para iluminaciÓn” - web en proceso de mantenimiento

Asignatura:

“SISTEMAS ELECTRÓNICOS

PARA ILUMINACIÓN”

Universidad de Oviedo - Tecnología Electrónica

CONVERTIDORES PARA ILUMINACIÓN:

INVERSORES NO RESONANTES PARA LA ALIMENTACIÓN

DE LÁMPARAS DE DESCARGA

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

ÍndiceÍndice

1.- Introducción: planteamiento

2.- Aspectos de las lámparas a considerar en el diseño

- Cebado

- Calentamiento

- Régimen permanente

3.- Circuitos de alimentación: soluciones no resonantes

4.- Inversores de un interruptor

5.- Normalización y proceso de diseño de inversores tipo I

6.- Aplicación práctica: ejemplo de diseño

7.- Aplicación práctica: ejemplos de resultados:

comparación entre simulación y resultados experimentales

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Planteamiento básicoPlanteamiento

Fuente

(Batería o

BUS DC)

Lámpara

fluorescente

Caracterización de

la fuente primaria

Caracterización

de la lámparaEspecificaciones

del balasto

CIRCUITO

DE

BALASTO

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Fuentes primarias típicas: baterías

Curva de descarga típica

de una batería de Ni-Cd

Tensión en la

batería

Tiempo

• La tensión es casi constante

• Zonas I y III (Inicio- Fin de la

descarga):

Variación máxima:+/- 15%

• Zona II (Zona de trabajo típica):

Variación de +/- 5%

• Zona IV (Descarga profunda):

No permitida

Principales características

Conclusión: típica variacion a considerar de un +/-10%

ZONA I ZONA III

ZONA II

ZONA IV

110%

90%

100%

Planteamiento

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Fuentes primarias típicas: bus de continua

Principales características

Conclusión: máxima variacion a considerar de un +/-10%

Planteamiento

- Se genera a partir de la red de distribución. Posibilidades:

Tensión de bus no regulada

• Variación proporcional a la

tensión de distribución.

• Típico: +/-10% de variación,

más rizado

• Circuitos sin PFC activo y

baja potencia

Tensión de bus regulada

(o casi constante)

• Variación de tensión mínima

• Circuitos con PFC activo, de

cualquier potencia

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

ÍndiceÍndice



- Cebado

- Calentamiento

- Regimen permanente







UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Caracterización de fluorescentes como carga

Caracterización de lámparas

Zonas de funcionamiento: régimen permanente, fase de

cebado y fase de calentamiento

- Dispersión de características

- Funcionamiento a alta frecuencia

- Influencia de usar forma de onda

cuadrada o cuasi-cuadrada y no

senoidal o cuasi-senoidal

Régimen permanente

Fases de calentamiento

y cebado

- Esfuerzos adicionales

- Duración

Aspectos a considerar

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Relación entre

características eléctricas y fotométricas

9Potencia (W)

600

Flu

jo lu

min

os

o

(lm

)

100

Alta frecuenciaBaja frecuencia

1

Relación casi lineal

Varía según la lámpara

Depende de la frecuencia


Control de luminosidad = Control de potencia entregada

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Tensión y corriente en régimen permanente y

a alta frecuencia (>20kHz)

Tensión

Corriente


Eje X: tensión

Eje Y: corriente

RV

IRESISTENCIA EQUIVALENTE:

ALTA

FRECUENCIA

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Resistencia a alta frecuencia

Eje X: Tensión Eje Y: Corriente

2 90

Resis

ten

cia

eq

uiv

ale

nte

(W

)

P= 1W

P= 3W

P= 6W

P= 9W

P= 10W

3000

Potencia (W)

Característica R=R(P)


UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Valor de la resistencia a alta frecuencia

2 90

Resis

ten

cia

eq

uiv

ale

nte

(W

)

3000

Potencia (W)

