Las cargas resistivas alimentadas por circuitos de corriente continua de baja tensión pueden ser controladas fácilmente con la ayuda de transistores de efecto de campo de potencia (Power FET). En este artículo damos un ejemplo de circuito PWM para este propósito, con elevada capacidad de corriente usando sólo un circuito integrado y un transistor como elementos activos.
Este artículo es de 1993, pero sigue siendo actual por la facilidad con que los componentes usados se pueden encontrar.
Ya se pueden obtener con relativa facilidad en el mercado especializado transistores de efecto de campo de alta potencia, capaces de controlar corrientes de hasta 10 A.
Asociando estos componentes de elevadísima sensibilidad a circuitos de control apropiados, es posible elaborar muchos proyectos como, por ejemplo, dimmer; para cargas resistentes en alimentación continua, con configuraciones muy simples.
El dimmer aquí descrito es del tipo PWM (pulso de modulación por anchura de pulso), y se caracteriza por la eficiencia aliada a la gran capacidad de corriente.
Con los componentes especificados, y dando un buen margen de seguridad, podemos controlar cargas de hasta 5 A tanto en la alimentación de 6 V como de 12 V.
Una aplicación ideal para este circuito es en el control de brillo de lámparas de paneles de coche.
Otra aplicación es en el control de temperatura de pequeños invernaderos o hornos de secado, con alimentación de baja tensión. El circuito puede ser fácilmente adaptado para trabajar con un VCO acoplado a un sensor de temperatura, convirtiéndose así en un eficiente termostato.
Características:
Tensión de alimentación: 12 Vc.c. o 6 Vc.c.
Corriente máxima: 5 A
Frecuencia: 200 Hz a 2000 Hz (cambiable según la aplicación)
Rango de control: 2% a 98% de la potencia.
En la figura 1 tenemos el diagrama completo del aparato.
Una de las cuatro puertas disparadoras de un circuito integrado 4093 se utiliza como un oscilador con ciclo activo controlado externamente.
En este circuito, la frecuencia depende tanto del valor de C1 como de la resistencia para la carga y descarga de este capacitor, vía D1, D2, P1 y R1.
El circuito de carga corresponde a D2, rama inferior de P1 y R1. La descarga se realiza por D1, rama superior de P1 y R1.
Esto significa que cambiando la posición del recorrido y del potenciómetro P1 actuamos sobre los tiempos de carga y descarga del capacitor C1. En la figura 2 tenemos las formas de onda obtenidas (pino 3 de C11) en las diversas posiciones de ajuste de P1.
Las señales generadas por este oscilador son amplificadas digitalmente o bufferizadas por las otras tres puertas, que tienen sus salidas conectadas a la conducción de un transistor de efecto de campo de potencia;
De esta forma, con las señales bajas en el pin 3, que corresponde al nivel alto en los pines 4, 10 y 11, tenemos la saturación del transistor de potencia y, por lo tanto, la conducción para la carga.
Como la potencia aplicada depende del tiempo, en un ciclo, en que la corriente es conducida, podemos controlarla por el ciclo activo de CI-1b, lo que es dado por la posición del cursor de P1.
Para un ciclo activo del 50% sabemos que el transistor conduce aproximadamente la mitad del tiempo de cada ciclo y, por lo tanto, la potencia aplicada a la lámpara es 50% del máximo.
El potenciómetro permite ajustar este ciclo activo, entre 2% y 98% aproximadamente, valores dados por la relación entre P1 y R1. Dependiendo de la aplicación, estos valores pueden ser alterados, pero R1 no debe reducirse a menos de 4,7 k ohmios, bajo pena del oscilador no operar.
El capacitor C1, que determina la frecuencia del oscilador, puede ser alterado en una amplia gama, entre 100 nF y 1, uF, según la aplicación. Las pruebas se deben realizar en función de la carga hasta obtener el mejor rendimiento.
En la figura 3 tenemos la disposición de los componentes en una placa de circuito impreso.
El transistor debe estar dotado de un radiador de calor, y el circuito integrado debe montarse en un socket DIL de 14 pines. Los diodos admite equivalentes, como los 1N914 o 1N4002. C1 es un condensador electrolítico con una tensión por lo menos 50% mayor que la usada en la alimentación. El potenciómetro P1 preferiblemente debe ser lineal, y su valor no es crítico, pero determina el rango de control, pudiendo quedar entre 100 k ohmios y 1 M ohmios.
En la figura 4 tenemos una fuente de alimentación que se puede utilizar con este control.
Las cargas de más de 13 V pueden ser controladas, siempre que se haga una educción de la tensión de alimentación para el CI1 como muestra la figura 5.
En este caso, las tensiones de hasta 25 V pueden ser controladas por el circuito en una carga de alta corriente.
El FET de potencia admite equivalentes de acuerdo con las corrientes controladas. Los tipos indicados operan con bastantes holguras, pues son para 9 A y 18 A de corriente máxima.
Para probar el circuito, basta con conectarlo a una fuente de 12 V, observando la polaridad, y como carga conectar una lámpara de la misma tensión con corriente de al menos 50 mA.
Actuando sobre P1 debe haber variación del brillo entre un mínimo casi totalmente apagado y un máximo casi en el brillo máximo. Las parpadeos en el brillo mínimo se pueden eliminar con la reducción de valor de C1.
Semiconductores:
Q1 - IRF55O o lRF640 - FET de potencia
CI1 - 40938 - circuito integrado CMOS
D1, D2 - 1N4148 - diodos de uso general
Resistores (1/8 W. 5%):
R1 - 10 k ohms
R2 - 2,2 k ohms
R3 - 1,2 M ohms
P1 - potenciómetro de 470 k ohms
Capacitores:
C1 - 100 nF - cerámico o poliéster
C2 - 1000 uF - electrolítico
