Introdução
A linha branca é uma denominação para o segmento do mercado de refrigeradores, lavadoras de roupa, fornos microondas, secadoras, fogões e ar condicionado.
Produtos referidos comumente como eletrodomésticos, como o próprio nome sugere, são compostos por componentes eletro-eletrônicos, mecânicos e eletromecânicos.
Essa gama de produtos fazem parte do nosso dia-a-dia e podemos afirmar que são muito relevantes para nossos afazeres diários e também para o nosso bem-estar, por isso, a grande maioria dos lares do Brasil possuem, ao menos, um refrigerador e um fogão, assim tendo um grande impacto na economia nacional e no mercado e da eletrônica.
A seguir, discutiremos como a eletrônica se relaciona com esses produtos.
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Linha branca no Brasil
De acordo com o último censo realizado em 2022 pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, o IBGE, o Brasil possuía mais de 203 milhões de habitantes, apesar desse número ser superado em 2024, tem relação direta com a produção de bens de consumo como a linha branca, pois 98% do lares brasileiros possuem, ao menos, um refrigerador, em contrapartida, 35% dos lares brasileiros não possuem tratamento de esgoto, segundo o IBGE com dados de 2018.
Esse alto índice de abrangência em nosso território, nos coloca como maior mercado da américa latina e também como um dos maiores consumidores de componentes eletro-eletrônicos.
Segundo a Eletros (Associação Nacional de Fabricantes de Produtos Eletroeletrônicos), foram comercializados mais de 25,5 milhões de produtos eletroeletrônicos apenas no primeiro trimestre deste ano, número este impulsionado pela linha branca (geladeiras, fogões e lavadoras) e também pela linha marrom (televisores principalmente).
A eletrônica na linha branca
Bens de consumo de alto volume fabril, como visto acima, exige à priori um projeto robusto, baixa complexidade, bom custo benefício para viabilizar a produção e uma projeção do que este hardware pode ser utilizado em vários modelos de produtos.
Entende-se como projeto robusto, os circuitos eletrônicos bem elaborados para atender as necessidades de acionamentos como, por exemplo: motor, bomba d’água e válvulas, a partir do circuito de potência constituídos por tiristores (TRIACs), o roteamento da P.C.I. (Placa de Circuito Impresso) em que a interferência e a compatibilidade eletromagnética estejam resolvidas, além disso, um hardware que foi exaustivamente testado sob condições de uso.
A baixa complexidade está relacionada ao projeto, tipo de PCI e os componentes eletrônicos utilizados, ou seja, uma fonte de alimentação sem transformador com apenas um chaveador primário, placa de circuito impresso de face simples e circuitos periféricos utilizando componentes discretos, como capacitores, resistores, diodos, etc.
O bom custo benefício é uma consequência do projeto concebido, ou seja, o baixo valor agregado à placa mediante a não utilização de C.I.s (com exceção do microcontrolador e o chaveador primário), pois componentes discretos são extremamente baratos comparados a C.I.s, a utilização de placa de material fenolite ou composite, os quais são mais de 50% mais baratos do que as placas de fibra de vidro dupla face.
Essa projeção mencionada é nada mais do que um estudo feito pelo fabricante do eletrodoméstico, a fim de criar esse hardware nos moldes descritos acima para a idealização de vários modelos de lavadoras de roupas. Basicamente, seria a utilização do mesmo hardware com algumas variações de uso de atuadores (válvulas d’água e eletro-travas) e o painel do usuário, o qual de acordo com o modelo, possui programas de lavagens (Edredom, Coloridas, Roupas Pretas, etc) e opcionais como turbo lavagem, turbo secagem, duplo enxágue, etc. Isto torna a vida útil desse hardware longa e permite explorar por anos mais modelos, ou seja, reaproveitamento do mesmo hardware para modelos distintos, desocupando o time de engenharia para outros projetos.
Fonte de alimentação
Em sua grande maioria dos hardware da linha branca, a fonte de alimentação não utiliza transformador de tensão para rebaixar a tensão 110Vac ou 220Vac para tensões menores, como 15Vac ou 12Vac. Ao invés disso, utiliza-se um chaveador de fonte primária como, por exemplo, o circuito integrado Viper12A ou LNK30x. Esses C.I.s, individualmente, possuem um arranjo com componentes discretos em que a tensão de saída pode ser configurada conforme a necessidade, ou seja, 15Vac, 12Vac, -15Vac, -12Vac, etc, caracterizando um conversor buck.
