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DISPARO DE UN TRIAC CON UN DIAC (DIMMER) Cristian Nicolás Hurtado, Cristian Arias Vargas UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA-SEDE FUSAGASUGÁ FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA ELECTRÓNICA [email protected] , [email protected] En esta práctica de laboratorio veremos en funcionamiento de un diac para ser el disparo y modulación del ancho de la señal de un triac a su vez se comprobaran los cálculos con las simulaciones y las mediciones en la práctica. In this lab we will see in operation of a diac for the shot width modulation signal of a triac to turn calculations with simulations and measurements in practice be verified.. Keywords: triac, diac, dimmer.

I. OBJETIVO GENERAL 

Observar la activación del diac para servir de disparo de un triac. II. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 

Entender el funcionamiento de un diac. Comprender las señales de salida presentes en cada una de las etapas del circuito. III. INTRODUCCIÓN

La práctica de laboratorio está enfocada a realizar el diseño de dimmer con un diac y un triac. El cual realizara el control sobre el ancho del pulso y modulación del voltaje sobre una carga de potencia. IV. MARCO TEORICO 1.

DIAC

Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo (30v aproximadamente, dependiendo del modelo).

Símbolo del diac

Estructura interna de un diac

Los encapsulados de estos dispositivos suelen ser iguales a los de los diodos de unión o de zener. Es un diodo bidireccional disparable que conduce la corriente, solo tras haberse superado su tensión de disparo,

y mientras la corriente circulante no sea inferior al valor característico para ese dispositivo. El comportamiento es fundamentalmente el mismo para a mbas direcciones de la corriente. La mayoría de los DIAC tienen una tensión de disparo de alrededor de 30V. En este sentido, su comportamiento es similar a un neón. Los diac son una clase de tiristor, y se usan normalmente para disparar los TRIAC, otra clase de tiristor. Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Actúa como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje entre sus terminales alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar entre 20 y 36 volts según la referencia. Cuando la tensión de disparo se alcanza, la tensión en el DIAC se reduce y entra en conducción dejando pasar la corriente necesaria para el disparo del SCR o TRIAC. Se utiliza principalmente en aplicaciones de control de potencia mediante control de fase. Un diac es un elemento semiconductor utilizado normalmente en el control de potencia, lo que significa que servirá para controlar electrónicamente el paso de corriente eléctrica. Principio de operación y curva característic La operación del DIAC consiste fundamentalmente en llevar la estructura NPN hasta un voltaje de ruptura equivalente al del transistor bipolar. Debido a la simetríade construcción de este dispositivo, la ruptura puede ser en ambas direcciones y debe procurarse que sea la misma magnitud de voltaje. Una vez que el dispositivo empieza a conducir corriente sucede un decremento en el voltaje de ruptura , presentando una región de impedancia negativa (si se sigue aumentando la corriente puede llegar hasta la segunda ruptura), entonces se logra que el dispositivo maneje corrientes muy grandes.

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Cuando el TRIAC conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la dirección de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es más positivo en MT2 (ver Figura 1), la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el TRIAC se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el TRIAC deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto actúa como un interruptor abierto. Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variación de tensión importante al TRIAC (dv/dt) aún sin conducción previa, el TRIAC puede entrar en conducción directa.

Figura 1. Curva característica del diac Como se ilustra en la figura 1, en este dispositivo se tiene siempre una pendiente negativa, por lo cual no es aplicable el concepto de corriente de sustentación. La conducción ocurre en el DIAC cuando se alcanza el voltaje de ruptura, con cualquier polaridad, a través de las dos terminales. La curva de la figura 1 ilustra esta característica. Una vez que tiene lugar la ruptura, la corriente fluye en una dirección que depende de la polaridad del voltaje en las terminales. El dispositivo se apaga cuando la corriente cae abajo del valor de retención Fabricación La fabricación de los diacs se basa en unir materiales cristalinos semiconductores positivados y negativa dos, como el silicio y el germanio, después de un tratamiento específico. Para que los materiales cristalinos sean semiconductores, se les dopa (introducen su interior) con partículas negativas o positivas, según se requiera convertir el cristal semiconductor en negativo o positivo. 2.

TRIAC

Figura 3. Símbolo del TRIAC y si circuito equivalente  

Dispositivo capaz de soportar las potencias más elevadas. Único dispositivo capaz de soportar 4000 Amp y 7000 Volt. Frecuencia máxima de funcionamiento baja, ya que se sacrifica la velocidad (vida media de los portadores larga) para conseguir una caída en conducción lo menor posible. Su funcionamiento se centra en aplicaciones a frecuencia de red.

