Esquema del dimmer con tiristores. (Clic en la imagen para ampliarla).
Colección de circuitos reguladores de potencia sobre cargas conectadas a red eléctrica doméstica, destinados principalmente para cargas de tipo resistivas, como son lámparas de incandescencia, hornos eléctricos y calefactores eléctricos. En el caso de reguladores para lámparas de incandescencia se los suele conocer como "dimmers" o reguladores de luminosidad (ya que permiten regular la luminsidad de la lámpara de incandescencia). Salvo indicación, no se es apropiado (ni se recomienda) emplear este tipo de reguladores con cargas muy inductivas, como son los motores de corriente alterna, ya que este tipo de cargas tienen un comportamiento diferente a las cargas de tipo resistivo.
Típicamente están basados en el uso de un triac como elemento conmutador, cuyo paso a conducción se dispara por ángulo de fase de red eléctrica en cada semiciclo de red eléctrica, siendo ajustado el ángulo de fase al valor adecuado mediante un potenciómetro u otro elemento de control. La corriente promedio que circulará por la carga dependerá del tiempo en que el triac permanece en conducción a lo largo de cada semiciclo de red eléctrica.
Los triacs y tiristores, al ser elementos conmutadores todo/nada, no disipan demasiada potencia, por lo que cuando gobiernan potencias bajas, apenas se calientan y no es necesario dotarlos de un radiador. Sin embargo, si van a manejar potencias altas, sí es aconsejables dotarlos de un radiador adecuado.
A tener en cuenta que estos circuitos están conectados directamente a la red eléctrica, por lo que no se deben manipular cuando están conectados a red eléctrica, y debe asegurarse un buen aislamiento eléctrico del circuito para evitar posibles accidentes que provoquen un peligroso shock eléctrico al usuario: alojar el circuito en una caja plástica, usar potenciómetros de regulación con eje de mando de plástico y/o botón de mando de plástico, etc...
01- Circuito dimmer con tiristor controlado por fase, que minimiza el efecto "snap-on"
02- Dimmer con triac que evita el "snap-on"
03- Dimmer con TRIAC con reinicio (reset) activo, mejor que el anterior
04- Módulo Dimmer de C.A. con detector de cruce por cero, diseñado para trabajar con un microcontrolador externo
05- Intermitente de corriente de red eléctrica alterna, con relé de estado sólido (SSR)
Este dimmer con tiristor (SCR) controlado por fase funciona muy similarmente a un dimmer común con triac, pero tiene numerosas ventajas, incluyendo una mayor capacidad de corriente, robustez, y la ausencia del efecto "snap-on" (efecto en el arranque inicial). Un circuito de disparo complementario simétrico, realizado con dos PUT (transistores de unión unipolar programable) permite el disparo de dos tiristores en antiparalelo. El circuito se constituye como un dispositivo de potencia de dos terminales que se inserta fácilmente entre la toma de alimentación de red eléctrica alterna y la carga. Además de poder controlar la intensidad de iluminación de una bombilla de incandescencia, es útil para el control de la velocidad los motores universales de corriente alterna.
El DIAC es un dispositivo de disparo bidireccional, que se ceba típicamente a 28 V, y que se utiliza en casi todos los controles de fase de bajo costo. Su tensión de disparo es algo elevada para el control de fase para tensiones de red eléctrica de 115 VCA. En su tiempo hubo un disparador similar de baja tensión (6 a 8 V), el diodo Shockley. Por desgracia, estos nunca tuvieron éxito y hoy en día no se fabrican.
El transistor uniunión programable (PUT) puede realizar una función similar, pero es sensible a la polaridad, por lo que no se presta para el control de un TRIAC. Sin embargo, si se emplean dos circuitos con estos PUTs para disparo de dos SCR en antiparalelo, se hacen evidentes algunas cosas interesantes. Lo más importante es la capacidad de controlar ambos circuitos de disparo con un único potenciómetro de modo que ambos semiciclos de cada ciclo de red eléctrica se controlan de forma idéntica. Para obtener el mejor equilibrio, los diodos zeners y los condensadores de cada circuito de disparo deben ser idénticos. Ambos zeners y condensadores se especifican para una tolerancia del 5%, pero en mi caso los seleccioné con una tolerancia del 1% para mi dimmer.