Aproximaciones


Múltiples medidas

Correlación óptimaR A e BP

Dos medidas

Error: 12-15% R

A

PB

Tres medidas

Error: 5%R

A

PBC

Múltiples medidas

Correlación óptimaR A e BP

Tres medidas

Error: 5%R

A

PBC

Ajuste mediante DOS medidas

Error aproximado: 12-15%

Ajuste: potencia 100% y 25%R

A

PB

Aproximaciones

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Resistencia a alta frecuencia: tolerancia


500 2500

2

10

RA

PB

Usaremos la aproximación más simple

Variación típica: +/- 20%

(en régimen permanente)

Y una tolerancia del 20%

Error semejante para

todas las aproximaciones

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Influencia de la forma de onda (1)


Forma de onda cuadrada Forma de onda senoidal

Tensión Corriente

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Influencia de la forma de onda (2)

Forma de onda cuadrada Forma de onda senoidal

P= 4W

Eje X: tensión Eje Y: corriente

P= 9WP= 7W

P= 5W

P= 4W

P= 9WP= 7W

P= 5W

Conclusión:

A alta frecuencia la

forma de onda NO AFECTA

al valor de R equivalente


UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Proceso de calentamiento


0 500

0.8

1.4

Tiempo (s)

Resis

ten

cia

eq

uiv

ale

nte

(p

.u.)

0 500

0.6

1.2

Tiempo (s)

Flu

jo lu

min

oso

(p

.u.)

Compactas

Rectas

- Variación de Req máxima en torno a 40%). Típica del 20%

- Duración de la fase de calentamiento:

a) Estabilización del flujo luminoso: 1 a 2 minutos

b) Estabilización de características eléctricas: 4 a 6 minutos

Conclusiones

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Tensiones de cebado


Resultados similares en todo tipo de

lámparas fluorescentes

Tensión de cebado: entre 6 y

10 veces la tensión nominal

La relación entre tensión de cebado y

nominal disminuye al subir la potencia

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Resumen de conclusiones para el diseño

- La lámpara presenta alta impedancia

- Tensión de cebado elevadaEncendido


Régimen

permanente

Potencia

Resistencia

equivalente

Potencia

nominalCaracterística

nominal

Media

potencia

- Característica Potencia-Resistencia

Calentamiento

Envejecimiento

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

ÍndiceÍndice



- Cebado

- Calentamiento








UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Resumen de condicionantes

• Potencia relativamente baja

• Se necesita un circuito elevador, generalmente

• En vacío, debe proporcionar tensión suficiente para el cebado

• Recomendable alimentar la lámpara con corriente alterna

• Debe controlarse la potencia de la lámpara

• Recomendable caldear los filamentos antes del cebado

• El circuito debe ser simple

• No es necesario el aislamiento galvánico

Circuitos de alimentación

Inversor, elevador,

y mínimo

número de elementos

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Aspectos del circuito a considerar

Circuitos de alimentación

Batería

LámparaETAPA DE

POTENCIA

Etapa de potencia

• Carácter inversor

• Carácter elevador

• Tensión de cebado

• Regulación frente a la entrada

• Regulación frente a la carga

• Control de la potencia entregada

• Otros (protecciones, etc.)

CIRCUITO DE

CONTROL

Control

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Topologías usadas para alimentar lámparas

Dos

interruptores

1) Push-pull alimentado en tensión

2) Push-pull alimentado en corriente

3) Medio puente

4) Medio puente asimétrico

5) Medio puente alimentado en corriente

Normalmente

resonantes

- LC serie

- LC paralelo

- LCC paralelo

Un interruptor - Convertidor elevador (no inversor)

- Convertidor de retroceso(no inversor)

