PROBLEMA. Diseño de un DIMMER.

Transcripción

1 PROBLEMA Diseño de un DIMMER. Solución, como las especificaciones vistas en clase fueron muy claras el DIMMER controlara la velocidad de los disparos que se harán en la compuerta de el tiristor, es decir se controlara el ángulo de prendido mientras el ángulo de apagado es el cruce con cero de la misma linea de voltaje dada por la compañía suministradora de energía. El circuito consta de la etapa de potencia que el circuito con el foco de 100 [W], y el tiristor, este tiristor llevara añadido un circuito electrónico de control, el circuito de control consta a su vez de diferentes etapas las cuales se especifican a continuación. Comparador de cruce por cero Circuito integrador Comparador de voltaje de referencias Circuito monoestable Opto aislador El circuito de control como se observa esta totalmente aislado de la linea de voltaje, pues antes de la primera etapa se tiene un transformador el cual reduce la señal senoidal en su voltaje pico a pico pero el transformador no modifica para nada la frecuencia de nuestra señal. Posteriormente la salida de los pulsos es aislada por opto coplador, así pues el circuito de control esta protegido a el alto voltaje que representa para los circuitos integrados que conforman este circuito de control. CIRCUITO DE CONTROL PRIMERA ETAPA Como ya se menciono esta etapa es la parte en donde se hace un comparador de voltaje, por esto utilizamos un amplificador operacional, el cual tiene una ganancia muy elevada como se explico en la clase, tan solo hace falta colocar alguna de las configuraciones para obtener ventajas de sus características. La función de un comparador de voltaje, consiste como su nombre lo dice en comparar el voltaje de entrada con respecto a otro voltaje el cual estará en la otra entrada, y en la salida se obtendrá el voltaje de saturación positivo o negativo según sea el caso. Como se muestra la figura.

2 Si se considera que en la entrada positiva tenemos un voltaje Vp, y en la entrada negativa tenemos un voltaje Vn, se cumplen las siguientes relaciones Vo=V OL para V P <V N Vo=V OH para V P >V N Vo [V] V OH V D V OL bit. Se considera correcto que el comprador es un convertidor analógico digital de un Bueno al colocar una de las entradas del amplificador operacional a la tierra del circuito se obtiene el llamado comparador de cruce por cero que deacuerdo a las ecuaciones anteriores según la entrada donde se coloque la tierra se obtendran los voltajes de saturación ya sea el +Vcc o Vcc, la simulación del circuito se observa a continuación. El circuito:

3 La salida de este circuito es una señal cuadrada como lo especificamos pues es producida por el comparador de cruce por cero. Para la segunda etapa tenemos que integrar la señal cuadrada pero si tan solo hacemos pasar la señal por un circuito integrador tendremos una señal triangular que estará dada por las siguientes características, la parte positiva de la señal cuadrada nos dará la parte de pendiente positiva de la señal triangular mientras que la parte negativa de la señal cuadrada nos dará la pendiente negativa de la señal triangular s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms V(salida1) V(salida2) Time

4 La generación de la onda triangular se obtiene mediante la carga y descarga del capacitor que esta colocado en la retroalimentación del amplificador operacional, en el circuito la corriente para el capacitor es proporcionada por el amplificador operacional, como amplificador recibe la señal de dos niveles que es nuestro comparador de voltaje de cruce por cero, el comportamiento del circuito completo se observa en las forma de onda que entrega, se supone que al encenderse el circuito (t=0), la señal del comparador esta hasta Vsat, de forma que el voltaje de la señal del comparador esta estable al valor de Vsat, esto hace que el amplificador operacional del circuito integrador, convierta este voltaje en una corriente de Vcc/R, la R es la resistencia que esta a la entrada de la entrada negada del amplificador, así pues esta corriente entra al capacitor desde la izquierda, esto hace que el voltaje a la salida del circuito integrador disminuya rápidamente, tan pronto como la salida del circuito disminuye hasta que alcanza la completa descarga empieza el ciclo positivo de la señal cuadrada, lo que hace que el amplificador operacional convierta este voltaje en corriente de la misma magnitud pero de diferente polaridad, en consecuencia ahora la salida del circuito crecerá hasta que alcance la carga del capacitor total. Como tan solo queremos trabajar con las parte de pendiente positiva de esa señal triangular se busco la manera de descargar el capacitor mas rápidamente, por lo que se obtendrá una señal en forma de diente de sierra que tendrá la misma frecuencia que las otras dos señales. El circuito quedo de la siguiente manera: Un ciclo de la señal de diente de sierra obtiene mediante la carga del capacitor pero ahora se desea descargarlo de una manera mas rápida, esto por medio de un interruptor. En el circuito se observa que la corriente del capacitor es proporcionada por el amplificador operacional, para que la pendiente de la rampa sea positiva la corriente debe fluir de la unión no negada, o bien el voltaje de la señal de entrada que en este caso es la señal cuadrada del comparador debe de ser negativa.

5 Al encenderse el circuito (t=0), cuando el capacitor aun esta descargado, las entradas del circuito de onda diente de sierra es la señal cuadrada con el voltaje de - Vcc, loo que se ve que el transistor esta en saturación. Lo cual permite que el capacitor se cargue en cuanto el voltaje del comparador cambia de Vcc a +Vcc, la salida del transistor se apaga, permitiendo la rápida descarga del capacitor, y así se proporciona la señal diente de sierra. 13V 5V -5V 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms V(salida3) Time Posterior mente se coloca otro comparador que estará comparando un voltaje de referencia con el voltaje creciente de la rampa. Esto con la finalidad de dar un pulso modulado por el ángulo de encendido del tiristor, el circuito queda de la siguiente manera: El volta de corriente directa lo tome de el voltaje de polarización +Vcc, este voltaje será variado por un potenciómetro, el cual hará que recorra toda la rampa y en el momento en que este voltaje de directa cruce la rampa tendremos un disparo a +Vcc, obteniendo un tren de pulsos de ancho variable, este ancho será la ventana en donde

6 conducirá nuestro tiristor, así que en realidad el potenciómetro estará variando el ángulo de encendido del tiristor, recordando que el ángulo de apagado será a los 180. La grafica muestra las señales. SEL>> - 2 V(salida3) V(potenciometro) - 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms V(pulsosal) Time Para otra magnitud de voltaje de referencia. - 2 V(salida3) V(potenciometro) SEL>> - 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms V(pulsosal) Time

7 Ahora este tren de pulsos que se modula su ancho podría servir para proporcionar la señal a nuestro opto aislador, pero se hace pasar por un circuito monoestable el cual tiene como propósito tener un pulso de ancho constante en la parte positiva, para este caso lo configuramos para un ancho de 2 [ms], utilizamos el circuito 74221, el cual consta de dos circuitos monoestables, así tendremos una modulación de posición del pulso y no de ancho de pulso. Ahora si este pulso de duración 2[ms] es el que prendera el infrarrojo del opto coplador que al encender prendera el tiristor Lascr que tiene a dentro, este por el otro lado es que acopla la etapa de potencia del proyecto pues al conducir el tiristor que esta dentro del opto aislador, este deja pasar el pulso necesario a la compuerta pa que encienda el tiristor, pero como el pulso esta acoplado a la señal de la línea, este pulso controlara la parte positiva de la señal senoidal y la parte negativa será recortada por el mismo tiristor. Así se obtendrá la variación del voltaje que le llegue al foco y como consecuencia la intensidad de luz que tenga el foco será controlada por el pulso que da el circuito monoestable, pero como se vio el la tercera etapa la frecuencia de este pulso esta controlada por el comparador de la rampa con el voltaje de directa de referencia.

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