Reles em Placas Eletrônicas e o Back EMF - Parte 1: O Problema na prática

Se procurarmos na Internet e em livros sobre circuitos de acionamento de relés, o mais comum é acharmos o famoso Diodo de Roda Livre e porque utilizarmos ele? Bom, em nossa placa do Integro temos até 4 relés e os relés em placas eletrônicas podem ocasionar alguns problemas devido a sua bobina, tanto no acionamento do relé mas principalmente quando a bobina é desenergizada. Porque quando ela é desenergizada? Porque é quando ocorre o fenômeno do "back EMF (Electro Motive Force)", ou seja, a bobina do relé sofre uma alteração na corrente elétrica (desenergizada) e uma tensão contrária é gerada. Então pessoal neste post vamos fazer algo diferente, não iremos focar no circuito do acionamento e sim fazer uma análise prática do problema dos reles em placas eletrônicas e o back EMF.

Circuito Eletrônico para acionar relé

Primeiro, a necessidade desta análise surgiu devido a problemas que tivemos quando utilizamos na Placa do Integro mais de um Relé, então o primeiro passo foi analisar o fenômeno do back EMF para apenas 1 Rele. Assim vamos a primeira questão, o problema do Rele é realmente apenas quando ele é desligado? Vamos analisar as imagens abaixo. Nas próximas imagens o canal amarelo é o sinal do uC (microcontrolador) que aciona o rele e o sinal azul é o Vcc (5V) da placa.

Rele acionado - 200 ns / divisão

Rele desligado - 2 us / divisão

Rele desligado - 200 ns / divisão

Vamos a análise:

• Quando o relé é acionado, isto também pode ser motivo de um problema em uma placa eletrônica, porque ocorre uma variação de corrente devido a corrente de acionamento da bobina do relé, causando o transiente que é possível verificar em Vcc (canal azul), porém devido o projeto da placa este transiente pode ser de maior ou menor intensidade, no caso deste teste temos uma queda de tensão próximo a 170 mV mas em um curto espaço de tempo. 
• Quando o relé é desligado, é quando ocorre o problema mais grave, tanto da variação da carga para o fonte (transiente da carga) como o back EMF, ambos indicados nas imagens do rele desligado.

Mas será que o diodo de roda livre está atuando? Segue a imagem abaixo do teste sem o diodo:

Rele acionado sem diodo de roda livre

Rele desligado sem diodo de roda livre - back EMF

A partir destas duas imagens, comprova-se que o diodo de roda livre atua apenas para o back EMF, quando o rele desliga, e é possível ver o ruído que este fenômeno produz no Vcc da placa. E o que este ruído pode fazer na placa? Em resumo, reset do uC e mau funcionamento dos CIs tanto digitais mas principalmente dos analógicos.

E quando uma placa eletrônica tem mais de 1 rele, o que acontece? Vamos as imagens abaixo:

Dois Reles desligando, back EMF - 10 us / divisão

Dois Reles desligando, transiente da carga e back EMF - 200 ns / divisão

É possível ver que o transiente da carga (2 reles) é semelhante, porém o back EMF é mais elevado se comparado com o teste com 1 rele. Então, e se utilizarmos mais reles, o back EMF irá aumentar? Segue a resposta nas imagens abaixo:

Quatro Reles desligando, back EMF - 10 us / divisão

Quatro Reles desligando, transiente de carga - 50 ns / divisão

A lógica segue, aumentou a intensidade do back EMF, agora 200 mV, mas é possível ver que o transiente da carga não teve muita alteração. Devido o transiente da carga ao acionar os 4 reles ser parecido ao desligar, não foi adicionado esta imagem.

Então pessoal, após essa análise sobre a utilização de reles em placas eletrônicas conclui-se: existe 2 problemas, variação de carga para a fonte (transiente da carga, tanto para ligar/desligar o rele) e o fenômeno de back EMF. Porém o que normalmente encontramos neste assunto, foca apenas no back EMF, porém também existe o problema do transiente da carga (bobina do rele). Na parte 2 deste post iremos aos testes que fizemos para determinar o que é necessário para proteger sua placa eletrônica para estes problemas, stay tuned!