- Clase E

Etapa de potencia

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Topologías no resonantes de dos

interruptores propuestas

1) Push-pull alimentado en tensión - formas de onda D<0,5

Etapa de potencia

t

<<

<<

uC1

uC2 t

t

t

iLM

uR

LM

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO



1.b) Push-pull alimentado en tensión con condensador de

balasto - formas de onda D<0,5

Etapa de potencia

t

<<

<<

uC1

uC2 t

t

t

iLM

uR

LM

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO



Etapa de potencia

2) Push-pull alimentado en corriente - formas de onda

i

L

t

uR

t

<<

i

uR

L

LM

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO



3) Medio puente - Formas de onda D<0,5

Etapa de potencia

t

t

t

t

<<

<<

u C1

u C2

i LM

u R

LM

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO




Etapa de potencia

Sin transformador Con transformador

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO



5) Medio puente elevador o

“Doble elevador” alimentado en corriente

Etapa de potencia

t

t

t

uC1

uC2

uR

<<

<

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

ÍndiceÍndice



- Cebado

- Calentamiento








UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Topologías usadas para alimentar lámparas

Dos

interruptores

1) Push-pull alimentado en tensión

2) Push-pull alimentado en corriente

3) Medio puente


5) “Doble elevador” alimentado en corriente

Normalmente

resonantes

- LC serie

- LC paralelo

- LCC paralelo

Un interruptor - Convertidor elevador (no inversor)

- Convertidor de retroceso(no inversor)

- Clase E

Etapa de potencia

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Inversores no resonantes con un interruptor

Una bobina, Un interruptor Un magnético, Un interruptor

+

CIRCUITO

ELECTRÓNICO

1 Interruptor

1 Magnético

PLANTEAMIENTO

Etapa de potencia

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Topologías de una bobina + un interruptorElevador

tiempouR

Req

uR

No es realmente inversor

Reductor-elevador

tiempouR

Req

uR

No permite adaptar tensión

Válido

Etapa de potencia

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Topologías de un magnético + un interruptor

Inversor de retroceso

Req

uR

tiempouR

Inversores con bobinas

con tomas

31

2

BOBINA

CON TOMA

MEDIA

E S

1 3

2

1 3

2

1 3

2

OPCIONES

Etapa de potencia

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO


Inversores con bobinas con tomas directas (BT-D)

RT

N1 N2 N1

N2

RT

N1

N2

RT

Topología BT2 Topología BT3

RT

N1 N2 N1

N2

RT

Topología BT1

Topología BT4

RT

N1N2

Topología BT5 Topología BT6

Etapa de potencia

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO


Inversores con bobinas con tomas:

Cambio de terminales correspondientes:

Topologías Directas (D) e Inversas (I)

RT

N1N2

Topología BT5D

RT

N1N2

Topología BT5I

TOPOLOGÍAS INVERSAS: NO SON BOBINAS CON TOMA

MEDIA, pero CONSTRUCTIVAMENTE SON IGUALES

EJEMPLO:

Etapa de potencia

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Tensión

Tiempo

Tensión

Tiempo

Tensión

Tiempo

Tensión

Tiempo

INVERSOR

TIPO 1

DEVOLUCIÓN

DE ENERGÍA

Etapa de potencia

INVERSOR

TIPO 2

NO

INVERSOR

Tensión en la lámpara en las

topologías con bobinas con tomas

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

NO

NO

NO

NO

NO

NO

NO

NO

NO

SI

SI

NO

NO

NO

Topologías posibles: 1 magnético+1 interruptor

TOPOLOGÍA

Elevador

Reductor-elevador

Inversor de Retroceso

BT1 - D, BT1- I (BT1)

BT2 - D

BT2 - I

BT3 - D

BT3 - I

BT4 - D

BT4 - I

BT5 - D

BT5 - I

BT6 - D

BT6 - I

¿ELEVADOR?

SI

SI

SI

SI

SI

SI

NO

SI

SI

SI

SI

SI

SI

SI

¿INVERSOR?

NO

SI

SI

SI

SI

SI

SI

SI

SI

SI

SI

SI

NO

SI

FINAL¿DEVUELVE

ENERGÍA?

Etapa de potencia

N1

N2

RT

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

¿Qué inversores utilizar?