El funcionamiento del PUT es sencillo. Su tensión de umbral es programable de manera que se puede disparar a bajas tensiones. En este circuito esta tensión se establece mediante los zeners de 12 V. Cuando la tensión de ánodo del PUT excede la tensión de puerta de una unión, el PUT se dispara y vuelca la carga del condensador de temporización en la puerta del SCR a través del PUT, con lo cual el SCR se dispara. Cuando la tensión de red se invierte (en el siguiente semiciclo), el tiristor deja de conducir.
El típico dimmer con TRIAC controlado por DIAC tiende a dispararse instantáneamente a una tensión de regulación mínima cuando el potenciómetro de ajuste se acciona desde cero lentamente. Después de este disparo, la tensión de regulación se puede reducir si se desea. Es el efecto "snap-on" y es causado por el retraso de la fase respecto a la tensión de red eléctrica que tiene lugar a través del condensador de temporización antes de que se alcance el umbral de disparo del DIAC. Tras el primer disparo del DIAC, la temporización de fase para el disparo del TRIAC se inicia en el cruce por cero de la tensión de red.
El circuito de temporización en este control evita por completo este problema restableciendo la tensión del condensador cada semiciclo a través de diodos polarizados inversamente a través de los dos condensadores de temporización.
Térmicamente tienen numerosas ventajas. Al dividir la corriente de salida en cada SCR a la mitad, reduce la corriente en cada dispositivo de manera significativa y proporciona una resistencia térmica mucho más baja a temperatura ambiente. También, los SCR están clasificados para una Tj máxima de 125° C, mientras que los triacs pueden estar limitados a sólo 110° C. Además los SCRs están disponibles para corrientes nominales de hasta cientos de amperios, unas diez veces superior a las corrientes que soportan los TRIACs más potentes. Los SCR son simplemente más resistentes.
La única desventaja de los SCRs es obvia: requieren más circuitería y componentes asociados.
R1 y C3 forman una red amortiguadora (denominada "snubber") que se conecta en paralelo con los dispositivos de potencia . Realiza dos funciones importantes:
En primer lugar proporciona un circuito que absorbe energía reactiva cuando alguno de los SCR se recupera (deja de conducir corriente). Como ustedes saben, un rectificador conduce corriente en sentido inverso durante un muy corto período de tiempo (por ejemplo 5 µs) cuando el SCR se polariza inversamente (en el paso por cero). El flujo de esta corriente se detiene bruscamente y cualquier inductancia en serie que pueda haber provoca la generación de una tensión transitoria autoinducida. La red amortiguadora absorbe esta corriente, evitando con ello que pueda desarrollar una tensión transitoria elevada.
En segundo lugar, proporciona una carga resistiva para los ruidos de alta frecuencia y tensiones transistorias en la línea de red eléctrica. Dichos ruidos y transitorios pueden potencialmente dar lugar a que los SCRs se puedan disparar intempestivamente en instantes inadecuados en cada semiciclo (por ejemplo, al inicio de cada semiciclo). Una fuente común de transitorios es un interruptor de red eléctrica cuando se cierra.
Las resistencias de película no son suficientemente sólidas para el manejo de los transitorios de tensión por lo que se especifica en su lugar resistencias de composición cerámica. Los condensadores de poliéster tienen escasa fiabilidad a 230VAC, por lo que se especifica en su lugar condensadores de polipropileno calificados para tensiones alternas de valor adecuado.
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La tensión sobre la carga es fácil de ver aquí como aumenta con la fase de disparo de los tiristores (cuarto oscilógrafo). La línea de base es bastante confusa debido a la carga de baja potencia utilizada, una lámpara de 7,5 W (la reactancia de la red amortiguadora "snubber" provoca una caída de tensión significativa a través de la lámpara).
La corriente de puerta de los tiristores (quinto oscilógrafo) indica una corriente de pico máxima de 200 mA aproximadamente y una constante de tiempo de aproximadamente 32 µs (esencialmente es 47 ohm × 0.68 µF ; C1×R5 , C2×R6). El pico del flanco de disparo es causado por la inductancia de la resistencia de derivación de 1 Kohmio utilizada (R7, R8). Esto puede gobernar fácilmente un SCR mucho mayor (inicialmente yo empleé un tiristor doblador de 90 A). La regla del mínimo ancho de impulso de la corriente de puerta es de 5 µs en el que la corriente de puerta supera a Igt (corriente umbral de puerta), esto da tiempo suficiente para que la corriente de carga aumente hasta el valor de la corriente de mantenimiento en conducción del SCR.
