Vaya... desde mis años de estudiante que no volvía a recordar los DIMMERS!!! Le sugerí a un amigo que utilizara un PIC para construir uno.
-¿Un PIC? - Exclamó, abriendo los ojos.
Me dijo que le preocupaba la fuente de alimentación, porque tendría que ser de 5VDC y también que se necesitaría una fuente que sería muy grande.
Le sugerí un capacitor de un microfarad.
-¿Un capacitor? - Abrió más grandes los ojos.
Bueno, si quieres podrías controlar tu DIMMER con Infrarrojos
-¿Todo eso? - Respondió incrédulo.
Sí, y le puedes poner memoria para que al encender, siempre te dé la misma intensidad de luz.
-¡En mi clase me pidieron un control con LM741 y solamente necesito un dimmer!-
-Está bien... entiendo que un PIC es mucho..., pero un Ingeniero debe mantener la mente abierta y soñar un poco.
Presentamos un circuito de gran utilidad para el control de la intensidad luminosa de lámparas incandescentes: El DIMMER digital con PIC.
Este circuito, basado en el microcontrolador PIC12F675, puede ser controlado de manera remota mediante un control infrarrojo para aumentar o disminuir la intensidad, o bien encender o apagar una lámpara incandescente de hasta 200W en 127VCA.

Teoría de Operación

Este circuito está basado en el microcontrolador PIC12F675 y su función básicamente es controlar, mediante una interfase de potencia adecuada, la intensidad con la que brilla una lámpara incandescente, o bien controlar la potencia en una carga resistiva de CA. Utilizando comandos o instrucciones por medio de ondas de luz infrarroja enviadas por un control remoto, el microcontrolador tomará la acción de subir o bajar la intensidad, o bien prender o apagar la lámpara.

Etapa de Potencia

Primeramente hay que tomar en cuenta que la corriente alterna tiene una forma senoidal, con semiciclos positivos y negativos. El “truco”, detrás del control de potencia en esta aplicación, está en controlar la fracción o parte de cada semiciclo de la corriente alterna que se le aplica a la carga. Cuando conectamos una carga directamente al tomacorriente, ésta recibe la totalidad de CA por lo que opera a su máxima potencia. Por otro lado, si sólo se le aplica una fracción de cada semiciclo a la carga, ésta lo manifiesta como menos potencia disipada o lo que en una lámpara incandescente se manifestaría como menos intensidad de luz emitida.
Lo que nosotros vamos a hacer es recortar el tiempo al cual la carga es expuesta a cada semiciclo de la tensión de línea. Vea la figura 1.
Pensando en un dispositivo de potencia que pueda conducir la corriente en ambas fases de la corriente alterna y que pueda ser controlado por el PIC, nos viene a la mente el TRIAC. Este contiene dos rectificadores controlados de silicio (SCR) conectados entre sí con sus dos compuertas unidas. Para que el TRIAC conduzca la corriente, se requiere aplicar una señal de disparo a su compuerta. En esta aplicación dicha señal será controlada por el microcontrolador.
Observando la forma de onda del voltaje senoidal, se puede notar que la tensión cambia de dirección cada vez que cruza por cero Volts. En otras palabras, el cruce por cero es el inicio de una nueva fase, y es nuestro punto de referencia para controlar el disparo de la compuerta del TRIAC. Considerando que la frecuencia nominal de la corriente alterna es de 60Hz (50Hz en Argentina), el período de la señal es:

Luego, entonces, cada semiciclo dura 0.8333ms. Debemos fraccionar ese tiempo en intervalos determinados a partir del cruce por cero y enviar la señal de disparo al TRIAC cuando sea conveniente, dependiendo de la intensidad deseada.
Se preguntará el lector ¿cómo detectar el cruce por cero de la señal senoidal?, bien, los microcontroladores PIC tienen en sus entradas una circuitería de protección que consiste en dos diodos: uno conectado a VSS y otro a VDD. Observe la figura 2.
Gracias a estos diodos de protección es posible aplicar voltajes por encima de VDD o bien por debajo de VSS sin que la entrada se dañe.
Cuando el voltaje en la entrada sea mayor, el diodo conectado a VDD se polariza directamente y hace bajar el voltaje hacia VDD y se presenta una tensión en la entrada de VDD + 0.7V (si la tensión de entrada es mayor a 0.7V que VDD), lo cual es interpretado como un “1” lógico.
Por otro lado, cuando el voltaje de entrada sea menor a VSS, el diodo conectado a VSS se polariza directamente y “hace subir” el voltaje hacia VSS, presentando una tensión en la entrada de Vss-0.7V, lo cual se interpreta como cero lógico.
De esta manera, cualquier voltaje por encima de Vss será interpretado como “1” lógico y cualquier voltaje por debajo de Vss será interpretado como “0” lógico.
Hay que tomar en cuenta que los diodos de protección en las entradas de los PICs tienen sus limitaciones, por lo que si las tensiones en la entrada son muy grandes se debe conectar una resistencia externa en serie con la entrada para limitar la corriente.
En la presente aplicación requerimos detectar el cruce por cero del voltaje de línea. El voltaje de línea presenta voltajes muy por encima de Vdd y muy por debajo de Vss, estamos hablando de una tensión nominal de 220V ó 110V, contra los 5V de Vdd que requiere el PIC.
Eligiendo un valor de resistencia adecuada para conectarla en serie con la entrada del PIC, se puede aplicar la tensión de 127V AC a 60Hz a una de las entradas del PIC de forma segura sin dañarlo.
Probando mediante software de forma alternada la entrada, es decir cuando cambia de “0” a “1” lógico y “1” a “0” lógico podemos detectar el cruce por cero de la tensión de línea con cierto grado de precisión. ¿Qué tan preciso se preguntará el lector? Bueno, considerando que la tensión típica de línea tarda cerca de 30µs en pasar de 0V a 2V, que es el umbral de detección entre el cero y el uno lógico, podemos decir que tendremos un retardo de segundos en la detección del cruce por cero.
Considerando que la capacitancia típica de la entrada del PIC es de 5pF, y además sabemos que t = RC, con una resistencia de 6Mž o menos es adecuada para tener una detección precisa del cruce por cero.
Una resistencia de 5Mž limita la corriente a 36µA si se le aplica una tensión de 127V (suponiendo que ésa es la tensión de red), ya que (figura 3):