Análisis de inversores

Tensión

Tiempo

Tensión

Tiempo

TIPO 1: La tensión tiende a anularse

TIPO 2: La tensión tiende a igualarse a la de la “batería”

Circuitos DIFERENTES para cada inversor, pero para cada tipo, UNA

ADECUADA ELECCIÓN DE LAS VARIABLES permite UN ANÁLISIS ÚNICO

INVERSOR

TIPO 1TIPOS DE

FORMAS DE

ONDA EN LA

LÁMPARA:

INVERSOR

TIPO 2

- Nos centraremos en el TIPO 1, que permite reducir y elevar tensión

- El análisis es el mismo que el del inversor de retroceso

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

El problema del caldeo de filamentos

Con caldeo de

filamentos: óptimo

Etapa de potencia

Formas de trabajar: Ejemplo con el reductor-elevador

Sin caldeo - abiertos Sin caldeo – en corto

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO


Inversores con bobinas con tomas: posibilidades de caldeo

Reductor-elevador Inversor BT3Elevador

Etapa de potencia

Inversor BT6 Otros, devanado(s) auxiliar(es). Ejemplo: BT3I

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

iS(t) iR(t)

iM(t)RT

uR(t)

LM uS(t)

nuE

iR(t)

LM

uS(t) iM(t)RT

uR(t)

uE

iE(t)=iP(t)= iT(t)

uP(t)

iS(t)

uT(t)

Reducción al secundario

uE n·uE

Estudio en régimen permanente

Análisis del inversor de retroceso

iS(t) jR(t)

iM(t)RT

uR(t)LM uS(t)nuE

Otras topologías similares (Tipo 1: BT, BT

- Se reduce al lado de la lámpara de igual forma

- El circuito siempre es igual, aunque varía el “concepto”

de relación de transformación n

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

iS(t) iR(t)

iM(t)RT

uR(t)

LM uS(t)

nuE

iR(t)

LM

uS(t) iM(t)RT

uR(t)

uE

iE(t)=iP(t)= iT(t)

uP(t)

iS(t)

uT(t)

Circuito a analizar y notación

Estudio en régimen permanente


iS(t) jR(t)

iM(t)RT

uR(t)LM uS(t)nuE

iS(t)=0 iR(t)

jM(t) RT

uR(t)LM uS(t)

Intervalos

Intervalo : DT < t <TIntervalo: 0< t < DT

n·uE

D=Ciclo de

trabajo

T=Periodo

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Estudio del régimen permanente


tL

un)0(i)t(i

M

EMM

iS(t) jR(t)

iM(t)RT

uR(t)LM uS(t)nuE

iS(t)=0 iR(t)

RT

uR(t)LM uS(t)

Intervalos

Intervalo: DT < t <TIntervalo: 0< t < DT

jM(t)

ER un)t(u

T

M

R

L

TDt

MM e)TD(i)t(i

TDL

un)0(i)TD(i

M

EMM

TDt En

)t(iR)t(u MTR

[1]

Tt En

)0(ie)TD(i)T(i M

R

L

TDT

MMT

M

[2]

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO



Intervalos

Sustituyendo [1] en [2]:

T

M

T

M

R

L

TDT

R

L

TDT

M

E

M

e1

eTDL

un

)0(i

)0(ieTDL

un)0(i)T(i M

R

L

TDT

M

EMM

T

M

Finalmente, con este valor se obtienen de forma inmediata

las evoluciones en todos los elementos del circuito

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO



Resumiendo:n

uE

LM

RT

D

T

Condición de

régimen

permanente

iM,iR,iSuR,uT

Elementos del

circuito

Parámetros de

control

uR-RMS,

iR-RMS

Potencia

Problema: Habría que ajustar valores

de los elementos del circuito, y de los

parámetros de control para conseguir

proporcionar la potencia correcta

Tubo

InversorP

RT

Estudio Normalizado: permite un estudio “independiente” de valores

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

ÍndiceÍndice



- Cebado

- Calentamiento








UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Normalización de característica de lámpara


Observación: la forma de las curvas potencia-resistencia es similar

Proceso de normalización

POTENCIA NOMINAL: Dato del fabricante

RESISTENCIA NOMINAL: Ensayos (varias lámparas)BASE DE

NORMALIZACIÓN

OBTENCIÓN DE LAS CURVAS NORMALIZADAS

Y DE LA VARIACIÓN DE UN +/-20%

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO


Característica normalizada

(Ejemplo con lámparas rectas de baja potencia)

0 10Resistencia (p.u.)0

1

Po

ten

cia

(p

.u.)

