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.
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.
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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