Esta corriente está dentro de los parámetros permitidos de seguridad para la entrada de los PICs.

La Fuente de Alimentación

Pensando en un diseño compacto y barato, la fuente de alimentación para este circuito no utiliza transformador. En la figura 4 vemos cómo se conforma la fuente de alimentación.
El circuito se alimenta directo de la línea de 120VCA. Un fusible entre tierra y el neutro protege al circuito contra una eventual descarga. Se recomienda conectar un varistor de 130V como supresor de transitorios entre el neutro y el vivo del tomacorriente (para una red de 110V, el doble para una red de 220V) para proteger la circuitería contra los picos de voltaje que se pudieran presentar. La resistencia R1 y el capacitor de 1µF limitan la corriente en el circuito, mientras que los diodos 1N4005 y el capacitor de 330µF rectifican y filtran la corriente para que el diodo zener pueda regular la tensión a 5.1V, necesarios para la alimentación del PIC.
La resistencia de 1M sirve para descargar el capacitor cuando el circuito se desconecta de la alimentación.

El Control

La parte de control se basa en el microcontrolador PIC16F675, que es un pequeño chip de 8 terminales y entre sus características se destacan las siguientes:
- Memoria de Programa de 1K
- Memoria Ram de 64 bytes
- Memoria EEPROM de 128 bytes
- 1 puerto de 6 pines para I/O
- Dos timers, uno de 8 bits y otro de16 bits
- Interrupción externa
- Convertidor Analógico-Digital de 10 bits y 4 canales
- Oscilador interno de 4MHz
Se eligió este microcontrolador por su bajo costo y altas prestaciones, además de que sólo se requieren tres terminales para controlar la presente aplicación.
Veamos el circuito de control en la figura 5.
El microcontrolador y el sensor infrarrojo se alimentan de los 5V suministrados por la fuente de alimentación sin transformador mostrada anteriormente.
El sensor infrarrojo recibe las señales de luz infrarroja moduladas a 38KHz, que es el estándar de la mayoría de los controles remoto comerciales, y las envía demoduladas al PIC, en términos de unos y ceros lógicos.
La señal proveniente del control remoto está codificada en pulsos, lo que significa que dependiendo la duración de un pulso es su valor de información, 1 o 0.
Vea la figura 6.
Dependiendo de la palabra binaria recibida, el microcontrolador toma una acción controlada por software que puede ser subir o bajar la intensidad, o bien encender y apagar la luz. Esto lo hace controlando la señal de disparo de la compuerta del TRIAC, que como se mencionó, dependiendo la porción de cada semiciclo de la tensión de línea que se le aplica a la lámpara, es la intensidad con la que ésta ilumina. El PIC está programado para que por el pin GP4 se controle la señal de disparo del TRIAC. Esto, como se puede apreciar, lo hace a través de una resistencia de 470 Ohm y un diodo de alta velocidad 1N4148.
El TRIAC puede ser el L4008L6 o bien el TIC206D.
La característica de este tipo de TRIACs, que permite la conexión no aislada con el PIC, es aquella que se le conoce como “gate sensitive” o compuerta sensible, con la cual es posible disparar el TRIAC con tensiones pequeñas. Se deben tomar las precauciones necesarias si se desea experimentar con este circuito, ya que se manejan tensiones elevadas.
Este circuito representa una forma barata y sencilla de implementar un DIMMER a control remoto. Este circuito puede funcionar con un control remoto de televisión estándar o bien puede fabricar uno propio para que no interfiera con otros aparatos. Esté pendiente, estimado lector, de próximos artículos donde trataremos sobre cómo fabricar un control remoto infrarrojo propio para el DIMMER digital con PIC.
En las figuras 7 y 8 vemos el aspecto del circuito impreso de nuestro proyecto.