Lámpara de 8W

Lámpara de 13W

Lámpara de 6W

Lámpara de 8W

Lámpara de 13W

Aproximación:

25,1P

25,2Req

Error introducido <5%

El comportamiento

NORMALIZADO es casi igual

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO


Potencia base PBASE= PTN (la potencia deseada en la lámpara)

Impedancia base ZBASE= RTN (la resistencia a la potencia anterior)

Inductancia base LBASE= LM (magnetizante, del lado de la lámpara)

VALORES BASE PRINCIPALES

VALORES BASE DERIVADOS

BASEBASEBASE ZPU Tensión base (tensión nominal de la lámpara)

BASE

BASEBASE

Z

PI Corriente base (corriente nominal de la lámpara)

BASE

BASEBASE

Z

LT Período base (constante de tiempo del circuito)

Régimen permanente: base de normalización

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

2) Obtenemos

todas las

formas de onda

1) Obtenemos las

ecuaciones de

funcionamiento

RESOLUCIÓN

DEL

CIRCUITO


VARIABLESIN

NORMALIZARNORMALIZADA

Potencia

Impedancia

Inductancia

Tensión

Corriente

Tiempo

Período

t

P

Z,R

L

u

i

T

Q

m

j

Régimen permanente: variables normalizadas

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Estudio del régimen permanente normalizado


M

EMM

mn)0(j)t(j

jS(t) jR(t)

jM(t)QT=1

mR(t)M=1mS(t)nmE

jS(t)=0 jR(t)

QT=1

mR(t)M=1mS(t)

Intervalos

Intervalo: D < <Intervalo: 0< < D

jM(t)

ER mn)t(m

T

M

Q

D

MM e)D(j)(j

D

mn)0(j)D(j

M

EMM

D En

)(jQ)(m MTR

En

)0(je)D(j)(j M

Q

D

MMT

M

[1] [2]

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO



Intervalos

Sustituyendo [1] en [2]:

T

M

T

M

Q

D

Q

L

D

M

E

M

e1

eDmn

)0(j

)0(jeDmn

)0(j)(j M

Q

D

M

EMM

T

M

Finalmente, con este valor se obtienen de forma inmediata

las evoluciones en todos los elementos del circuito

D

D

EM

e1

eDmn)0(j

1Q

1

T

M

Como:

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO



Resumiendo:

n·mE

1=M

1=RT

D

Condición de

régimen

permanente

jM,jR,jSmR,mT

Elementos del

circuito

Parámetros de

control

mR-RMS,

jR-RMS

1=(Potencia)

El ajuste, al trabajar con variables

normalizadas, se hará imponiendo

potencia nominal (unidad) para valor

de carga nominal (unidad)

Tubo

Inversor

QT

Estudio Normalizado: permite un estudio “independiente” de valores

1

1

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

tiempos y/o

corrientes

Estrategias de control para no resonantes

BÁSICO: Control por

tON y tOFF

IMAX y tOFF

tON y IMIN

IMAX y IMIN

Controles en modo corriente (autoprotección)

Equivale a ciclo de trabajo y período

PELIGROSO: no protege el circuito de sobrecorrientes

¿ Qué comportamiento sería deseable conseguir ?