La tensión de la puerta tiene un aspecto diferente que la salida del PUT por dos razones: En primer lugar, la puerta de un SCR es una resistencia no lineal que tiende a actuar similarmente a 2 o 3 diodos en serie. En segundo lugar, cuando el SCR está en conducción, la tensión de la unión aparece en este terminal también.
R1 = 150 ohm, 5% , 1 W , de composición cerámica
R2 = 100 K , 5% , 0.25 W (para 115-125 Vac)
200 K , 5% , 0.5 W (para 230 Vac)
R3 = Potenciómetro 250 K , 2 W (para 230 Vac)
Potenciómetro 100 K , 2 W (para 115-125 Vac)
R4 = 100 ohm , 5% , 0.25 W
R5, R6 = 47 ohm , 5% , 0.25 W
R7, R8 = 1 K , 5% , 0.25 W
C1,C2 = 0,68 µF , 5% , 63 V , film
C3 = 0,1 µF , 20% , 630 V , 305 Vac, polipropileno
D1, D2 = 1N4742A (Zéner 12 V , 1 W)
D3, D4 = 1N4148 (diodos 100 V, 100 mA)
SCR1,2 = TYN616RG (SCR 16 A, 600 V, TO-220, de ST Microelectronics)
Radiadores de calor para los dos SCR
Q1, Q2 = 2N6027G (Transistores PUT, de ON Semiconductor)
TB1 = Clema de conexión para circuito impreso, 2 terminales, 20 A.
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Circuito probado y publicado por Jim Keith (USA) en |
Todos estamos familiarizados con el fenómeno del "snap-on" en los dimmers con triac de bajo costo que se suelen utilizar para el control de brillo de lámparas incandescentes: Se gira el potenciómetro de regulación desde cero hasta que la bombilla se enciende algo de forma brusca ("snap") y luego se puede regular el potenciómetro en sentido contrario para reducir la luz de la bombilla (pero sin reducirla demasiado ya que entonces se apagaría y se debería repetir el proceso para encenderla nuevamente).
Sin embargo, pocos saben que esta molesta peculiaridad puede ser remediada añadiendo sólo tres componentes de bajo costo, comúnmente disponibles. No es una idea mía, pero me sorprende que esta idea sea muy poco empleada. Esto hace que éste sea un gran circuito experimental.
Para que el diac D2 se dispare y dispare al triac, C1 debe alcanzar una tensión de carga de aproximadamente 28 voltios. Sin embargo, si la tensión al final de un semiciclo es insuficiente para activar el diac, el siguiente semiciclo comienza con C1 cargado con polaridad inversa, de manera que toma un cierto tiempo para que C1 se descargue a cero y a continuación cargarse a la tensión umbral de polaridad opuesta.
Una vez que el diac se ha disparado por primera vez, esta condición cambia sustancialmente de manera que el ángulo de retardo de fase se reduce y la lámpara se enciende a un brillo mínimo, que a veces puede ser mayor que el deseado.
R4, R5 y BR1 resuelven el problema del "snap-on", con un costo muy bajo. Sugiero que el experimentador pruebe el dimmer con y sin estos componentes para que pueda observar el efecto. Tenga en cuenta que los valores de las dos resistencias son distintos según la tensión de red eléctrica empleada (115 / 230 VCA).
Se trata de un circuito inteligente. Al comienzo de cada semiciclo, cuando la tensión de red eléctrica cambia de polaridad, la tensión de carga de C1 se retrasa y es de polaridad opuesta. Para descargar C1 a cero voltios tan rápidamente como sea posible, la corriente de polarización a través de R4 o R5 (dependiendo de la polaridad) descarga rápidamente la tensión de carga de C1 a cero. En ese momento, C1 comienza a cargarse con la polaridad correcta para ese semiciclo. Tenga en cuenta que este circuito sólo puede descargar C1, no puede cargar C1 debido a la presencia de los diodos inferiores del puente rectificador BR1 que cortocircuitan las corrientes de polarización al común del circuito.
