Electrónica Básica: Dimmer +

Los variadores de velocidad para motores de corriente continua, o aquellos que se utilizan para regular el nivel de iluminación LED, en la actualidad, utilizan sistemas conmutados (switching) de alta frecuencia, con la propuesta de una alta eficiencia energética. Esto, sin lugar a dudas, es muy importante cuando buscamos optimizar consumos eléctricos a partir de fuentes de energía limitadas, tales como baterías o súper-capacitores. Los beneficios que la tecnología nos ofrece, en muchas ocasiones, empalidece ante el ruido eléctrico que introducen estos sistemas conmutados en la red (EMI). Por un lado, obtenemos eficiencia energética mientras que por el otro, inundamos de ruido eléctrico todo lo que nos rodea. ¿Existe algún sistema que nos libere de estos problemas y nos ofrezca beneficios extras? Veámoslo en este artículo.

Como mencionamos en el encabezado del artículo, los variadores comerciales de velocidad de motores DC o de iluminación LED, además de ser un manantial de ruidos eléctricos de todo tipo y especie, son específicos para la función que fueron creados y son comercializados. Es decir, utilizarlos para propósitos diferentes a los que están destinados, puede generar su destrucción automática. Un ejemplo simple de esto es la alimentación de diferentes circuitos que se nos ocurra construir, por ejemplo, que trabajen a diferentes tensiones. Claro, para esto existe lo que conocemos como fuente de alimentación regulada y ajustable, sin embargo, no siempre necesitamos disponer de corriente continua para nuestros desarrollos. Muchas veces necesitamos una detección de paso por cero y en otras oportunidades, muchos hemos tenido la fantasía de tener un transformador variable gigante, que pudiera entregarnos una tensión alterna, no por pasos o saltos fijos, sino con variación continua entre, por ejemplo, 0Volt y 12Volts (o Voltios).

El montaje de hoy podría definirse como esto; un transformador variable entre 0Volts y la tensión máxima que se nos ocurra tener en este desarrollo, que siempre será útil para nuestro banco de trabajo, con la ventaja adicional de brindarnos una tensión rectificada en onda completa. Por supuesto, nosotros trabajaremos y te mostraremos una idea conceptual que luego tú adaptarás a tus necesidades. La idea básica es muy simple y sencilla, sólo requiere de unos pocos componentes fáciles de conseguir en el mercado y se puede armar en una tarde de trabajo. Lo primero que debemos obtener es un transformador de 12Volts (TR1) que sea capaz de suministrar una corriente importante o útil (nosotros seleccionamos uno de 3Amper) y un puente rectificador (Br1) que pueda manejar sin problemas esa cantidad de corriente, por ejemplo un puente de 8Amper tendrá un trabajo cómodo en nuestro diseño. La “magia” del proyecto estará a cargo de un Tiristor (T3) que se encargará de brindar conexión a GND, en forma controlada, variando de este modo el valor de tensión eficaz sobre la carga conectada en la salida. Vale reiterar, en este punto de la explicación, que este circuito no es para obtener una fuente regulada, sino que entregará una tensión pulsante y será útil para ser utilizado como Dimmer aplicado a iluminación o al control de velocidad de motores de corriente continua. Queremos dejar bien aclarado este punto para evitar ilusiones truncadas.

Como puedes ver en el diagrama de funcionamiento, la salida de tensión a la carga es pulsante a 100Hz (o 120Hz según la frecuencia de red) y bajo ningún concepto se debe colocar un capacitor (o condensador) electrolítico a la salida del puente rectificador. Esta inclusión impediría el correcto funcionamiento del tiristor (en el corte) y se perdería la funcionalidad de este variador de tensión eficaz de salida. El Tiristor (SCR), como vemos en el circuito, está excitado por el transistor uniunión (o unijuntura) 2N2646 (o equivalente) que a su vez, es activado por la carga presente sobre el capacitor (o condensador) C1. Esta parte del circuito es alimentada por el generador de corriente constante formado por T1, R1, P2 y R5 que permiten cargar, con mayor o menor rapidez, el capacitor C1. Cuando en los extremos de este capacitor se alcanza un nivel de umbral suficiente, el transistor T2 entra inmediatamente en conducción provocando un pico de tensión sobre R4 y de este modo, se dispara el tiristor. Para terminar de comprender el funcionamiento del circuito, podemos agregar el concepto de que un tiristor, una vez disparado (o cebado), conduce hasta que la tensión aplicada en sus extremos se hace cero, es decir, hasta el final del semiciclo. Por eso es importante la ausencia de  un electrolítico a la salida del puente rectificador, porque la tensión debe llegar a cero para “cortar” el Tiristor. Por último, R6 y C2 forman lo que se conoce como Red Snubber y se utiliza para proteger al Tiristor.

Tal como lo puedes ver en el video, este tipo de atenuadores o Dimmers, fueron muy populares trabajando con Triacs y variando la intensidad de luminarias incandescentes durante décadas. Mucha gente también lo utilizaba para regular la velocidad de pequeños motores que no poseían cargas variables de esfuerzo. Luego, con el desarrollo de las fuentes conmutadas todo se hizo más pequeño, más elegante, más “energéticamente eficiente” y las lámparas incandescentes dejaron su reinado a las CFL (lámparas de bajo consumo) o, actualmente, a la iluminación LED. Sin embargo, todo lo que hemos ganado en prestaciones, lo hemos perdido en tremendos ruidos eléctricos inducidos en la red. Hasta han tenido que crearse normativas de contralor para verificar que la EMI generada por estos sistemas no supere valores que, en los comienzos, eran alarmantes. Observa que muchos circuitos encargados de controlar iluminación LED se esfuerzan en resaltar el cumplimiento de normativas referidas a este “problema invisible” que es la EMI (Interferencia Electromagnética).

Nuestro circuito no tiene nada de nuevo y lo tiene todo de antiguo, sin embargo, es un aporte para comprender varias cosas. Por un lado, la manera en que podemos variar la tensión eficaz de una onda senoidal rectificada, para luego aprovecharla de distintas formas. Nosotros la mostramos en iluminación, sin embargo, tú puedes transformar y utilizar esa energía en cualquier otra aplicación útil para tus necesidades. Ya lo has visto en el video, ahora sólo tienes que descubrir donde lo estabas necesitando y aplicar allí el concepto. Por otro lado, muchos aprendimos que un Tiristor es un diodo convencional que se puede activar a voluntad, en el momento que se nos ocurra y dejará circular corriente (como un diodo clásico) hasta que la tensión en sus extremos se haga cero. Luego de esto, para que vuelva a conducir, tendremos que volver a “activarlo”.

Descubrimos también que los Dimmers para iluminación LED es algo que podemos construir nosotros mismos y hacerlos funcionar a la tensión que sea necesaria, es decir, no estamos cautivos de lo que nos ofrezca el mercado. Esto último es el mejor aprendizaje: comprender que nosotros podemos hacerlo, de manera sencilla y bien, sin “ensuciar” la red eléctrica, por más novatos que seamos y aquí está el significado del signo “+”, indicando que el valor extra de las cosas comienza cuando las puedes hacer tú mismo, con tus propias manos.