Podemos cambiar por:

ciclo de trabajo (D)

período (T)

MODO TENSIÓN

DOS PARÁMETROS DE CONTROL:

Etapa de control

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Comportamiento básico de un circuito

Fuente de Tensión

Media

potencia

Potencia

Resistencia equivalente

Característica

nominal

Nominal

Fuente de

tensión

Equivalente del circuito

u=cteFuente

de

tensión

Características casi

paralelas

Comportamiento

no deseable

Etapa de control

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO


Fuente de Corriente

Características

siempre se cortan

Potencia


Característica

nominal

Nominal

Fuente de

corriente

Media

potencia


i=cteFuente

de

corriente

Comportamiento

válido

Etapa de control

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO


Fuente de Potencia

El flujo luminoso

es constante


P=cteFuente

de

potencia

Potencia


Característica

nominal

Nominal

Fuente de

potencia

Media

potencia

Comportamiento

óptimo

Etapa de control

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Métodos de control posibles (1)


jMAX y OFF

jMAX y jMIN

2) Controles en modo corriente

1) Control en modo tensión

Corrientes posibles: ENTRADA y MAGNETIZANTE

Corrientes posibles: MAGNETIZANTE

Parámetros de control: D y (Ciclo de trabajo y período)

tiempo

Corriente

de entrada

(interruptor) tiempo

Corriente

magnetizante

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO


Métodos de control posibles (2)

TOTAL: 4

MÉTODOS

POSIBLES

jTMAX y

OFF

jMMAX y jMMIN

jMMAX y OFF

Ciclo de trabajo y período

Corriente magnetizante máxima y

tiempo de apagado

D y

Corriente de entrada/interruptor

máxima y tiempo de apagado

Corriente magnetizante máxima y mínima

Obtención de la corriente magnetizante:

circuito extra dependiente de la topología

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Otros parámetros a considerar


- Potencia

- Factor de cresta (debe ser <1,7)

- Factor de inversor (óptimo=1)

- Otros (según el control: D, ...)

Parámetros de

funcionamiento

EFICAZ

MAXC

I

I

Senoide:

C=1,4

Cuadrada:

C=1,0

Factor de cresta

TOTAL

ONP

)(t2

Factor de inversor

Simétrica:

C=1

Rango:

C= 0 a 2

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Detalle de la optimización -> Para profundizar

Parámetros

influyentes

1) Parámetros

del circuito

2) Parámetros

de control

-Tensión de entrada

-Relación de transformación

-Resistencia equivalente

-Inductancia magnetizante

-Parámetro 1

-Parámetro 2


Potencia ()

Factor de cresta (C)

Factor de inversor (P)

CIRCUITO: QT,nmE, M

CONTROL: p1,p2

INVERSOR DE

RETROCESO

Parámetros de comparación Parámetros influyentesFunción de

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Puntos de trabajo normalizados


Fijamos el

circuitoM=1 QT=1nmE

(constante)

Circuito

(QT,nmE, M,p1,p2)

Lámpara

= (QT)

Resistencia equivalente (QT)

Po

ten

cia

(

)

CONDICIÓN:

Entregar potencia

nominal QT=1, =1p2=p2(p1)

Pares

(p1,p2)

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Optimización de los valores

¿ Qué pares de

parámetros (p1,p2) son

mejores?

Los que permitan que los parámetros

de comparación sean ...

- Válidos

- Poco sensibles a variaciones

Fijamos los

parámetros

p1,p21) PARÁMETROS DEL CIRCUITO

2) PARÁMETROS DE CONTROL

ESTUDIO DE SENSIBILIDAD DE LOS

PARÁMETROS DE COMPARACIÓN ANTE:

MÉTODO DE

OPTIMIZACIÓN


UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Optimización de los valores

Circuito

(QT,nmE, M,p1,p2)Lámpara

= (QT)

Resistencia equivalente (QT)

Po

ten

cia

(

)

Fijamos

p1, p2


Variamos

parámetro

ESTUDIO DE SENSIBILIDAD EN UN PUNTO (p1,p2)

MQTnmE

PARÁMETROS

DEL CIRCUITO

Nuevos valores de

los parámetros de

comparación

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Control por ciclo de trabajo y frecuencia

Influencia sobre la potencia


Obtenemos la potencia: = (nmE, QT, D, )

Periodo

Ciclo de trabajo

Carga

Tensión de entrada

n, M =1

QT=1, =1Pares de

valores (D, )

Análisis de sensibilidad para varios (D, )

Potencia-Tensión de entrada Potencia-carga

90 100 110

%nmE

(nom)0.8

1

1.2

=0.8 a 1.5

D=0.5

Tensiones

máxima y

mínima

0.8

1.2

=0.8 to 1.5

D=0.5

0.5 1 2.5QT

1

Límites de la

característica

de la lámpara

Comportamiento

de fuente de

tensión

¡No Valido!

