Ensayo sobre Circuitos de Control de Disparo

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO

CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

Autor: Bryan J. Ortega

Sangolquí, 09 de Mayo del 2013

INDICE.

Resumen 2

Introducción 3

Desarrollo 4

C.I. TCA 785 4

Funcionamiento 5

Aplicaciones 6

Circuito Todo o Nada 7

Opto Acopladores 8

Conclusiones 8

Referencias Bibliográficas 10

1

RESUMEN:

En base al taller realizado en clase, se consiguió analizar y determinar ciertas

características importantes de los circuitos integrados de disparo existentes, se

detalló además las distintas maneras de accionar varios elementos de potencia

tales como tiristores SCR, GTO, TRIACs o como también los distintos transistores

de potencia BJT, IGBT entre otros.

En la actualidad existen distintos circuitos integrados de control de potencia

diseñados para lograr el pulso deseado en el elemento de potencia que estemos

utilizando. Si lo que vamos a controlar es una carga en corriente alterna, se dio a

conocer que el elemento de control de potencia debería ser un tiristor TRIAC un

conjunto de 2 tiristores SCR en conexión antiparalelo en el caso de trabajar con

una red monofásica, mientras que; en el caso de tener una red trifásica, se

debería trabajar con tres tiristores TRIAC o pares de SCR en antiparalelo. Se

detalló también que para los sistemas trifásicos sería necesario que las tres fases

estén equilibradas para que las cargas en los tiristores resulten correctamente

repartidas dado que en altas potencias las tolerancias son bajas por una cuestión

de costo, y un desequilibrio podría significar que la fase sobrecargada tenga sus

tiristores fuera de rango permitido por el manual del fabricante.

Entre las aplicaciones más importantes que se analizaron en el taller, se

encuentran el uso del Circuito de Control de disparo TCA 785, un integrado que

nos permite trabajar con la variación de alimentación en el gate del tiristor TRIAC,

2

y de esta manera conseguimos variar la potencia entrante a nuestra carga para

obtener una variación final tanto del voltaje como de la corriente y por

consiguiente, se logra obtener un óptimo control sobre nuestra carga.

INTRODUCCIÓN:

En el desarrollo del análisis de cada uno de los diferentes elementos de potencia

tales como tiristores o transistores, es necesario especificar la manera con la que

se conseguirá controlar cada uno de estos elementos, ya sea de forma discreta o

análoga. Anteriormente se analizó cada una de las propiedades y características

de mayor importancia de todos estos elementos de potencia, sin embargo surge

la duda de ¿Cómo conseguir un control eficiente de todos estos dispositivos?

El ancho de pulso viene siendo una característica fundamental de cada uno de

estos circuitos integrados de disparo debido a que por medio de este, se

conseguirá de una forma indirecta, alimentar a nuestra carga de una manera

eficaz según nuestras especificaciones

En este tema se analizará los diferentes sistemas de disparo mediante la

aplicación de distintas señales a la puerta de disparo a los elementos de

potencia, así como los diversos elementos semiconductores utilizados en el

disparo de estos dispositivos.

A continuación se detallará información útil, concisa y aplicativa de diferentes

elementos y circuitos de control de disparo, haciendo hincapié en sus principales

3

parámetros como tensiones y corrientes de trabajo, curvas características,

aplicaciones, funcionamiento y algunos tipos.

DESARROLLO TEMÁTICO:

4

Circuito integrado TCA785

El circuito integrado TCA 785 es uno de los más conocidos dispositivos de disparo

utilizados en la electrónica de potencia con la finalidad de conseguir un control

óptimo de los sistemas conformados por tiristores y transistores de diferentes

tipos En la Gráfica 1.1 se presenta un circuito integrado comercial de difundida

aplicación que lo hemos ya analizado y al cual vamos a dar una explicación en

particular ya que es interesante.

El circuito TCA-785 tiene la misma funcionalidad del TCA-780 excepto una

pequeña diferencia en la potencia de salida, pero reemplazables pin a pin.

Gráfica 1.1 – Circuito TCA-785 1

Entre sus características más importantes tenemos que:

1 Referencia tomada de : www.ingplasencia.com.ar/electron/electro/articles/CI_control_alterna.pdf

5

La alimentación es entre los pines 1 y 16.

El pin 5 es para la sincronización con la línea de alterna y va conectada a esta

a través de una resistencia.

Entre pin 5 y tierra se colocan dos diodos en conexión anti-paralelo para

limitar la tensión a 0,6 volts aprox.

El cambio de tensión entre -0,6 y +0,6 nos dará el cruce "0" de la onda de

alterna.

Explicación detallada del funcionamiento:

El método utilizado para conseguir el desfasaje es comparando una tensión

contínua que será nuestra tensión de control, con una diente de sierra

sincronizada con la línea y cuyo periodo es igual a un semi-ciclo de la onda de

alterna. Esta rampa esta generada por una fuente de corriente que alimenta un

capacitor externo C10 y dicha fuente es controlada por una resistencia externa

R9.

Gráfica 1.2. – Señal al circuito lógico del C.I con su pulso de salida 2

2 Referencia tomada de www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html

6

Dispone de una fuente estabilizada de corriente continua de 3,1 volts y tiene

salida por pin 8, esta V 8 se puede usar a través de un potenciómetro para lograr

la tensión V 11 en controles manuales.