L1, R6 y C2 forman un filtro de ruido opcional. En general, los valores no son críticos, y siempre funciona. Este filtro reduce el ruido creado por los disparos del triac y también reduce el efecto de transitorios en la red eléctrica que pueden provocar conmutaciones inesperadas del triac y por lo tanto hacer que la bomilla parpadee. Aunque se recomienda un buen inductor, se puede realizar uno que funcione bien arrollando unas cuantas vueltas de alambre esmaltado de calibre AWG18 (1 mm de diámetro) en una varilla de ferrita o incluso en un clavo grueso. Basta con escuchar el ruido generado en una radio en las bandas de AM (Onda Media) o SW (Onda Corta) para observar el efecto del filtro.
Oscilograma del dimmer sin el circuito de corrección
Observe la sustancial tensión que está presente entre bornas de C1 después del disparo del diac. Esta tensión es una variable que se está afectada por las caracerísticas de desactuación del diac y la temperatura del dispositivo.
Oscilograma del dimmer con el circuito de corrección
Observe la rapidez con que la tensión de carga de C1 se descarga a cero muy poco después del comienzo de cada semiciclo.
Para las pruebas he empleado un transformador de aislamiento de red eléctrica. Esto es esencial si el osciloscopio está conectado a un ordenador con conexión a tierra a través de una interfaz serie, o de lo contrario habrán humo y lágrimas. También reduce en gran medida el riesgo de descarga eléctrica accidental.
R1 = Potenciómetro 500 K , para 230 Vac
Potenciómetro 250 K , para 115 Vac
R2 = 1 K , 5% , 0,5 W
R3 = 470 ohm, 5% , 0,5 W
R4,5 = 56 K , 5%, 1 W , para 230 Vac
27 K , 5% , 0,5 W , para 115 Vac
R6 = 150 ohm, 5% , 1 W
C1 = 0,1 µF , 5% , 100 V, película
C2 = 0,1 µF , 275 Vac , polipropileno
L1 = Inductor 47 µH , 5,6 A
BR1 = Puente rectificador 600 V , 1,5 A
D1 = 2N6075AG (Triac 4 A, 600 V , de On Semiconductor) para 230 Vac
2N6073AG (Triac 4 A, 400 V , de On Semiconductor) para 115 Vac
D2 = DB3-TP (Diac 28-36 V, de Micro Commercial)
Heat = Radiador de calor para D1, 11ºC/W
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Este control de regulación de luz tiene un reinicio activo del condensador de temporización en el paso por cero de la tensión de red eléctrica. Los 13 componentes adicionales son bastante ordinarios y muy baratos en conjunto. El rendimiento del dimmer en niveles de regulación muy bajos es excepcionalmente suave y está libre del efecto "snap-on", el cual es mejor que para mi anterior versión de regulador con triac que evita el "snap-on", el cual utiliza una técnica de reinicio pasiva. Aquí se emplea un circuito de reset del condensador de temporización C1 que es una gran mejora de dicha técnica de reinicio pasiva.
Una de las deficiencias del circuito de disparo con un diodo DIAC es que el condensador de temporización (C1) no se descarga automáticamente a cero voltios cuando se activa el DIAC. De hecho, la tensión residual es una variable desconocida que es función de las propiedades de desactivación del DIAC, de su envejecimiento, y quizás de la temperatura. Las características de la desconexión del DIAC no están bien controladas o especificadas. La eliminación de esta tensión residual estabiliza enormemente el circuito de temporización y mejora el rendimiento del dimmer a bajos niveles de regulación. El circuito de reinicio en el cruce por cero detecta cuando la tensión de la red eléctrica pasa por cero voltios, y en ese instante provoca la descarga completa del condensador de temporización, todo dentro de un intervalo de unos 200 µs.
La forma en que Q2 y Q4 están conectados sólo permiten descargar el condensador de temporización (C1). Por otro lado, el condensador de temporización sólo se carga a través del circuito del potenciómetro de temporización. Para que pueda funcionar en cualquier polaridad (semiciclos opuestos), se requieren dos circuitos de reset. El circuito de descarga positiva utiliza transistores NPN, mientras que el circuito de descarga negativa utiliza transistores PNP.
