Diodo em paralelo com motor escovado: qual é sua função?

Motores de corrente contínua escovados são muito utilizados em projetos de modelismo, brinquedos, pequenos barcos, carrinhos e mecanismos controlados eletronicamente. Apesar da simplicidade, esses motores podem gerar picos de tensão capazes de provocar interferências e até danificar componentes do circuito de acionamento.

Uma forma comum de proteção é colocar um diodo em paralelo com o motor. Esse componente é conhecido como diodo de roda livre, diodo de retorno ou flyback diode.

Neste vídeo, mostro sua utilização e explico por que ele pode ser importante no circuito.

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Por que o motor produz uma tensão reversa?

O enrolamento do motor possui um comportamento indutivo. Enquanto existe corrente circulando, parte da energia fica armazenada no campo magnético criado em seu interior.

Quando o transistor, relé ou interruptor corta repentinamente a alimentação, a corrente não consegue desaparecer de forma instantânea. O campo magnético começa a se desfazer e o motor produz uma tensão de polaridade contrária, tentando manter a corrente circulando.

Esse fenômeno é chamado de força contraeletromotriz ou tensão reversa. Em inglês, também aparece como back EMF.

O pico produzido pode ser muito superior à tensão utilizada para alimentar o motor. Mesmo um pequeno motor ligado a uma bateria de baixa tensão pode gerar um pulso capaz de danificar o transistor, o MOSFET ou outro componente eletrônico responsável pelo acionamento.

Qual é a função do diodo em paralelo?

O diodo oferece um caminho para a corrente do motor quando a alimentação é interrompida.

Durante o funcionamento normal, ele permanece reversamente polarizado e praticamente não conduz. Quando o transistor desliga e surge a tensão reversa, o diodo passa a conduzir, permitindo que a energia armazenada circule e seja dissipada gradualmente.

Com isso, o diodo ajuda a:

  • limitar o pico de tensão;
  • proteger o transistor ou MOSFET;
  • aumentar a confiabilidade do circuito;
  • reduzir o risco de falhas;
  • diminuir parte das interferências produzidas pelo desligamento do motor.

Sem essa proteção, o componente de acionamento pode ser submetido repetidamente a tensões superiores ao seu limite.

Como ligar o diodo no motor?

Em um sistema de rotação unidirecional, o diodo é ligado em paralelo com os terminais do motor, mas invertido em relação à alimentação normal.

A ligação geralmente é feita da seguinte maneira:

  • o cátodo do diodo, identificado pela faixa, fica ligado ao terminal positivo do motor;
  • o ânodo fica ligado ao terminal negativo do motor.

Nessa posição, o diodo não conduz quando o motor está recebendo a alimentação correta. Ele somente entra em condução quando aparece o pico de tensão com polaridade invertida.

Se o diodo for instalado ao contrário, ele poderá provocar um curto-circuito assim que a alimentação for ligada.

Diagrama da ligação

O diagrama abaixo representa uma aplicação unidirecional, na qual o motor gira somente em um sentido e é acionado por transistor ou MOSFET.

Ligação correta do diodo em paralelo com motor escovado Motor escovado acionado por transistor ou MOSFET, com o diodo de proteção ligado aos dois terminais do motor. O cátodo, identificado pela faixa, está conectado ao positivo. DIODO DE PROTEÇÃO EM PARALELO COM O MOTOR FONTE CC + − MOTOR ESCOVADO DIODO Cátodo no positivo faixa voltada para cima CORRENTE APÓS O DESLIGAMENTO TRANSISTOR OU MOSFET Ligação indicada para motor acionado em apenas um sentido

Atenção aos controladores com marcha à ré

Existe uma limitação muito importante: essa ligação com um único diodo em paralelo é indicada para motores acionados em apenas um sentido.

Em automodelos e nautimodelos, é comum utilizar um ESC com marcha à ré. Nesse tipo de controlador, uma ponte H inverte a polaridade aplicada ao motor para mudar o sentido de rotação.

Se um único diodo comum for colocado diretamente nos terminais desse motor, ele poderá entrar em condução quando o ESC aplicar a polaridade inversa. Na prática, isso pode produzir um curto-circuito e danificar o diodo ou o controlador.

