Este circuito acende um LED verde só enquanto a bateria de 12 V estiver dentro da faixa saudável, entre 11,5 V e 15,0 V. Serve para ficar no painel do nobreak, da moto, do carro parado ou do banco solar: se o LED apagou, ou a bateria descarregou, ou o carregador está jogando tensão demais nela. Nível iniciante — nove componentes, nenhum ajuste.
Ele sai do datasheet do TL431 da Texas Instruments (SLVS543S, revisão de maio de 2024), Figura 9-12, página 30, que a própria TI batizou de “Voltage Monitor”. As duas fórmulas dos limites e a nota de projeto são as da figura.
O que você vai precisar
| Ref. | Componente | Valor | Tolerância / potência | Qtd. |
|---|---|---|---|---|
| U1, U2 | Referência ajustável TL431 | TO-92 | grau padrão (±2%) ou TL431B (±0,5%) | 2 |
| R1A | Resistor | 11 kΩ | 1% — 1/4 W | 1 |
| R2A | Resistor | 2,2 kΩ | 1% — 1/4 W | 1 |
| R1B | Resistor | 4,7 kΩ | 1% — 1/4 W | 1 |
| R2B | Resistor | 1,3 kΩ | 1% — 1/4 W | 1 |
| R3 | Resistor | 1 kΩ | 5% — 1/4 W | 1 |
| R4 | Resistor | 2,2 kΩ | 5% — 1/4 W | 1 |
| D1 | LED verde 5 mm | 2,0 V a 10 mA | 25 mA máx. contínuos | 1 |
| J1 | Borne de 2 vias | passo 5,08 mm | — | 1 |
Os quatro resistores dos divisores definem os limites: use 1% neles. R3 e R4 só mexem no brilho, 5% basta. O 1,3 kΩ é da série E24; se não achar, veja “Variações”.
Como funciona
O TL431 não é um amplificador operacional nem um zener: tem lá dentro uma referência de 2,495 V e um comparador. Com o pino REF abaixo de 2,495 V ele fica aberto, como chave desligada; passando disso, conduz entre cátodo e ânodo e puxa o cátodo para perto de 2 V — 2 V, e não 2,5 V, porque aqui ele trabalha em malha aberta (seção 9.2.1.2.2 do datasheet).
Estágio 1 — o limite de baixo (U2). O divisor R1B/R2B entrega uma fatia da tensão da bateria ao REF do U2. Quando essa fatia chega a 2,495 V, o U2 liga, puxa o cátodo do LED para baixo e o LED acende. A fórmula é a da própria Figura 9-12:
Limite baixo = (1 + R1B / R2B) × Vref
(1 + 4,7 kΩ / 1,3 kΩ) × 2,495 V = 4,615 × 2,495 V = 11,52 V
Estágio 2 — o limite de cima (U1). O U1 vigia o segundo divisor, R1A/R2A, e tem o cátodo ligado no nó B, justamente o ponto que alimenta o REF do U2. Quando a bateria sobe demais, o U1 liga e derruba o nó B para 2 V: o U2 desliga e o LED apaga. É um comparador de janela com dois componentes de três pernas.
Limite alto = (1 + R1A / R2A) × Vref
(1 + 11 kΩ / 2,2 kΩ) × 2,495 V = 6,000 × 2,495 V = 14,97 V
Estágio 3 — o LED. R3 limita a corrente e R4 fica em paralelo com o LED. A nota A da figura manda escolher R3 e R4 “para dar o brilho desejado e no mínimo 1 mA de corrente de cátodo ao TL431”. Com 1 kΩ e 2,2 kΩ a simulação deu 7,7 mA no LED e 8,6 mA no cátodo do U2 com a bateria em 12,6 V — folga confortável sobre esse mínimo.
O que a simulação mostrou
Rodamos o circuito no ngspice com o modelo SPICE oficial da TI (SLVM071B) e um modelo de LED verde ajustado ao datasheet do Kingbright WP7113GD. O modelo foi conferido antes contra a tabela do fabricante: Vref de 2.498 mV (especificado 2.440 / 2.495 / 2.550).
Os limiares bateram com as fórmulas quase na casa decimal: 11,53 V contra os 11,52 V calculados (erro de 0,11%) e 14,97 V contra 14,97 V (0,01%). A comutação é rápida: bastam 10 mV de variação da bateria para o LED sair de apagado para aceso.
A placa de circuito impresso
A placa abaixo foi desenhada no KiCad a partir deste esquema, com os encapsulamentos reais da lista, em face única (68 × 40 mm), trilhas de 0,8 mm e folga de 0,4 mm — medidas que aguentam a transferência térmica em casa. As ligações foram conferidas pino a pino e o roteamento fechou sem nenhuma ligação pendente e sem violação de folga. Só o trilho positivo entre R1A e R1B virou o jumper JP1: um fio rígido soldado por cima, marcado na serigrafia.
