Controle de fase Triac usando PWM Proporcional ao Tempo

Um controle de fase triac usando um circuito PWM pode ser útil apenas se for implementado usando um formato proporcional ao tempo, caso contrário, a resposta pode ser aleatória e ineficiente.

Em alguns dos meus artigos anteriores, conforme indicado abaixo:

Circuito regulador de ventilador simples com controle remoto

Regulador de ventilador com botão de pressão com circuito de exibição

Circuito Dimmer para Lâmpadas LED

Eu discuti sobre o uso de PWM para iniciar um circuito de controle de fase triac; no entanto, como os projetos não incluíam uma tecnologia proporcional ao tempo, a resposta desses circuitos poderia ser errática e ineficiente.

Neste artigo aprendemos como corrigir o mesmo utilizando a teoria do tempo proporcional para que a execução seja feita de forma bem calculada e com muita eficiência.

O que é o controle de fase proporcional ao tempo usando triacs ou tiristores?

É um sistema no qual o triac é disparado com comprimentos calculados de pulsos PWM, permitindo que o triac conduza de forma intermitente por comprimentos específicos da frequência de 50/60 Hz da rede elétrica, conforme determinado pelas posições de pulso PWM e períodos de tempo.

O período de condução médio do triac subsequentemente determina a saída média para a qual a carga pode ser alimentada ou controlada, e que executa o controle de carga necessário.

Por exemplo, como sabemos que a fase da rede é composta de 50 ciclos por segundo, portanto, se o triac for acionado para conduzir intermitentemente por 25 vezes com uma taxa de 1 ciclo ON e 1 ciclo OFF períodos, então a carga pode ser esperada ser controlado com 50% de potência. Da mesma forma, outras proporções de tempo ON OFF podem ser implementadas para gerar quantidades correspondentes de entradas de energia maiores ou menores para a carga.

O controle de fase proporcional ao tempo é implementado usando dois modos, o modo síncrono e o modo assíncrono, em que o modo síncrono se refere à ativação do triac apenas em cruzamentos de zero, enquanto no modo assíncrono o triac não é especificamente comutado em cruzamentos de zero, em vez de instantâneo em quaisquer locais aleatórios, nos respectivos ciclos de fase.

No modo assíncrono, o processo pode induzir níveis significativos de RF, enquanto isso pode ser significativamente reduzido ou ausente no modo síncrono devido ao cruzamento de zero do triac.

Em outras palavras, se o triac não for ligado especificamente em cruzamentos de zero, em vez de qualquer valor de pico aleatório, isso pode dar origem a ruído de RF na atmosfera, portanto, é sempre aconselhável usar um comutação de cruzamento zero para que o ruído de RF pudesse ser eliminado durante as operações do triac.

Como funciona

A ilustração a seguir mostra como um controle de fase proporcional ao tempo pode ser executado usando PWMs cronometrados:

1) A primeira forma de onda na figura acima mostra um sinal de fase CA normal de 50 Hz consistindo em um pico sinusoidal ascendente e descendente de 330 V positivo e pulsos negativos em relação à linha zero central. Essa linha zero central é denominada linha de cruzamento zero para os sinais de fase CA.

Pode-se esperar que o triac conduza o sinal mostrado continuamente se seu disparo DC de gate for contínuo, sem interrupções.

2) A segunda figura mostra como um triac pode ser forçado a conduzir apenas durante semiciclos positivos em resposta aos seus gatilhos de porta (PWM mostrado em vermelho) em cada cruzamento de zero positivo alternativo dos ciclos de fase. Isso resulta em um controle de fase de 50% .

3) A terceira figura mostra uma resposta idêntica em que os pulsos são cronometrados para produzir alternadamente a cada cruzamento zero negativo da fase CA, o que também resulta em um controle de fase de 50% para o triac e a carga.

No entanto, produzir esses PWMs cronometrados em diferentes nós de cruzamento zero calculados pode ser difícil e complexo, portanto, uma abordagem fácil para adquirir qualquer proporção desejada de controle de fase é empregar trens de pulsos cronometrados, conforme mostrado na 4ª figura acima.

4) Nesta figura, surtos de 4 PWMs podem ser vistos após cada ciclo de fase alternada que resulta em cerca de 30% de redução na operação do triac e o mesmo para a carga conectada.

Pode ser interessante notar que aqui os 3nos do meio dos pulsos são pulsos inúteis ou ineficazes porque após o primeiro pulso o triac é travado e, portanto, os 3 pulsos do meio não têm efeito sobre o triac, e o triac continua a conduzir até o próximo zero cruzando onde é disparado pelo 5º (último) pulso subsequente, permitindo que o triac seja ativado para o próximo ciclo negativo. Depois disso, assim que o seguinte cruzamento de zero é alcançado, a ausência de qualquer PWM adicional inibe o triac de conduzir e é desligado, até o próximo pulso no próximo cruzamento de zero que simplesmente repete o processo para o triac e suas operações de controle de fase .

Desta forma, outros trens de pulso PWM proporcionais ao tempo podem ser gerados para a porta triac de modo que diferentes medidas de controle de fase possam ser implementadas conforme a preferência.

Em um de nossos próximos artigos, aprenderemos sobre um circuito prático para alcançar o controle de fase triac discutido acima usando circuito PWM proporcional ao tempo