La señal de sincronización de línea pasa a través de R6 a las bases de los transistores Q1 y Q3. C4 atenúa cualquier ruido potencial en este punto. A cero voltios, Q1 y Q3 están en corte (apagados), y con ello no pueden cortocircuitar la base de Q2 y Q4 respectivamente. La red RC constituida por R7 y C3 proporciona una tensión de polarización alternante que polariza a conducción a Q2 o Q4 alternativamente. C3 proporciona un desplazamiento de fase de manera que la tensión sea máxima cerca del cruce por cero. Esto también lo podría realizar unas tensiones de polarización fijas, pero sería añadir aún más componentes, y el circuito de reset aquí empleado es una una solución simple y eficaz que funcionó inmediatamente tras realizar el circuito, y ni siquiera fue necesario corregir valores de componentes del circuito para optimizarlo, salvo para el condensador C4 de eliminación de ruido.
Dado que se requiere un tercer conductor conectado a la red eléctrica para el control del circuito de reset, este circuito no es adecuado para aplicaciones de dos conductores sin modificar el cableado.
Oscilograma 1. La tensión de red eléctrica está trazada en rojo, y la tensión de carga del condensador de temporización en negro. Observe que en momento del cruce de la tensión alterna por cero, el condensador se descarga muy rápidamente. No sucede aquí nada más porque el potenciómetro está ajustado a la máxima resistencia.
Oscilograma 2. En este oscilógrafo, observe que el DIAC se está disparando. Observe la traza 4 que está supervisando las entradas de base de Q1 y Q3. La traza 2 es la señal de tensión de polarización desplazada en fase - observe que la tensión es casi máxima en los cruces por cero. La traza 3 es la señal de salida del DIAC. La traza 1 es la tensión en el condensador de temposización. Comparar con los oscilógrafos del circuito publicado anteriormente.
Oscilograma 3. Muestra la operación para un ángulo de conducción bajo. En negro la tensión de carga del condensador de temporización, y en rojo la tensión de red eléctrica aplicada a la carga.
Oscilograma 4. Muestra el funcionamiento en un rango medio.
R1 = Potenciómetro 500 K (para 230 VAC)
Potenciómetro 250 K (para 115 VAC)
R2 = 1 K , 5% , 0,25 W
R3 = 470 ohm , 5% , 0,25 W
R4,5 = 100 K , 5% , 0,25 W
R6,7 = 470 K , 5% , 0,25 W
R8 = 150 ohm, 5% , 1 W
C1,3 = 0,1 µF , 5% , 100 V, película
C2 = 0,1 µF , 275 VAC , polipropileno
C4 = 220 pF , 5% , 100 V , cerámico
L1 = Inductor 47 µH , 5,6 A
Q1,2 = 2N3904 (Transistor NPN)
Q3,4 = 2N3906 (Transistor PNP)
D1 = 2N6075 (Triac 600 V , 4 A) (para 230 VAC)
2N6073 (Triac 400 V , 4 A) (para 115 VAC)
D2 = DB3 (Diac , 28-36 V)
D3-6 = 1N4148 (Diodo , 200 mA , 100 V)
Heat = Radiador de calor para D1 , 11ºC/W .
Aunque algo complicado, el rendimiento de este circuito es excepcional. Por lo menos, esto sirve como un buen experimento que se ocupa de algunos problemas de sincronización de la tensión de red eléctrica.
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Circuito probado y publicado por Jim Keith (USA) en |
De vez en cuando me llegan solicitudes para hacer algún conmutador de alta potencia, así que decidí diseñar un módulo dimmer digital que podría manejar un buen número de situaciones diferentes. Los requisitos originales establecen que el diseño debe ser del tipo abierto, es decir, debe ser posible para los propios usuarios desarrollar un programa o modificar uno ya existente para el control mediante microcontrolador de una carga de corriente alterna a través del módulo dimmer.
El compacto módulo dimmer de corriente alterna (AC) con detector de cruce por cero (ZC) que se describe aquí es ideal para aplicaciones y proyectos de control de corriente alterna basados en microcontrolador. Este módulo contiene un triac acoplado a un mecanismo detector de cruce por cero (ZC) de la corriente alterna, que lo dispara, para programar la intensidad de las lámparas incandescentes y/o la velocidad del ventilador mediante el empleo de un circuito de microcontrolador. El circuito del módulo mostrado aquí ofrece un mejor rendimiento y confiabilidad usando muy poca energía y sólo unos pocos componentes sencillos.
