Dimmer AC por PWM

A la hora de controlar dispositivos de corriente alterna solemos recurrir a los útiles tiristores (SRC o TRIAC) pues con la correcta configuración se puede controlar el ángulo de disparo de éstos con un potenciómetro (de manera manual).

Control de potencia por medio del ángulo de disparo (cortesía wikipedia)

Desafortunadamente ante la necesidad de automatizar este control de potencia con un microcontrolador se dificulta enormemente la configuración a utilizar puesto que debemos estar al pendiente todo el tiempo del cruce por cero de la corriente alterna (si les interesa el H11AA1 es el indicado para esa tarea) para activar nuestro SCR o TRIAC en el momento adecuado lo que nos impide realizar otras tareas/rutinas como la recepción y envío de datos, control de actuadores o lectura de entradas.

Precaución: El siguiente circuito se encuentra conectado directamente a la red eléctrica, el mal manejo de ésta puede provocar heridas graves.

Por otro lado tenemos el siguiente circuito, que nos permite variar la potencia aplicada a la carga por medio del control PWM.

Al momento de montarlo para probarlo debido a la complejidad de éste, el número de componentes y mis recursos limitados decidí simplificarlo un poco y sustituir algunos componentes por otros más comerciales. Este es el esquema final:

El funcionamiento es el siguiente:

1. El puente rectificador (yo lo hice con diodos 1N4007) convierte la corriente alterna en directa pulsante, ya que con ésta es con la que opera el MOSFET Q2.
2. La corriente es atenuada por la resistencia R1 de 100k, que se encuentra en serie con el diodo D1, el cual evita que el condensador C1 se descargue cuando el MOSFET Q2 se active.
3. El diodo DZ1 reduce el voltaje a 10 volts para proveer un correcto voltaje a la compuerta del MOSFET Q2 y el condensador C1 retiene este voltaje.
4. El optoacoplador Q2 entrega el voltaje de 10 volts del paso anterior según su estado (activo/ inactivo) y a su vez aísla la entrada de la señal PWM de manera óptica. La resistencia R3 proteje al LED del optoacoplador de la destrucción permitiendo voltajes de activación de 5 hasta 30 Volts (usar una resistencia de 180 ohms para 3.3 volts).
5. El MOSFET entra en conducción cuando es activado por el optoacoplador, haciendo que la corriente fluya a través de la bombilla LAMP1 según el estado del optoacoplador.

La señal resultante es algo así:

Semiciclo positivo resultante.

En resumen el circuito fuciona de la siguiente manera: El MOSFET al entrar en conducción crea un cortocircuito con la frecuencia de los pulsos entrantes, sin embargo al estar en serie con la bombilla, ésta se activa, variando su brillo según el duty cycle del la señal PWM.

Notas y recomendaciones:

• Se recomienda el uso de un disipador en 110V ya que se requiere del doble de corriente que para mantener la misma potencia en 220V.

P = V*I ==> 100W = 220V * 0.45A ==> 100W = 110V * 0.90A

• Si eres principiante (incluso si no), usa alimentación externa para energizar tu Arduino, odiaría que tu computador muera por una mala conexión, extrema precauciones, haz mediciones y revisa que no se toquen componentes que no deban hacerlo antes de conectar tu Arduino al computador.
• Puedes usar el ejemplo Fading (Archivo=>Ejemplos=>03.Analog=>Fading) de Arduino para probar el circuito.
• No es recomendable usar este circuito con cargas inductivas por las corrientes inversas que generan (ya quemé un transistor por hacer eso), si es así coloca un filtro snubber en paralelo con la carga.
• Es recomendable usar un filtro EMC en la entrada de corriente alterna si se usa este circuito industrialmente ya que genera ruido eléctrico que puede afectar el factor de potencia y eso puede acarrear dolorosas multas por parte del proveedor de luz eléctrica. Si es de uso domestico no hay problema, las compañías no son tan severas con este aspecto en el hogar.