olharem

as especificações elétricas dele e tentar encontrar

algum que seja equivalente ao mesmo.

O Transformador

Quanto ao transformador, a especificação deve

atender dois parâmetros:

- A corrente elétrica em um dos lados do

TRAFO;

- A relação de transformação de tensão entre o

primário e secundário.

O Circuito retificador

A tensão de entrada no regulador de tensão (pino 1

= Vi do componente U1) deve ser maior que sua

saída, que é de 5V, ou seja, Vi deve ser pelo menos

7V. Logo, a tensão de saída do transformador, antes

de passar pela ponte retificadora, deve ter,

aproximadamente . Como a tensão de

entrada (primário do Trafo) é de 127Vrms, a relação

de transformação deve ser N1/N2 = 127V/9V =>

N1/N2 = 14. Ou seja, a relação do trafo especificado

deve ser de aproximadamente 14.

6. PROJETO EXECUTADO

6.1. Circuito idealizado

6.1.1. Circuito da bateria

FIGURA 15. PROJETO CIRCUITO DA BATERIA

Fonte: Adaptação Breno Autran, (2014)

6.1.2. Circuito do Retificador

FIGURA 16. PROJETO CIRCUITO DO RETIFICADOR


6.1.3. Circuito da placa fotovoltaica

FIGURA 17. PROJETO CIRCUITO DO RETIFICADOR


6.1.3.1. Croqui sobre a Lógica de controle:

FIGURA 18. PROJETO CIRCUITO GERAL COM LÓGICA DE CONTROLE


6.1.3.2. Tabela verdade do demultiplexador

TABELA 6. Tabela verdade do demultiplexador

Entradas Saídas

Portas

11 10 9 13 14 15 12 1 5 2 4 Pinos

1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 A

0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 B

0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 C

A B C


6.1.4. Circuito projetado com demultiplexador.

FIGURA 19. CIRCUITO COMPLETO OPCIONAL CHAVEADO POR DEMULTIPLEXADOR


6.1.5. Circuito projetado com chave manual

FIGURA 20. CIRCUITO COMPLETO OPCIONAL OPERADO POR CHAVE MANUAL


DESCRIÇÃO DE FUNCIONAMENTO

o circuito funciona a partir da:

- Obrigatoriamente pela conexão de um celular através da porta USB fêmea através de um "rabicho"

apropriado à conexão. Para efeito da simulação substituiu-se a saida USB por um resistor para simular a

corrente da bateria do celular requerendo carga e gerando corrente.

- No caso deste estudo, onde não se esta lidando com o equipamento fisico, Delega-se ao usuário o

acionamento de um entre 3 botões para que ele defina uma das três fontes de energia: (bateria, rede

eletrica,placa fotovoltáica) simulando o ato de desembalar e conectar a placa fotovoltáica, ligar a tomada de

energia na rede ou baixa carga da bateria de 9V.

- A partir da definição da fonte podem-se adotar dois tipos de chaveamento de saída a saber:

o O circuito então tendo uma fonte de energia carregada inicia imediatamente a carga do celular

conectado, pois o sistema seleciona automaticamente via demultiplexador o circuito correto

segundo a fonte de energia selecionada ligando-a a bateria a carregar.

o O circuito será acionado diretamente através da seleção manual feita pelo usuário.

7. CUSTO

Segundo Rangel (2004), citando: (apud

Vasconcellos, 2002), que a verticalização produtiva

se justifica somente se o custo custo de operação for

reduzido. Baseando-se neste argumento, os autores

visando apresentar um custo de mercado para o

produto comercial derivado deste estudo, decidiram

basear-se no preço médio de cada componente

vendido separadamente no comercio, pois esta

comparação permite avaliar a equiparação de preço

e o possível ganho na integração em um mesmo

processo produtivo gerando um produto integrado de

todas as diferentes tecnologias.

Pesquisa efetuada pelos autores em sites de e-

comerce, na internet, aponta os seguintes preços

médios:

- Carregador de rede ou bateria entre R$5,00 e

R$15,00;

- Carregador fotovoltaico entre R$45,00 e

R$65,00

Estima-se, considerando a média dentre os

diferentes percentuais de ganho em verticalização e

ou unificação de processos propostos por Rangel

(2004), que o custo final ao consumidor para o

produto fique entre R$45,00 a $50,00. gerando um

ganho entre 23 a 30%

8. OPORTUNIDADES DE MELHORIA

Detectou-se durante o estudo as seguintes

possibilidades de melhorias sobre o circuito criado

com a aplicação de:

- Controlador de corrente;

- Fusíveis de proteção

FIGURA 21. OPORTUNIDADE DE MELHORIAS AO

PROJETO


9. CONCLUSÃO

Os autores avaliam como imprescindível às

orientações fornecidas pelos orientadores sendo:

- Em Eletrônica Analógica, as orientações do

professor MSc. Mario Henrique Pereira Santos

que além dos cálculos básicos para cada

componente apresentou três aulas praticas de

dimensionamento onde incluiu diversas

informações de "experiência pratica executiva".

- Em Eletrônica Digital, as orientações do

professor MSc. Mario Henrique Pereira Santos

quanto ao dimensionamento dos transistores e

multiplexador.

Os autores, também, salientam a grande dificuldade

de padronização do processo de compras por parte

da cadeia produtiva, no que tange ao atendimento ao

cliente pelos fornecedores de componentes

eletrônicos, além da dificuldade de se encontrar no

mercado exatamente o que foi dimensionado a

projeto.

Os autores destacam o fato de que no atual estágio

do curso de Engenharia a transmissão de

conhecimento acadêmico para que Engenheiros em

formação possam superar obstáculos sistêmicos no

desenvolvimento de conjuntos pode ser melhorada,

uma vez que estuda-se apenas os componentes em

separados e a exemplo deste estudo atua-se sempre

com conjuntos o que muda as variáveis de

dimensionamento.

Os autores invocam o fato de que este projeto ser

uma inovação no mercado tecnológico, pois

apresenta além das características de seus

antecessores uma portabilidade diferenciada que lhe

permite utilização em vários lugares e a qualquer

momento sem necessidade da rede elétrica

convencional o que atende a demanda de:

- 396.294 pessoas em cidades

- 2.352.949 moram na zona rural,

- 1,3% ou 728.672 do total de domicílios

- 133.237 domicílios na zona urbana;

- 595.435 domicílios na área rural.

Portando apresenta-se neste estudo um produto com

potencial comercial e custo benefício indiscutível,

Não obstante a possibilidade de outras melhorias

considerando o princípio do melhoramento contínuo,

visando a segurança e o designer do equipamento

.

10. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

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