Es evidente a partir del esquema del circuito que el componente clave del diseño es un triac estándar (TR1). El circuito que está enlazado al microcontrolador a través del conector de entrada de señal (H1) opera un triac optoaislado (OC1). Dos de los terminales de este componente está conectado al triac TR1, mientras los otros dos terminales en el otro lado se conecta a través del conector H1 a una línea I/O del microcontrolador externo y una resistencia limitadora de corriente (R1). Dado que el triac TR1 incorpora una red snubber (R5-C3), el regulador puede también ser utilizado para controlar cargas inductivas. El otro optoacoplador (OC2) sirve para detectar el cruce por cero de la tensión de red AC.
El cruce por cero se utiliza para sincronizar el dimmer. El optoaislador OC2 está conectado directamente a la red eléctrica, no empleándose en su lugar un transformador ya que éste provoca un pequeño desfase indeseado que puede perturbar el correcto funcionamiento del módulo. El impulso de sincronización generado en cada paso por cero de la AC es tamponado por transistor de pequeña señal (T1) y se aplica al conector de salida de señal (H2).
El circuito se puede montar en una pequeña tarjeta perforada, y el trabajo es sencillo, siempre y cuando se utilicen los componentes especificados. Ya que varias pistas están conectadas a la red eléctrica AC, se requiere un cuidado extremo al realizar el circuito. Desenchufe siempre el módulo de la red eléctrica antes de realizar cualquier trabajo o comprobar alguna cosa después de montarlo. También tenga en cuenta que para garantizar un funcionamiento correcto del módulo debe conectarse a una red eléctrica AC de frecuencia estable (actualmente cualquier red eléctrica lo es). El módulo dimmer puede ser utilizado para la iluminación de escenarios, para el control de las luces domésticas, para acuarios iluminados, o para iluminación relajante.
Ya que la entrada de conmutación (SW) y la salida del cruce por cero (ZC) están disponibles en conectores separados (H1 y H2) en la placa, este módulo se puede incluso utilizar sin microcontrolador. Además, usted puede añadir o quitar componentes según sus propias necesidades particulares. Por ejemplo, en caso que no haya necesidad de controlar cargas inductivas, puede omitir la red de amortiguación (snubber) C3-R5. Por otro lado, si desea integrar el módulo en un diseño digital ya existente, omita la idea microcontrolador "externo" y utilice las conexiones de la entrada de conmutación y de la salida de cruce por cero directamente.
Resistencias:
R1 = 180 ohm , 0.25 W
R4 = 180 ohm , 1 W
R2 = 680 ohm , 0.25 W
R3 = 680 ohm , 1 W
R5 = 39 ohm , 2 W
R6 = 56 K , 1 W
R7 = 10 K , 0.25 W
R8 = 1 M , 0.25 W
Condensadores:
C1 = 100 nF
C2 = 100 nF , 275V AC
C3 = 10 nF , 630V AC~
Semiconductores:
OC1 = MOC3021
OC2 = 4N35
TR1 = BT136 (con radiador de calor)
T1 = BC547B
D1 = 1N4001
LED1= LED rojo 3 mm , 10 mA
Varios:
H1, H2 = Conectores tipo regleta de tres patillas
J1,J2 = Regletas de conexión eléctricas para placa impresa
Tornillos, terminales..
Como usted puede ver, el módulo incorpora dos conexiones de entrada y salida independientes; un par en el lado de baja tensión (H1 y H2) y otro par en el lado de alta tensión (J1 y J2). Usted puede proporcionar la "señal de control de regulación" de salida (SW) a partir de un puerto I/O (entrada/salida) de un microcontrolador hacia el conector de entrada H1, y la salida de "señal zerocrossing" (ZC) disponible en el módulo (a través del conector de H2) a un puerto I/O del mismo microcontrolador. Del mismo modo, conecte el suministro eléctrico AC en el conector AC-IN (J1) y la carga o dispositivo a regular en el conector AC-OUT (J2). Un LED indicador (LED1) se se incluye en el módulo para comprobar el sistema de disparo del triac. Este indicador brillará al máximo cuando la carga esté funcionando al 100%.
El triac BT136 (TR1) del módulo soporta 4 A máximo, esto es, puede controlar hasta 920 W a 230 VAC. En caso que requiera controlar corrientes mayores, puede cambiar este triac por otro tipo más adecuado. En cualquier caso el triac ha de estar dotado de un disipador de calor para que pueda manejar con seguridad corrientes elevadas (suponiendo que opera a temperatura ambiente).
Nota: la red de amortiguación C3-R5 está asociada al triac TR1, y la red C2-R3 está asociada al optoacoplador OC1. Estos componentes pueden ser o no necesarios dependiendo del tipo particular del triac TR1 utilizado y de la carga conectada en J2 que gobierna.
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Circuito probado y publicado por T. K. Hareendran (India) en |
El diseño presentado aquí es un control intermitente de carga de CA que proporciona un control flexible del circuito de carga de CA. El aislamiento óptico entre la tensión de control de entrada y la tensión de salida de carga permite que el circuito de entrada de control esté diferenciado, y eléctricamente bien aislado, del circuito de salida. Cuando se aplica la tensión de entrada de control recomendada, el control sobre la carga comienza una intermitencia cíclica, y la salida continuará en intermitencia mientras el circuito de control de la entrada esté activado (bajo alimentación).
El diseño proporciona la conmutación silenciosa de salida para cargas de 240 VCA de hasta 2 amperios (2 A), y ofrece una opción de control suave del período de intermitencia. El diseño se realiza con la ayuda de unos pocos componentes económicos estándar fáciles de utilizar.
El principio de funcionamiento del circuito es muy sencillo: un generador de impulsos ajustable realizado con el muy familiar chip temporizador LM555 (IC2) controla un relé de estado sólido (SSR) de uso general tipo G3MB-202P de Omron. Como el SSR está conectado en serie con la carga de salida, cuando el SSR es activado, se activará la carga conectada a su salida. Un potenciómetro estándar (P1) se usa deliberadamente en el circuito para alterar el ciclo de intermitencia, y se usa un transistor NPN S8050 (T1) para gobernar el SSR. También se incluye un LED rojo (LED1) para visualizar la actividad de las intermitencias. Además, una fuente de alimentación estabilizada de 5 V, basada en el popular regulador fijo de tres patillas LM7805 (IC1), se utiliza para alimentar el circuito de control del SSR a partir de una tensión de entrada en un rango de 9 a 12 VCC.
(Nota: Un SSR o relé de estado sólido típicamente está constituido por un triac controlado en su puerta por un circuito de disparo por paso por cero dotado de un diac (o un fototransistor, o un fotodiodo) fotoacoplado a un diodo LED por el cual circula la corriente de activación del SSR. Esto separa eléctricamente la entrada de control de la salida. No hay, pues, contactos mecánicos móviles. Suelen incluir la red RC de supresión de ruidos de conmutación en la salida o red Snubber. Todo ello es montado en un pequeño circuito impreso que es alojado en un encapsulado adecuado).
Este circuito intermitente puede ser utilizado con cargas eléctricas comunes tales como bombillas (de incandescencia), calefactores, etc... siempre que la carga esté dentro de los límites del SSR. Ëste puede requerir un refrigerador de calor. El SSR G3MB-202P básicamente es un sencillo circuito impreso alojado en un encapsulado tipo SIP (single in-line package) que incluye una resistencia de entrada, circuito detector de cruce por cero, y el circuito snubber.
El esquema del intermitente de CA es:
(Nota: Parece que en este circuito no se haya incluido una resistencia limitadora de corriente de colector del transistor T1, y es así porque el circuito de entrada del optoaislador SSR ya incluye una resistencia limitadora de corriente)
Tenga en cuenta que el LM555 (IC2) produce una onda cuadrada continua de período T (establecida por P1, R1, R2 y C5) con la relación marca/espacio, o ciclo de trabajo, ajustable. Por ejemplo, si el cursor de P1 está en su posición más baja (0 ohm), entonces tenemos que:
Período (T) = 1,777 segundos
Marca = 1,053 segundos
Espacio = 723,8 milisegundos
Ciclo de trabajo = 59%
Frecuencia = 0,563 Hz
A continuación se muestra el diagrama de tiempos del funcionamiento del circuito. La tensión aplicada a la carga de salida sería como se muestra en la parte inferior de la figura.
Y a continuación se muestra un sencillo un diagrama de cableado eléctrico como referencia rápida de aplicación:
Debido a que los SSR usan elementos de conmutación semiconductores ópticos, tienen una variedad de características que los clásicos relés electromagnéticos/mecánicos convencionales no incorporan. La característica más importante de los SSR es que no usan contactos de conmutación, que se desgastan físicamente con el uso.
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Idea de diseño de T. K. Hareendran (India), |
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Circuitos recopilados por Fernando Fernández de Villegas (EB3EMD) |