Comienza el tema poniendo como ejemplo el circuito que se muestra en la figura 1. Aquí puedes ver que si llegaras a conectar una fuente y una carga en serie con el capacitor, la resistencia del potenciómetro va a alimentar con corriente al capacitor y va a irlo cargando hasta que active el tiristor, el tiempo que tarde dependerá del valor que se le dé al potenciómetro.

Este esquema funciona muy bien en situaciones de valores bajos de voltajes y corrientes. Sin embargo si la fuente que conectaras en serie tuviera un valor de cientos o miles de Volts, maniobrar manualmente este potenciómetro no sería posible, este es el caso de un convertidor electrónico de potencia. Del mismo modo, no existen controladores o circuitos integrados que soporten estos niveles de tensión, ya que generalmente estos se manejan en niveles de hasta 15V, en comparación con los cientos de Volts que ya se mencionaron.

Es por esto que se necesita que exista una aislación que permita separar la parte de control donde se manejen valores que soporten los circuitos necesarios (mA y valores bajos de Volts) y la parte de potencia donde se estarán trabajando con niveles de voltaje y corriente necesarios para la aplicación en desarrollo.

El primer aislador utilizado fue el transformador, en la figura 2 se muestra su estructura general donde se tienen dos embobinados de N₁ y N₂ vueltas rodeando un núcleo.

Entonces, si conectas una fuente de corriente alterna del lado izquierdo del transformador como la que proporciona CFE y la mandas a tierra vas a ver que la corriente que circula por la bobina va a ser senoidal, esto va a producir un flujo sobre el núcleo con la misma forma y al final reflejará un voltaje de la misma forma en el extremo de la derecha, como recordatorio cabe señalar que la amplitud que presente el voltaje en el lado derecho dependerá de la relación de vueltas entre N₁ y N₂.

Es importante mencionar que el flujo producido se debe a la variación de la corriente del lado izquierdo, pues si se le conectara una fuente de corriente directa no habría ningún cambio en el otro extremo. La región de operación del transformador se observa en la gráfica de la figura 3, aquí observa la parte donde tiene una pendiente lineal, en caso de que se sobrepasara esta parte la corriente que demanda deja de ser senoidal además de que presenta un valor que tiende hacia infinito.

Habiendo entendido la explicación general, puedes concluir que la referencia de la señal utilizada en el extremo izquierdo no tiene ninguna relación con la que se quiera utilizar en el extremo derecho, ya que su unión existe debido al flujo magnético en el núcleo, no a una conexión directa. Por lo que regresando a la conexión con CFE, se podría tocar una punta del extremo derecho sin problemas pues no tienen referencia con las del izquierdo (no las dos porque cerrarías el circuito).

Es necesario tomar en cuenta que generalmente los pulsos que se mandan son digitales, por lo que en ocasiones es necesario enviar una serie de pulsos para que exista el flujo necesario en el núcleo que mantenga la corriente o voltaje requerido en el otro extremo del transformador que accione el dispositivo de potencia utilizado. Es por este último comentario que los transformadores utilizados como aislamiento galvánico se les llaman transformadores de pulso.

Los transformadores de pulso fueron generalmente utilizados por mucho tiempo hasta que aparecieron dispositivos que utilizaban la emisión y recepción de luz para separar las partes de control y potencia, su nombre reside que son utilizados como dispositivos aisladores con una acoplamiento óptico.

En las siguientes figuras puedes observar el diagrama esquemático de dos componentes comúnmente utilizados como aislación galvánica, en la figura 4 tienes el modelo 4N25 y en la figura 5 el MOC3011, cabe mencionar que no todas las conexiones son utilizadas, como la tercera en el 4N25, que está marcada como NC.

El 4N25 está conformado por un diodo emisor de luz conectado ópticamente a un fototransistor, de manera que cuando se manda la señal necesaria del circuito de control, el led se activa y envía la señal a la base del transistor. De la misma manera, en el MOC3011 se tiene un diodo que envía la señal a un TRIAC cuya compuerta es excitada ópticamente. Estos elementos presentan una mayor ventaja en comparación con el transformador de pulsos pues pueden mantener el pulso de la señal de control y mantenerla para controlar la parte de potencia. Ambos componentes presentan las mismas características que un transistor o TRIAC común, es por esto que tienen diferentes usos dado el elemento que manejan y la aplicación que tengan.

Existen algunas configuraciones más complejas como el caso del controlador IRR2112 cuya función es flotar los pulsos de salida, su uso es más común en el caso de inversores donde se tienen elementos en serie y por lo tanto algunas de las entradas necesitan diferentes referencias, más adelante se observará su uso en la práctica.

La última opción es utilizar fibra óptica y, como se vio en el caso anterior, utilizar luz para mandar la señal de control, la diferencia radica en que el emisor de la señal puede estar en una tarjeta en cierta parte del convertidor y la señal puede viajar una distancia considerable gracias a su característica de comportamiento hasta otra parte donde el receptor se encuentre junto con la parte de potencia.

A continuación se utilizará un circuito sencillo para explicar el funcionamiento de los optoacopladores. En la figura 6 se tiene la interface para el control de un TRIAC, al LED llega una señal de control que debe de tener la corriente necesaria para que este pueda conducir, cuando esto sucede emite la iluminación que activa el TRIAC y permite que conduzca.

Figura 6
Fuente: Mohan, N. (2009). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño. (3ª ed.). México: McGraw-Hill.

Ahora, en el lado de potencia se maneja una cantidad de corriente suficiente como para poder quemar el componente, sin embargo, como del lado de potencia generalmente se utiliza corriente alterna, en el momento que el TRIAC de la interface de potencia se activa, corre corriente para activar el TRIAC de potencia hasta que este conduce y una vez que esto suceda la corriente deja de pasar por la resistencia.

Existe una gran cantidad de circuitos de disparo, que presentan diferentes configuraciones, pero es de suma importancia entender los fundamentos en cuanto a los circuitos utilizados y la naturaleza del componente utilizado como aislación ya que el no tomar en cuenta una característica del mismo puede provocar que los convertidores electrónicos puedan fallar incluso cuando ya se producen de manera masiva. Además, es de suma importancia entender los conceptos referentes a los elementos básicos de los circuitos como capacitores e inductancias, ya que en muchas ocasiones ocupan un papel importante en el control de un convertidor.

En este tema se pudo definir el concepto de aislación galvánica y su necesidad para establecer la conexión entre la etapa de control y la de potencia. Además de definir dos tipos de componentes que cumplen con esta función, como lo es el transformador y el optoacoplador; estos elementos pueden ser observados comúnmente en cualquier tipo de convertidor a analizar, además se mencionan las características necesarias en la implementación de cada uno de los elementos en un convertidor electrónico.

Revisa a continuación el Checkpoint: