Optoelectronica

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Acoplamiento óptico
entre un sistema digital y una etapa de potencia

1. Introducción
2. Utilización de opto acopladores
3. Ejemplo de cálculo de una carga según el triac seleccionado
4. Conclusión
5. Bibliografía

INTRODUCCIÓN
Muchos sistemas digitales controlan a otros sistemas o realizan funciones de control tales que deben ser interconectados a una etapa demanejo de potencia, con base en TIRISTORES (triacs, SCR, etc.) para actuar sobre cargas resistivas o inductivas en sistemas de iluminación, o en procesos industriales o en control de velocidad de motores, entre otros.
El manejo de potencia, es decir la manipulación de altas corrientes, de hasta varios centenares de amperios, implica el tener consideraciones de seguridad eléctrica para losoperarios y de protección para el sistema digital.
Es deseable que la interconexión entre ambas etapas (la digital y la de potencia) se haga por un medio de acoplamiento que permita aislar eléctricamente los dos sistemas. Esto se puede lograr con los dispositivos llamados OPTOACOPLADORES, mediante los cuales se obtiene un acoplamiento óptico y, al mismo tiempo, un aislamiento eléctrico. Por ellotambién se les conoce como OPTOAISLADORES. El acoplamiento se efectúa en el rango del espectro infra-rojo a partir de dispositivos emisores de luz, usualmente IRED (infra-rojo) LEDs (diodos emisores de luz), actuando como emisores y utilizando dispositivos detectores de luz (optodetectores), actuando como receptores.
La razón fundamental para llevar a cabo acoplamiento óptico y aislamientoeléctrico es por protección de la etapa o sistema digital ya que si ocurre un corto en la etapa de potencia, o cualquier otro tipo de anomalía eléctrica, el OPTOACOPLADOR protege toda la circuitería digital de control. El sistema digital puede variar entre un sistema discreto o un sistema de mayor integración (en escalas SSI, MSI, VLI o VLSI) o un sistema integrado programable a nivel de memorias(EPROM o EEPROM) o a nivel de dispositivos programables “inteligentes” (microprocesadores, microcontroladores, dispositivos lógicos programables, arreglos lógicos programables, controladores lógicos programables o computadores).

UTILIZACIÓN DE OPTO ACOPLADORES
Veamos a continuación algunos dispositivos OPTOAISLADORES, extraídos del manual de reemplazos ECG (para dispositivos semiconductores), endonde se pueden apreciar varias tipos de elementos de OPTOACOPLAMIENTO: por fototransistor, fotodarlington, fotoSCR, fotoTRIAC, fotoFET, etc. Todos ellos se estudian en la teoría de la optoelectrónica con dispositivos semiconductores basados en Silicio (Si) o Germanio (Ge).




Trabajaremos, a manera de ejemplo, con el OPTOACOPLADOR MOC 3011 (o MOC 3010) que corresponde al caso ECG 3047 (o3048) de los diagramas anteriores. La siguiente es la distribución de pines del circuito integrado (IC) optoaclopador seleccionado. NC significa que este pin o patilla no se conecta.



Configuración de pines

El siguiente es el diagrama de bloques general para la conexión de un sistema digital a una etapa de potencia mediante el uso de un optoaclopador.



Diagrama de bloques parainterconexión de un sistema digital y un sistema de potencia

Continuando con el ejemplo, como sistema de potencia vamos a trabajar con un sistema de iluminación (carga resistiva) cuya potencia es manejada por un TRIAC. En lo que sigue, se expondrán las configuraciones estándar empleadas para hacer acoplamiento óptico entre sistemas digitales y etapas de potencia. El montaje requerido se seleccionade acuerdo con las necesidades del sistema.

MONTAJE ESTÁNDAR BÁSICO (CON LOGICA DIGITAL POSITIVA)




MONTAJE SI LA LÓGICA DIGITAL ES NEGATIVA.


MONTAJE PARA ASEGURAR DISPARO Y PERMITIR MONITOREO ADICIONAL DE LA SALIDA




En ocasiones hay dificultades por problemas de corriente para disparar el TRIAC, en cuyo caso una solución alterna sería con un transformador de IMPULSOS o...