Porém, a fonte não se restringe apenas a este chaveador, a fonte de alimentação é dada por:
- Circuito de proteção: PTC e varistor;
- Filtro de ruído: filtro pi;
- Circuito de retificação: retificação meia onda;
- Chaveador de fonte primária: Viper12A ou LNK30x;
- Regulador de tensão: 7905;
- Circuito regulador -3V3 se o microcontrolador for passível.
Um fato curioso e até foi uma descoberta é que a alimentação desse hardware, uma vez regulada, é composta por tensão negativa! O motivo é que o terceiro quadrante de um TRIAC, necessita de menor corrente para dispará-lo, porém, que seja com um corrente negativa e isso justifica a alimentação.
Circuitos de entrada
As entradas desse hardware são sinal de tampa, retorno de trava e de embreagem, mas esses “sinais” seriam a presença ou ausência de tensões 110Vac ou 220Vac, indicando circuito aberto ou fechado. Para o microcontrolador processar essas informações é necessário a atenuação da amplitude dessa tensão e também uma isolação elétrica, a fim de proteger os circuitos mais sensíveis contra transientes de tensão e corrente.
Outro circuito de entrada é o de sincronismo com a rede elétrica, o qual é utilizado para detecção do zero da senóide e sendo utilizado para os disparos dos TRIACs, assim aumentando sua vida útil.
Microcontrolador
Até 2020 aproximadamente, os microcontroladores mais vigentes nos hardwares da linha branca eram os de 8 bits, abrangendo os mais variados fabricantes como NXP, Microchip, Holtek, STMicroelectronics, etc.
Porém, como é sabido nos dias atuais principalmente divulgados pelos fabricantes, o custo de produção para essas arquiteturas de 8 bits já superou o custo dos microcontroladores de 32 bits cuja arquitetura é o ARM, assim desde o ano citado ou até mesmo um pouco antes, há um movimento de atualização dos projetos e adoção dessa nova arquitetura.
Por um lado, houve essa redução significativa de custo com o microcontrolador, porém foi adicionado um custo de capacitação para àqueles que não eram familiarizados, todavia abriu-se um leque de opções de soluções e facilitações, seja com periféricos, ferramentas gráficas de geração de código a partir de configurações, além do aumento da performance por clock, tudo isso é um movimento que acontece nos dias atuais.
Circuito de potência
O circuito de potência é constituído por resistores, transistores e TRIACs, a fim de acionar cargas como: motor (utilizado na lavagem), a bomba d’água (drenagem de água suja), válvulas (enchimento do cesto), embreagem (componente eletromecânico) e trava elétrica (travamento da tampa). Todos eles são atuadores os quais trabalham com tensões de 110Vac e 220Vac de acordo com a tensão do eletrodoméstico.
Firmware
Normalmente o firmware desenvolvido para a linha branca é feito em baremetal, este método de desenvolvimento é escolhido por alguns fatores: ausência de tarefas determinísticas, a performance por clock maior nos microcontroladores ARM e por vezes, em virtude de um custo determinado, acaba-se escolhendo em sua grande maioria, um part number de microcontrolador cuja memória Flash tenha 32KB e a RAM 4kB, isso sacrifica a utilização de um sistema operacional de tempo real, visto seu footprint ser de alguns kilobytes.
Entretanto, recentemente a STMicroelectronics lançou a família STM32C0 a qual disponibiliza a mesma quantidade de memória Flash, porém com 12kB de RAM e mais GPIOs num mesmo encapsulamento comparado à família STM32F0, a um custo menor. Isto já cria um segundo movimento no que diz respeito a otimização do hardware e também a análise para implementação de um RTOS, ou seja, repensar a arquitetura de software.
Como dito no início deste artigo, um hardware desenvolvido para uma lavadora de roupa é utilizado em vários outros modelos, alterando apenas algumas funcionalidades e isto demanda uma construção de arquitetura de software bem elaborada, a fim que ela seja escalável, portátil e de fácil manutenção, assim facilitando a implementação de novas funcionalidade conforme o modelo em desenvolvimento e, o mais importante: a otimização do tempo de projeto, custo/hora e o reaproveitamento dos testes com o uso dessa arquitetura!
Conclusão
Foi apresentado neste artigo, o sistema embarcado na linha branca e o quanto isso impacta nas nossas vidas e, na maioria das vezes, não nos damos conta.
É um grande mercado que demanda de muitos profissionais capacitados, cujos produtos podem parecerem de baixa complexidade visto suas aplicações, porém quando se analisa toda o ciclo de desenvolvimento, aliado às expectativas de mercado, custo, tecnologias, a abrangência que um hardware e firmware terão sobre uma família de modelos, dá-se conta da grande complexidade e desafios que essa área enfrenta.