Arquivos da placa:
- PDF do cobre em escala 1:1 — imprima a 100%, sem “ajustar à página”.
- Gerber + furação (ZIP) — para mandar fabricar em qualquer fábrica de placas.
- Projeto KiCad — para mudar o tamanho ou refazer o roteamento.
Montagem
A ordem que menos dá dor de cabeça: primeiro os sete resistores, depois o borne, depois os dois TL431 e o LED por último. Ferro quente e rápido — o TO-92 não gosta de dez segundos de ferro encostado.
A polaridade é o único ponto perigoso. O TL431 em TO-92, com a face chata virada para você e os terminais para baixo, tem os pinos nesta ordem, da esquerda para a direita: REF, ÂNODO, CÁTODO. Confie na posição, não no número: a TI chama o cátodo de pino 1 e a onsemi chama o REF de pino 1, nos mesmos terminais físicos. Na placa, o furo quadrado do TL431 é o REF. O LED tem o cátodo (perna curta, lado chanfrado) no furo quadrado da serigrafia. Trocar o LED de lado não queima nada, só não acende; trocar o TL431, sim, pode danificá-lo.
Ligue a entrada com um fusível de 100 mA em série com o positivo: evita que um curto na bancada vire fumaça com uma bateria de carro atrás.
Tensões esperadas
Ponteiro preto no negativo da bateria. Valores com a bateria em 12,6 V (carregada, em repouso):
| Ponto | O que é | Valor esperado |
|---|---|---|
| A | REF do U1 (divisor R1A/R2A) | 2,10 V |
| B | REF do U2 e cátodo do U1 | 2,73 V |
| C | Ânodo do LED (saída de R3) | 3,96 V |
| D | Cátodo do LED e cátodo do U2 | 2,00 V |
| — | Corrente no LED | 7,7 mA |
| — | Consumo total | 11,7 mA |
Com a bateria fraca (10,0 V), C e D sobem juntos para os mesmos 10,0 V — sem diferença de tensão, o LED fica apagado — e o consumo cai para 2,4 mA. Com sobretensão (16,0 V), B trava em 2,00 V, que é o U1 trabalhando, e o consumo fica em 4,2 mA. Medido em simulação; na bancada aceite ±10%.
Precisão: com TL431 de grau padrão (±2%) e resistores de 1%, o limite de baixo pode cair entre 11,09 V e 11,96 V; com o TL431B (±0,5%), entre 11,28 V e 11,76 V.
Onde costuma dar errado
- TL431 ao contrário. É o erro número um, porque TO-92 parece transistor e a gente monta no automático. Face chata para você: REF, ânodo, cátodo.
- O LED não pisca — ele treme. Este circuito não tem histerese: com a bateria parada em cima do limiar, qualquer carga que ligue e desligue faz o LED acender e apagar junto. É a topologia do datasheet; o jeito honesto de resolver é afastar o limiar da tensão de trabalho.
- Aquecimento: aqui ninguém esquenta — e vale saber por quê. O maior dissipador é R3, com 74 mW. O que mata o TL431 não é calor, é tensão: o cátodo aguenta 37 V (tabela 6.1) e, com o LED apagado, C e D ficam na tensão cheia da bateria. Em 12 V sobra margem; em 24 V não dá para copiar sem refazer as contas.
- Ruído e transiente. Na partida de um motor a bateria afunda por meio segundo e o LED apaga. Não é falha — mas, num carro, ligue o circuito depois da chave, não direto no polo.
- Alimentação invertida. Não há diodo de proteção aqui (o datasheet também não põe). Se o circuito vai para a mão de outra pessoa, ponha um 1N4007 em série com o positivo e recalcule os divisores para os 0,8 V que ele tira.
Variações
- Avisar mais cedo: R2B de 1,3 kΩ para 1,2 kΩ sobe o limite de baixo para 12,28 V (simulado), mais ou menos a bateria de chumbo pela metade. É também a saída se não achar o 1,3 kΩ.
- Apertar o teto: R1A de 11 kΩ para 10 kΩ derruba o limite de cima para 13,84 V (simulado). Acusa durante a carga normal do alternador — use só em bateria parada.
- Gastar menos ou brilhar mais: com R3 de 2,2 kΩ o LED fica com 3,1 mA e o consumo cai de 11,7 para 7,0 mA; com 470 Ω o LED vai a 17 mA em 12,6 V e no máximo 22 mA no topo da faixa, ainda dentro dos 25 mA do componente.
Esses 11,7 mA valem cerca de 8,4 Ah por mês — numa bateria de carro de 45 Ah isso pesa em veículo que fica meses parado. Nesse caso, monitor atrás de uma chave ou de um botão de pulso.
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Circuito do fabricante, conferido em simulação; se você montar, mande a foto para a Saber.
Se o que você quer é entender a placa inteira da bancada, e não um circuito de cada vez, o Mapa da Placa é o nosso acervo de fichas de reparo, organizado por placa e por defeito.