Portanto:

  • em acionamentos unidirecionais, o diodo de roda livre pode ser colocado em paralelo com o motor;
  • em sistemas bidirecionais com ponte H, não se deve instalar um único diodo dessa maneira;
  • em ESCs comerciais, deve-se seguir o sistema de supressão recomendado pelo fabricante.

Essa diferença é essencial em aplicações de modelismo, pois muitos barcos e carrinhos utilizam marcha à ré.

Diodo de proteção e capacitor têm a mesma função?

Não exatamente.

O diodo de roda livre oferece um caminho para a corrente gerada pela indutância do motor quando sua alimentação é interrompida. Sua principal finalidade é proteger o componente eletrônico responsável pelo acionamento.

Os capacitores instalados nos terminais do motor são usados principalmente para reduzir os ruídos elétricos produzidos pelas escovas e pelo comutador. Esses ruídos podem interferir no receptor e em outros circuitos eletrônicos.

Em algumas montagens unidirecionais, o motor pode utilizar tanto o diodo quanto capacitores, pois cada componente atua de forma diferente.

Interferências produzidas pelo motor escovado

As escovas fazem e desfazem contatos rapidamente enquanto o motor gira. Esse processo produz pequenos arcos elétricos e ruídos que podem se propagar pelos fios de alimentação.

No modelismo, essas interferências podem causar:

  • movimentos inesperados dos servos;
  • falhas momentâneas no receptor;
  • redução do alcance do rádio;
  • comportamento irregular do controlador;
  • ruídos em circuitos de áudio ou sensores.

Além dos componentes de supressão, algumas práticas ajudam a reduzir esses problemas:

  • manter os fios do motor curtos;
  • trançar os dois fios de alimentação do motor;
  • afastar o receptor e a antena;
  • revisar as escovas e o comutador;
  • utilizar conexões firmes;
  • evitar emendas mal isoladas.

Como escolher o diodo

O diodo deve suportar a corrente que circulará durante a dissipação da energia e uma tensão reversa superior àquela presente no circuito.

A escolha não deve considerar apenas a tensão da bateria. Também é necessário avaliar:

  • corrente consumida pelo motor;
  • corrente de partida;
  • frequência de acionamento;
  • tensão reversa suportada;
  • velocidade de recuperação do diodo;
  • características do transistor ou MOSFET.

Motores maiores podem exigir diodos com maior capacidade de corrente. Um componente adequado a um motor pequeno pode não suportar a energia produzida por um motor de maior potência.

O diodo deve ficar próximo do motor?

Sempre que possível, o componente deve ser colocado próximo aos terminais do motor. Isso reduz o comprimento do caminho percorrido pelo pulso e ajuda a limitar sua propagação pelos fios.

O diodo pode ser soldado diretamente nos terminais, desde que:

  • sua polaridade esteja correta;
  • os terminais fiquem bem isolados;
  • ele não encoste na carcaça;
  • não interfira nas partes móveis;
  • fique protegido contra vibrações;
  • suas especificações sejam adequadas ao motor.

No nautimodelismo, também é necessário protegê-lo contra umidade e possíveis infiltrações.

Testando a ligação

Antes de conectar a bateria, confira a faixa que identifica o cátodo do diodo. Ela deve estar voltada para o terminal que será positivo durante o funcionamento normal do motor.

Faça o primeiro teste com uma fonte protegida ou com limitação de corrente, sempre que possível. Observe se o motor funciona normalmente e se o diodo apresenta aquecimento.

Se o diodo aquecer imediatamente, desligue a alimentação e revise a polaridade. Um diodo invertido pode estar provocando um curto-circuito.

Também verifique a temperatura do transistor, do motor, dos fios e dos conectores durante os testes.

Uma proteção simples, mas que precisa ser aplicada corretamente

O diodo em paralelo com o motor é uma solução simples e eficiente em circuitos de acionamento unidirecional. Ele protege o transistor ou MOSFET contra os picos de tensão gerados quando a corrente do motor é interrompida.

Entretanto, sua instalação exige atenção à polaridade e ao tipo de controlador utilizado. Em sistemas que invertem a rotação por meio de uma ponte H ou ESC com marcha à ré, a colocação de um único diodo diretamente em paralelo com o motor não é apropriada.

Entender essa diferença ajuda a construir circuitos mais seguros e evita danos aos equipamentos utilizados no modelismo.

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