Aplicación real del circuito integrado de control:

Estos sistemas tienen el inconveniente de generar armónicas de órdenes

elevados y con energía suficiente para producir interferencias en radio-

frecuencia, las que interfieren en las comunicaciones y en circuitos de baja

potencia que estén cerca. También esas componentes armónicas afectan a la

línea de alimentación, produciendo inconvenientes fuera del ámbito de la

industria y afectando al medio, por estas razones, si es posible se usa el control

por paquetes de semi-ciclos. La forma de graduar la potencia entregada a la

carga es regulando la cantidad de semi-ciclos en conducción respecto a los de no

conducción.

7

Gráfica 1.3 – Controlador de corriente alterna 3

Esta forma es solo posible siempre y cuando lo permita el tipo de carga, tales

como hornos donde la inercia térmica de los elementos calefactores produce una

"continuidad" en la carga. Otra aplicación es en soldadoras de punto, en este

caso se busca también eliminar transitorios, que se originan debido a que la

carga no es resistiva pura.

Circuito todo o nada.

En la figura 6.24 se representa el diagrama de un circuito todo o nada con

margen proporcional. Se observa que la banda proporcional está creada

añadiendo la tensión de consigna a la tensión triangular (o diente de sierra) para

ser comparada con la temperatura. El resultado de esta comparación y el impulso

de paso por cero es lo que permite al circuito lógico generar la señal de puerta.

Gráfica 1.4. Diagrama de cualquier circuito todo o nada 4

Como se pudo observar esta clase de diagramas utiliza un generador que es

quien proporciona la energía al sistema, un comparador que es quien compara

3 Referencia tomada de www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html4 Referencia tomada de www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html

8

para emitir un error y quien nos interesa en el tema es nuestro circuito lógico

donde esta nuestro circuito integrado de disparo y más como el amplificador de

señal de puerta y el detector de paso por cero que permite la sincronización y

exactitud de sistemas.

OPTOACOPLADORES

Anteriormente, mencionamos que en el caso de control de alterna con triacs, al

C.I. TCA-785 a través de diodos. Si queremos aislar galvánicamente, una solución

es por medio de optoacopladores tal como el "photo triacs driver" en lugar de un

transformador de pulsos.

Estos elementos disponen de un diodo emisor de luz, LED que actúa como

"primario" y galvánicamente aislado un triac que se excita lumínicamente, o sea

que el gate es actuado por la emisión del Led. Otros elementos tienen un tiristor

en lugar de un triac.

En el caso que se quiera disparar ya sea un triac o un tiristor en el cruce cero de

la tensión de alimentación, existe un optoacoplador más completo y en lugar de

usar el CI TCA 785, se usa este que tiene incorporado un detector de cruce cero

combinado con el disparo, de tal modo que cuando llega la señal del control para

que el tiristor encienda, el CI "espera" al siguiente cruce cero y en ese preciso

instante, dispara el gate.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

9

Todos estos elementos de control analizados en el taller exigen del circuito

integrado de control que los pulsos que controlan el semi ciclo positivo y el

semi ciclo negativo, estén desfasados 180 grados entre sí. Esta separación

debe permanecer constante pero el desfasaje entre el comienzo de ciclo y el

pulso debe ser graduable a voluntad. Angulo de encendido θ, De esta

manera, se puede controlar la potencia eficaz en la carga.

Cada circuito que contiene elementos de potencia (semiconductores) debe

estar diseñado e implementado para una cierta aplicación específica (carga),

de manera que si excede sus parámetros de diseño el circuito debe tener

protecciones extras que le ayudarán a mantener su vida útil como diodos en

anti paralelo.

Los sistemas que poseen detectores de paso por cero son sistemas que

permiten dar mayor exactitud y sincronización por ejemplo cuando se

realiza un disparo de un triac con un circuito de disparo, esto es algo muy

útil ya que tenemos mucho más control y gobierno sobre dicho sistema.

La forma de graduar la potencia entregada, es regulando la cantidad de

semi-ciclos en conducción respecto a los de no conducción.

Existe un gran variedad de transistores y tiristores, que han ido saliendo al

mercado conforme han aumentado las necesidades de circuitos más

óptimos, estables, versátiles y robustos, con lo cual las empresas que los

fabrican están en constante competencia, competencia que viene

determinada por los costos de producto, materiales del que está compuesto,

resistencia, eficiencia y robustez

10

En el ámbito industrial los elementos de potencia cumplen un papel

trascendental debido a los altos valores en amplitud de las magnitudes

eléctricas, como son voltajes y corrientes, que a nivel industrial son grandes,

por lo cual a veces no es suficiente el diseño de los elementos a veces es

necesario el uso de Disipadores de calor, refrigerantes u otros elementos

que alarguen la vida útil del semiconductor.

BIBLIOGRAFIA:

[07/05/13, 18:35]

http://www.ingplasencia.com.ar/electron/electro/articles/CI_control_alterna.pdf

[07/05/13, 22:31]

www.unioviedo.es/ate/.../EP.../DISPOSITIVOS%20TIRISTORES.ppt

[07/05/13, 20:43]

www.dorik.es.gongchang.com/product/909725/

11