Esta nota de aplicación describe un control de rango eléctrico de bajo costo usando TRIAC. Este documento describe el funcionamiento de los termostatos mecánicos y el funcionamiento de los triacs. Este documento técnico también analiza la activación de TRIAC, el control de fase, la conmutación de cruce por cero y las consideraciones de ruido.
prólogo
La mayoría de los utensilios de cocina de mostrador, como cocinas eléctricas, sartenes y freidoras, tienen termostatos mecánicos ajustables para variar la salida de calor de la cocina. Aunque esta solución es económica, los termostatos mecánicos tienen algunos inconvenientes.
- Los termostatos mecánicos deben calibrarse en fábrica.
- Tienen un bajo rendimiento de cocción a fuego lento (el control no es preciso a bajas temperaturas).
- Estos dispositivos tienen baja precisión.
- Las piezas mecánicas se desgastan con el tiempo.
Esta nota de aplicación describe una alternativa de bajo costo basada en microcontroladores a los termostatos mecánicos que supera estos inconvenientes. La implementación de esta solución utiliza el PIC10F204, un microcontrolador PICmicro® de 6 pines (paquete SOT-23) de Microchip. El PICmicro recopila la entrada del usuario de un potenciómetro y controla la corriente al elemento calefactor a través de un triac. Esta nota de aplicación explica la teoría TRIAC. Por lo tanto, también es útil como referencia para otras aplicaciones que se conectan a la línea de CA, como interruptores de luz, aspiradoras y otros electrodomésticos. La alimentación del PICmicro se suministra directamente desde la línea de CA a través de una fuente de alimentación resistiva.
En comparación con los termostatos mecánicos, la solución PIC10F204 ofrece flexibilidad de diseño, incluida la adición de funciones fáciles de usar. Dos de estas funciones se incorporan a la solución PICmicro que se describe aquí. Estas funciones son (1) un LED de estado para indicar cuándo la cocina está encendida o apagada y (2) un apagado automático. Una función de apagado automático aumenta la seguridad al apagar la estufa después de 2 horas si no se atiende.
Funcionamiento de un termostato mecánico
Una estufa eléctrica produce calor al aplicar voltaje de línea de CA a un elemento de calentamiento resistivo. Un termostato mecánico ajustable en serie con el elemento calefactor tiene un dial giratorio que establece la cantidad de corriente al elemento. El termostato mecánico que se muestra en la Figura 1 tiene un conjunto complejo de lengüetas, espaciadores y contactos de metal que trabajan juntos para conectar y desconectar la energía de acuerdo con la configuración de un dial giratorio. La siguiente secuencia de eventos muestra el comportamiento de un termostato mecánico cuando el dial se gira a medio camino entre apagado y encendido total.
- El contacto se realiza entre dos terminales del interruptor.
- El material resistivo del interruptor calienta los componentes del interruptor y hace que se expandan.
- El material intumescente separa los contactos y el interruptor deja de conducir corriente.
- A continuación, los elementos se enfrían hasta que vuelven a estar en contacto.
Según la posición del dial, el interruptor repetirá esta secuencia más o menos. Los interruptores permiten un control infinito, pero no existe un estándar claro. Como resultado, la conmutación no es muy precisa. Los interruptores están constantemente sujetos a cambios térmicos y, a menudo, se arquean entre los contactos si el dial no está en una posición absoluta (apagado o completamente encendido). Estas tensiones afectan la confiabilidad del interruptor.