Conclusión

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Control por corriente máxima en el

interruptor y tiempo de apagado


Tiempo apagado

Max. corriente entrada

Carga

Tensión de entrada

Obtenemos la potencia: = (nmE, QT, jSMAX, OFF)

Pares

(jSMAX,OFF )

n, M =1

QT=1, =1

Análisis de sensibilidad para varios (jSMAX,OFF )


OFF=0.5

0.5 1 2.5QT

0.8

1

1.2

OFF=0.6

OFF=0.4

OFF=0.7

OFF=0.3

OFF=0.7

OFF=0.3

90 100 110

%nmE

(nom)0.8

1

1.2

Comportamiento

de fuente de

corriente

Variación de

Potencia:

-Baja con uE

-Válida con QT

Conclusión

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Control por corriente magnetizante

máxima y mínima


Corriente magnetizante

máxima y mínima

Carga

Tensión de entrada

Obtenemos la potencia: = (nmE, QT, jMMAX, jMMIN )

Pares

(jMMAX, jMMIN )

n, M =1

QT=1, =1


Análisis de sensibilidad para varios (jMMAX, jMMIN)

DIm=0.1

to 0.5

%nmE

(nom)90 100 1100.8

1

1.2

DIm=0.5

QT

0.5 1 2.50.8

1

1.2

DIm=0.1

Comportamiento

de fuente de

potencia

Variación de

Potencia:

-Nula con QT

-Válida con uE

Conclusión

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Resumen de resultados principales:

1) Dos métodos de control válidos:

- Corriente por el interruptor máxima y tiempo de apagado

Se comporta como una fuente de corriente que depende poco de la

tensión de entrada

- Corriente magnetizante máxima y mínima

Se comporta como una fuente de potencia que depende de la

tensión de entrada

2) Tablas de valores (adjuntas) que recogen los puntos normalizados

correspondientes a los puntos en que mejor se comporta el circuito

EJEMPLO: CONTROL

POR IEMAX y OFF

- Valores óptimos en torno a n·mE=1,2 y OFF=0,35

- Comportamiento de fuente de corriente

- Especialmente indicado si uE varía mucho


jTMAX y

OFF

jMMAX y jMMIN

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

ÍndiceÍndice



- Cebado

- Calentamiento








UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

- Tensión de entrada (batería):

- Lámpara:

- Potencia de salida deseada:

Especificaciones

DATOS BÁSICOS

uE=12 (V)

Dulux S/E de 9W: Req(9W)=222 (W

P=9(W)

Ejemplo de diseño

Valores

base: RBASE=222 (W

PBASE= 9 (W)

IBASE=201 (mA

uBASE= 44,7 (V)

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Especificaciones

Ejemplo de diseño

ELECCIÓN DEL DISEÑADOR (o especificación)

f = 30 kHz- Frecuencia de trabajo deseada:

- Método de control:

- Topología de inversor: Inversor tipo 1

Corriente máxima y

tiempo de apagado

HERRAMIENTAS - Cálculo automático: programas

- Cálculo manual: tablas

nmE=1,15

OFF=0,35-Y punto de trabajo normalizado:

412

45

V

Vn

BATERÍA

LAMPARAaproximado

TIPO 1

IMAX y

OFFQueremos que no varíe con uE

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Obtención de elementos del circuito

Ejemplo de diseño

jEMAX=2,176

C = 1,12

P = 1,18

= 0,6134

D = 0,41

nmE=1,15

OFF=0,35

ENTRADA

Apéndice B Inductancia base

PBASE= 9 (W)

