La web está bien provista de circuitos electrónicos elementales, como Interruptores Crepusculares y ejemplos básicos con el NE555. Lo mismo sucede con el clásico circuito de Relé de Estado Sólido que involucra a un Triac. Miles de páginas web ofrecen circuitos de este dispositivo, sin embargo, en NeoTeo decidimos tomar un circuito tradicional, transformarlo en algo más útil y obtener funciones que van más allá de los modelos propuestos en la web. Por ese motivo, éste no es un Relé de Estado Sólido más. Es mucho más que eso y, a medida que avancemos en la explicación del diseño, comprobarás que éste es el modelo que necesitabas y estabas esperando para tus aplicaciones de control de cargas eléctricas. Un Relé de Estado Sólido que pasará a formar parte de tus circuitos clásicos.
Desde la época de los interruptores mecánicos, que poseían una vida útil limitada, los investigadores y quienes hacen la electrónica día a día se esforzaron en la búsqueda de un interruptor que pueda ser utilizado con corriente alterna y, que al mismo tiempo, sea capaz de manejar cargas eléctricas de consumo medio, es decir, hasta 10 Amperes. El advenimiento de los Rectificadores Controlados de Silicio (SCR’s) allanaría el paso de la tecnología electromecánica a otra puramente electrónica y sin partes móviles. Sin contener piezas que se desgasten, los Rectificadores de Estado Sólido fueron ganando terreno por sobre sus antecesores y hoy son una realidad en cualquier sistema automatizado de buena calidad. La mayoría de los circuitos que inundan la web son muy sencillos y se soportan en dos piezas fundamentales: un Opto-Triac para aislar la parte de control de la parte activa de potencia y un Triac para realizar el trabajo del interruptor propiamente dicho.
El Opto-Triac, en los casos de relé simple, posee un circuito “inteligente” que activará al Triac durante el paso por cero de la tensión alterna de entrada. Esto garantiza una conmutación en un momento clave y que permitirá evitar picos de corriente hacia la carga. Esto es: durante el lapso en que la tensión de línea adquiere una tensión de 0Volts, la corriente que circulará sobre la carga será en consecuencia de 0 Amper. En el caso de la utilización de interruptores mecánicos o que no posean esta cualidad (Detector de Cruce por Cero), los peligros de destruir la carga están siempre presentes ya que las corrientes iniciales, en el momento de la conmutación, pueden ser muy elevadas y, en consecuencia, destructivas para el elemento utilizado como carga. El Opto-Triac MOC3041 es un excelente dispositivo con “detección de cruce por cero” que será fundamental para nuestro Relé de Estado Sólido. Para el caso del Triac, tendremos un abanico muy amplio de elección ya que el mercado nos permite acceder de manera sencilla a dispositivos capaces de trabajar con, podríamos decir, cualquier valor de corriente. En nuestro caso, la selección se inclinó por el BTB24-600, un Triac que puede manejar cargas de hasta 25Amperes (según su hoja de datos). Por supuesto, tú utilizarás el que se ajuste a tus necesidades.
De este modo, y con un circuito muy sencillo, nos queda armado el popular y clásico Relé de Estado Sólido que encontrarás en casi todas las páginas que recopilan circuitos electrónicos. Pero como buenos habitantes de este templo tecnológico que es NeoTeo, a este circuito le podemos brindar funciones y prestaciones muy superiores que quizás no encuentres en ningún lugar (ni en los comerciales). Estas cualidades surgen de la necesidad, del uso y de la experiencia de trabajar con este tipo de circuitos. Por ejemplo, ¿alguna vez has encontrado un circuito que tenga un monitor de tensión de salida? Es decir, un LED que indique que el Relé está activado y entregando energía a la carga. Solo en los modelos de alta calidad y precio, ¿verdad? La mayoría tiene un aspecto compacto, robusto y que no admite un desarme sencillo, por lo tanto, ¿traen incorporado un fusible de protección? Es imposible saberlo si no podemos desarmarlos. ¿Debemos confiar en que el instalador eléctrico colocará los fusibles en forma externa? Observa como vamos preparando el circuito impreso de “nuestro” relé.
Uno de los elementos que transforman al Relé de Estado Sólido NeoTeo en un dispositivo de alta calidad es la posibilidad de ofrecer al usuario múltiples informaciones en tiempo real que serán muy útiles para determinar el funcionamiento del sistema en todo su conjunto. Sin enormes gastos y utilizando materiales convencionales, agregaremos al diseño popular los siguientes elementos:
- Fusible (no todos lo incorporan)
- Indicador de fusible quemado (LED)
- Indicador de salida de energía hacia la carga (Triac en buen estado) (LED)
- Indicador de activación de entrada (LED)
- Sensor de corriente de salida hacia la carga.
Observa la cantidad de datos elementales que siempre hacen falta cuando estás ante un relé de estado sólido. Imagínate todas las preguntas que podrías hacerte:
- ¿Tengo protección ante un cortocircuito en la salida a la carga?
Cuando la carga no enciende:
- ¿Llegan el dato de encendido al relé?
- ¿Sale energía desde el relé a la carga?
- ¿Tendrá algún fusible quemado dentro?
- Si todo lo anterior está correcto, ¿Porque no funciona la carga?
- La carga que estoy energizando ¿Es peligrosa para este relé?
- ¿Circula corriente a la salida? ¿Cuánta?
Esta y muchas preguntas más estarán resueltas (y ante tu vista) con el relé de estado sólido que te proponemos. Observa el circuito y compáralo con el inicial. Verás que las reformas son mínimas y muy sencillas.
LED1 se encarga de informarte si la activación llega al relé; ese es el primer dato esencial. LED2 te indicará si el fusible está quemado cuando veas que el dato de activación llega, pero la carga no se activa. Al abrirse el fusible la corriente circulará por R6 y LED2. Como LED2 no deja de ser un diodo, rectificará media onda y se encenderá a una corriente ajustada por R6. Para 220VAC este valor es de 47K, para 110VAC será la mitad. Es bueno que este LED sea de color rojo para que llame la atención inmediata del observador y, de este modo, ayudarlo a descubrir un posible fallo. Un LED verde de salida, siempre será útil para indicar que todo nuestro circuito funciona de manera correcta. Otra situación difícil de resolver (quizás la más compleja) es cuando el dato de activación llega, cuando el fusible está en buenas condiciones, el LED verde de salida indica que la energía sale hacia la carga y ésta no funciona. Esto es, cuando tenemos la desgracia de que la carga se ha malogrado. Dicho de otro modo, cuando no funciona lo que tenemos conectado a la salida. Observa esta explicación (y como resolveremos el control de corriente) en el siguiente video:
El Switch Hall, como te mencionamos en el video es un componente muy sencillo de encontrar y utilizar. Dispone de tres pines (alimentación, GND, y salida) y se lo encuentra en los sopladores de fuentes de ordenador o cualquier tipo de motor brushless en desuso. Por supuesto, lo más familiar que tendremos a mano para canibalizar es un soplador de fuente de alimentación como el que te mostramos en el video. La identificación de pines es muy sencilla. El central es GND, mientras que la alimentación viene desde el cátodo de un diodo y posee, además, una resistencia de 4K7 o 5K6 (Pull-Up). Por último, la salida será el pin que tenga únicamente la conexión de la resistencia de 4K7 conectada a la alimentación. La mayoría de estos Switch Hall son de marca Allegro y encontrarás mucha bibliografía sobre sus características eléctricas y funcionales. No interesa cuál sea su nomenclatura, en esa aplicación (los sopladores), todos cumplen la misma función, es decir, todos son reemplazos entre sí.
Al circular corriente por el bobinado creado en el toroide, se generará un flujo magnético en su interior que iniciará el funcionamiento del Switch Hall que estará colocado “cerrando” el circuito magnético dentro del toroide. Esto es, obtendremos en los bornes llamados “RETORNO” una onda cuadrada de la misma frecuencia de red, que nos indicará que la corriente está saliendo hacia la carga. Aquí es donde tendremos una de las mayores posibilidades de desplegar nuestra imaginación de diseño. Por ejemplo; toroides de ferrite serán más difíciles de “ranurar” pero serán más fáciles de saturar con menor circulación de corriente hacia la carga. Otro ejemplo: en lugar de un Switch Hall puedes colocar un Sensor Hall. La diferencia es que el segundo es de respuesta lineal (no digital como el primero) y, si observas con un osciloscopio su forma de onda a la salida, en ella encontrarás una señal seno con una amplitud proporcional a la corriente consumida por la carga. Es decir, puedes extraer desde aquí información útil para alimentar un amperímetro.
La incorporación de todas estas ventajas transforma al Relé de Estado Sólido NeoTeo en un dispositivo muy superior al resto de los ofrecidos en la web, con mayores posibilidades de expansión, experimentación y facilidad de uso, hasta para el usuario que menos idea pueda tener de electrónica. Con sólo ver indicaciones luminosas sabrá el estado de funcionamiento del circuito, sin necesidad de llamar a un especialista. Además, la implementación del Switch Hall puede utilizarse como retorno de información hacia un microcontrolador o, porqué no, otro indicador luminoso que señale que la carga está funcionando (que la lámpara que se encuentra sobre la azotea no está fundida). Por supuesto, más útil aún será el uso de un Sensor Hall (lineal) como el UGN3503 para mostrar en un display el consumo energético de cada carga conectada a cada relé de estado sólido. ¿Ciencia Ficción? No, NeoTeo.
Te esperamos, como siempre, en el Foro de Electrónica de NeoTeo para compartir ideas, mejoras y reformas a este popular circuito que, con muy poco material extra, puede transformarse en todo un sistema inteligente de control de cargas de corriente alterna. ¡Te esperamos!