Curva característica Si la terminal MT2 es positiva con respecto a la terminal MT1 el TRIAC puede encenderse aplicando una señal positiva entre la compuerta gate y la terminal MT1. (Ve+). Si la terminal MT2 es negativa con respecto a MT1 se enciende aplicando una señal negativa entre gate y MT1.

El TRIAC es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa. Características generales  La corriente puede pasar en ambas direcciones.  Adecuados para convertidores de conmutación forzada en aplicaciones de potencia intermedia y alta.  Control del encendido por corriente de puerta (pulso). No es posible apagarlo desde la puerta.  Pueden apagarse con un pulso de señal negativo.

Curva característica del TRIAC

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V. METODOLOGÍA Esta práctica está compuesta por el diseño de un dimmer con diac para controlar un TRIAC. El primer parámetro a tener en cuenta es el voltaje de ruptura o activación del diac db4 que en este caso es VBO=32voltios, teniendo encuenta que la red eléctrica trabaja a 120voltios rms tenemos que el voltaje pico es de 170Voltios. Y tenemos la siguente formula VRMS = VP*SEN(WT) Como WT es igual al angulo del voltaje (ϴ) Si remplazamos el voltaje rms por el voltaje de disparo del diac obtendríamos el Angulo de disparo maximo del triac ϴ = SEN-1(VBO /VP)= SEN-1(32/170)=10.84° Teniendo que T=1/F=1/60Hz=16.333mS Que seria la totalidad de la señal correspondiente a 360 ° Entonces tenemos que si 360° son 16.66mS cuanto es 10.84° TDmin=(16.66mS*10.84°)/360°=0.5Ms Bien ahora sacaremos el angulo minimo de disparo del triac Seria la mitad del ciclo 360°/2= 180° menos el angulo del voltaje del diac que seria: ϴ=180°-10.84°=168.15° Y realizamos nuevamente el calculo del tiempo TDmax=(16.66mS*168.15°)/360°=7.78mS Entonces tenemos la siguente formula que nos ayudara a encontrar los valores de los componentes del circuito dimmer

resistencia condensador tiempo 1500 0.00000033 0.000495 5000 0.00000033 0.00165 10000 0.00000033 0.0033 15000 0.00000033 0.00495 20000 0.00000033 0.0066 21500 0.00000033 0.007095 tiempo angulo angulo tiempo completo total variable 0.000495 0.01666 360 10.69627851 0.00165 0.01666 360 35.6542617 0.0033 0.01666 360 71.30852341 0.00495 0.01666 360 106.9627851 0.0066 0.01666 360 142.6170468 0.007095 0.01666 360 153.3133253

RELACION DE RESISTENCIATIEMPO 0.008

Asignamos el valor del condensador a 330nF entonces tendríamos que R= t/c Rmin=tmin/c=0.5mS/330nF=1515.1515 =1.5kΩ Rmax=tmax/c=7.78Ms/330nF=23575.75=21.5kΩ

0.006

0.004 0.002 0

En este caso se utiliza la Resistencia minima fija con valor de 1.5KΩ y la resistencia ajustable de 20kΩ pero como se vio que podría aumentarse la resistencia ajustable se subio a 50kΩ.

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5000

10000

15000

20000

25000

RELACION DE TIEMPOANGULO

200 150 100 50 0 0

0.002

0.004

0.006

VI. MEDICIONES Circuito implementado en la práctica. VII. MATERIALES 1 1

Resistencias de 1.5 kΩ a 5 W Potenciometro de 50kΩ

0.008

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1 1 1

condensador electrolítico de 330Nf DIAC DB4 TRIAC BTA16 B600 CONCLUCIONES

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La variación del ciclo del ciclo útil de la señal del comparador hace que la intensidad de los bombillos varié con respecto al voltaje comparado por el potenciómetro, afectando de igual manera a los SCR los cuales se deben disparar para poder generar los cambios de voltaje a la salida. Al variar el ciclo de la señal diente de cierra con el potenciómetro se puede aumentar o disminuir el rango que puede tomar la modulación de ancho de pulso

REFERENCIAS [1] [2] [3]

Hart.D.W, Electrónica de Potencia, Isabell capella: Madre España, 2001. Rashid. M, Electrónica de Potencia, 2da Edicion 1 (1983) Electrónica de potencia Manual de asignatura Universidad Tecnológica de Puebla