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marzo 06, 2011

Componentes Electrónicos de Potencia: Triac y Opto-Triac

Figura 1. Triac
Un Triac (Triode for Alternative Current), es un SCR bi-direccional que se comporta como dos SCR en paralelo e invertidos, de tal manera que este dispositivo puede controlar corriente en cualquier dirección. Normalmente, tiene una tensión de ruptura alta y el procedimiento normal de hacer entrar en conducción a un Triac es a través de un pulso de disparo de puerta (positivo o negativo). Su símbolo y tipo de encapsulado se muestran en las figura 1 y 2. Este componente semiconductor de la familia de los tiristores, se diferencia de estos por ser bi-direccionales, por su parte los tiristores son uni-direccionales.
Figura 2. Símbolo
del Triac



Existen diversos tipos de triacs, con características eléctricas que los diferencias y que también suelen variar dependiendo del fabricante, para esto es muy útil apoyarnos en las hojas de datos (datasheets en idioma inglés) de cada componente.  En los siguientes enlaces puedes encontrar los datasheets de los triacs mas utilizados: BT136, BT138, MAC97-8, MAC224A4.

La versatilidad del Triac y la simplicidad de su uso le hace ideal para una amplia variedad de aplicaciones relacionadas con el control de corrientes alternas. Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales, que requieren siempre el movimiento de un contacto, siendo la principal la que se obtiene como consecuencia de que el Triac siempre se dispara cada medio ciclo cuando la corriente pasa por cero, con lo que se evitan los arcos y sobre tensiones derivadas de la conmutación de cargas inductivas que almacenan una determinada energía durante su funcionamiento.

Resumiendo, algunas características de los Triacs:
  • El Triac conmuta del modo de corte al modo de conducción cuando se inyecta corriente a la compuerta. Después del disparo la compuerta no posee control sobre el estado del Triac. Para apagar el Triac la corriente anódica debe reducirse por debajo del valor de la corriente de retención Ih.
  • La corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de temperatura y con el aumento de la tensión de bloqueo.
  • La aplicación de los Triacs, a diferencia de los tiristores, se encuentra básicamente en la corriente alterna. Su curva característica refleja un funcionamiento muy parecido al del tiristor apareciendo en el primer y tercer cuadrante del sistema de ejes. Esto es debido a su bi-direccionalidad. 
  • La principal utilidad de los Triacs es como regulador de potencia entregada a una carga, en corriente alterna.
Triacs con acoplado óptico (opto-acoplador triacs)

Figura 03. Símbolo de
un opto-triac.
Los triacs acoplados de manera óptica, combinan un diodo emisor de luz infrarrojo (IRLED) con un foto-triac (foto-detector sensible a la luz) dentro de un mismo encapsulado, la figura 3 muestra su composición interna. Al no existir conexión eléctrica entre la entrada y la salida, el acoplo es uni-direccional (IRLED al foto-TRIAC) y permite un aislamiento eléctrico entre ambos dispositivos de hasta 7500V (typ), por esta razón también son llamados opto-aisladores, ya que permiten aislar dos etapas diferentes de un circuito electrónico. Además, algunos foto-Triac incluyen un circuito de detección de paso por cero que permite sincronizar señales de la red eléctrica con señales de control del IRLED para ajustar el ángulo de conducción. Así que estaríamos haciendo referencia a dos tipos de triacs de acoplamiento óptico: El opto-triac y el opto-triac de paso por zero. Están diseñados para crear una interfaz entre controles electrónicos y componentes de potencia, en este caso un triac para el control de cargas resistivas e inductivas de operaciones que se necesiten voltajes de corrientes alternas.
Figura 04. Opto-acoplador.  