RBASE=222 (W

uBASE= 44,7 (V)

IBASE=201 (mA

BASEBASE ZT

L

Todos los elementos y

variables del circuito

LM=12 (mH)

n=4,28

LBASE=12 (mH)

iEMAX=1,88 (A)

tOFF=19 (s)

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Obtención de elementos del circuito

1

2

N

Nn

(mH) 12LLL BASEM2

H)( 655n

LL

2

M1

INVERSOR de

retroceso

Ejemplo de diseño

SELECCIÓN DE LA TOPOLOGÍA DE INVERSOR A UTILIZAR

n y LM DEFINICIÓN DEL MAGNÉTICO

PASO FINAL:

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Realización de circuitos de control

Ejemplo de diseño

CIRCUITO TEÓRICO

Control por IMAX y tOFF

t

<

uG

t

<

I

tOFF

IMAX

tOFF

T=T(IMAX

,tOFF

)

Q

R

S

Q

uG

uCOMP

(tOFF

)

u(IMAX

)

u(I)

IC1

IC2

FORMAS DE ONDA

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Realización de circuitos de control

Ejemplo de diseño

REALIZACIÓN CON CIRCUITOS DE BAJO COSTE

Control por IMAX y tOFF

RSHUNT

V(tOFF

)

Control

I

C.Abierto

+Vcc

T1

R1

R2R C

+uREF

RSHUNT

I

u(IMAX

)

+uREF

uCONTROL

u(tOFF

)+uREF

C.AbiertoC.Abierto

+uCC

IC1 IC2

R1

R2

R3

R4

R5

R

C

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Realización de circuitos de controlEjemplo de diseño

CIRCUITO TEÓRICO

Control por IMAX e IMIN

FORMAS DE ONDA

Q

R

S

Q

uC

u(IMAX

)

u(I)

u(IMIN

)

IC1

IC2

t

<

uC

t

<

IIMAX

T=T(IMAX

,IMIN

)

IMIN

CIRCUITO DE BAJO COSTE

u(+)(IMAX

,IMIN

)

u(I)

uCONTROL

uE

DR

2

R3

R1

Colector

abierto

uREF

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

ÍndiceÍndice



- Cebado

- Calentamiento








UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Formas de onda: simulación

Simulación y prototipos

Simulación, sin dispersión Simulación, con dispersión

Tensión en la lámpara

Corriente de entrada

- Correlación exacta con la teoría (circuito ideal)

- Principal aspecto no ideal: retardo en la entrada en conducción

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Formas de onda medidas

Carga resistiva-inductiva Lámpara Philips PL-S 9W


Tiempo

10 s/div

Tensión 100

V/div

Corriente

200 mA/div

Potencia

20 W/div

- Buena correlación con las simulaciones y la teoría

PROTOTIPO de Inversor de retroceso

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Calculado Calculado

Simulado Simulado

Prototipo Prototipo

Comparación: cálculo y experimentación

Potencia- Tensión de entrada

Ejemplo: Control por IEMAX y tOFF. Sensibilidad

%n·mE

90 100 110

1,2

1

0,8

Potencia- carga

QT

0,9 1 1,1

1,2

1

0,8

- Buena correlación teórica y experimental

Calculado Calculado

Simulado Simulado

Prototipo Prototipo

UNIVERSIDAD DE

OVIEDO

Comparación características reales y simuladas

3) El tiempo de conducción del interruptor es algo mayor del

esperado (De un 10 a un 20% mayor aproximadamente)

1) RESULTADOS DE SIMULACIÓN Y EXPERIMENTALES

SIMILARES (DIFERENCIA INFERIOR AL 5%)

2) Los valores calculados de: Potencia, factor de cresta,

factor de inversor, corrientes máximas y medias

4) El período total es también algo mayor del esperado (De

un 8 a un 15% mayor aproximadamente)


DIFERENCIA TEORÍA-SIMULACIÓN-EXPERIMENTAL 2-5 %

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