Como ejemplo de estos circuitos se encuentran: el MOC3010 que necesita una corriente en el LED de 15mA para disparar el foto-Triac ó el MOC3020 que requiere un poco mas 30mA, todo depende de las características del componente a utilizar. Cuando el LED esta apagado, el foto-Triac esta bloqueado conduciendo una pequeña corriente de fuga denominada Idrm (peak-blocking current). Cuando el diodo conduce, dispara el foto-Triac circulando de esta forma entre 100 mA y 1A. Al no ser un dispositivo que soporte grandes niveles de potencia, el propio foto-Triac en muchos casos actúa sobre el control de un Triac de mucho mayor potencia. Este opto-acoplador / opto-aislador se presenta en un encapsulado tipo DIP de seis pin de conexión, su configuración la puedes encontrar en los datasheets correspondientes a cada componente electrónico.
Cada opto-acoplador/aislador se diferencian y ofrecen distintas características eléctricas dependiendo de la etapa de salida que presente.

Diferencia entre un triac y un opto-triac
El triac es un dispositivo utilizado para controlar corrientes alternas (es muy común su uso como interruptor), en cambio un opto-triac es un dispositivo empleado para acoplar/aislar una etapa del circuito electrónico de bajo consumo a otra etapa de potencia, de esta manera podemos trabajar con entradas del orden de las característica eléctricas de un IRLED y obtener salidas de mucho mayor amperaje y voltaje para el funcionamiento de lo que se quiera controlar, todo depende de lo que queramos realizar y las características del circuito que estamos diseñando. (Revisar Hojas de datos)

¿Se puede sustituir un opto-triac por un opto-acoplador común en un circuito eléctrico?
Existen diferentes tipos de opto-acopladores, entre ellos encontramos: opto-transistor, opto-triac, opto-triac de paso por zero y el opto-tiristor. Todos ellos difieren en su etapa de salida por la cantidad de voltaje y corriente que son capaces de controlar. La sustitución de unos de estos componentes por otro va a depender de sus características eléctricas. Por ejemplo: Un foto-transistor es comúnmente utilizado en detección de redes de corriente alterna, control de motores entre otras aplicaciones. Por su parte un opto-triac tiene aplicación en control industrial, luces de trafico, relay de estado solido, válvulas de control/solenoides, control de motores. Para realizar una posible sustitución de estos componentes habría que evaluar si esto cumple con los requerimientos de diseño y un posible cambio en el circuito posterior a la salida del opto-acoplador, recordemos que el objetivo a controlar no suele conectarse directamente a la etapa de salida se necesita de otros componentes para acondicionar el circuito para un funcionamiento optimo.      

Ventajas de los opto-acopladores: 
Los opto-acopladores en general presentan las siguientes ventajas:
  1. Excelente aislamiento cerca de 1011 Ω en paralelo con 1 pF.
  2. Buena linealidad entre corriente de entrada y de salida
  3. Compatible con transistores y circuitos lógicos
  4. Alta velocidad.
  5. Larga vida.
  6. Resistente a la vibración.
  7. Alta razón de transferencia de corriente. 
Breve resumen de su historia
Aunque sus inicios datan de años anteriores, fue en 1975 que el primer acoplador con un IRLED mostró un tiempo de vida media de cuatro millones de horas a 55 °C. Luego la confiabilidad incrementó a seis millones de horas en 1981.
El progreso desde entonces ha incrementado la confiabilidad, ha reducido los costos de fabricación, comprimido los tamaños y anulando la degradación CTR (Current Transfer Ratio). 

Fuentes y enlaces de interés externos
Tiristores y Opto-acopladores. - Enlace: https://goo.gl/evSUGW
AllDatasheet.com - Enlace: https://goo.gl/roQJoe
Opto-acopladores. - Enlace: https://goo.gl/sDg7lx

7 comentarios:

Anónimo dijo...

buenisimo el aporte

Anónimo dijo...

Esta muy bien hecha la pagina, y me explico de forma sencilla la funcionalidad de este dispositivo.

Pedro Javier Rodríguez Ruiz dijo...

Te lo has currado Gissell, Gracias por facilitar un poco mas las cosas.. gracias apañada!!

fernando perdomo dijo...

Buen material muchas gracias.

nemeziz dijo...

me haz aclarado varias dudas excelente

Anónimo dijo...

Muchas gracias, es un aporte muy valioso

Efraim Raizer dijo...

Olá. Posso substituir um optoacoplador fototriac por um optoacoplador comum? Grato. Efraim.

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