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Universidad de Oviedo
BALASTOS ELECTRÓNICOS NO RESONANTES PARA
LÁMPARAS DE ALTA INTENSIDAD DE DESCARGA:
APORTACIONES EN EL CIRCUITO DE ARRANQUE Y EN LAS
ETAPAS DE CALENTAMIENTO Y RÉGIMEN PERMANENTE
Autor: D. Jorge García García
Gijón, Julio de 2003
Directores: D. Manuel Rico Secades
D. Emilio López Corominas
Universidad de Oviedo
Universidad de Oviedo
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Resultados Experimentales.
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Lámparas de Descarga
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Índice de la Presentación
Universidad de Oviedo
Índice de la Presentación
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Lámparas de Descarga
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Resultados Experimentales.
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Universidad de Oviedo
Introducción
Antecedentes
Tesis Doctorales
Artículos Técnicos
Ponencias en Congresos
Impartición de Seminarios
Etc.
ExperienciaRetos Tecnológicos en
Iluminación electrónica
Balastos HF para
Lámparas HID
(Resonancias Acústicas)
Tesis Doctoral:
Propuesta de Balastos HF
No Resonantes
Universidad de Oviedo
Introducción
Balasto Completo
No Resonante para Lámparas HID
Tema ActualNo existen inversores
electrónicos de alta
frecuencia comerciales
para lámparas HID
Propuestas:
Balastos de Continua o de Baja Frecuencia
(Nishimura et Al., 1987)
Realimentación
. (Wada et Al., 1987; Gibson et Al., 1994; Yan et Al., 2000)
Modulación Mediante Ruido Blanco (Laskai et Al., 1996)
Inyección de Armónicos (Alonso et Al., 2002)
Forma de Onda Cuadrada (Ponce et Al., 2001)
Dr. Marcos Alonso
1994
Dr. Felipe Rodríguez
2001
Inversores
Resonantes para
Lámparas HID
Dr. Emilio L. Corominas
1999
Inversores No
Resonantes para
Fluorescentes
Dr. Javier Ribas
2001
Modelos
Dinámicos de
Lámparas HID Dr. Jesús Cardesín
2002
Etapas de Entrada
PFC para Balastos
Electrónicos
Antecedentes
en el grupo de
investigación
Universidad de Oviedo
Introducción
Objetivos:
Obtener HERRAMIENTAS DE DISEÑO para un balasto electrónico:
• Diseño Completo (Arrancador, Calentamiento, Permanente)
• Válido para Distintas Frecuencias y Potencias Nominales
• Libre del Fenómeno de Resonancias Acústicas
• Que Proporcione Topologías y Métodos de Control
Análisis del Fenómeno de Resonancias Acústicas
Estudio de F. de O. Adecuadas para Alimentar Lámparas H.I.D.
Análisis, Estudio y Método de Diseño de Topologías de Potencia
Análisis, Estudio y Método de Diseño de Sistemas de Control
Construcción de Prototipos y Experimentación
Universidad de Oviedo
Índice de la Presentación
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Lámparas de Descarga
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Resultados Experimentales.
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Universidad de Oviedo
Lámparas de Descarga
Fuentes de Luz:
Lámparas de
Descarga
Lámparas de Sodio a
Alta Presión
Descarga a
Baja Presión
Descarga a
Alta Presión
Lámparas de Sodio a
Baja Presión
Lámparas de Mercurio
a Alta Presión
Lámparas de Halogenuros
Metálicos
Lámparas de Mercurio
a Baja Presión
• Tubos
Fluorescentes
• Fluorescentes
Compactas
• Fluorescentes
Especiales
Lámparas de Xenón
• Vapor de
. Mercurio
• Lámparas de
Luz Mezcla
• Especiales
Universidad de Oviedo
Procesos en la Descarga
Lámparas de Descarga
Generación de Calor
Ionización de los Átomos
Excitación de Átomos del Gas
Universidad de Oviedo
Procesos en la Descarga
Lámparas de Descarga
Generación de Calor
Ionización de los Átomos
Excitación de Átomos del Gas
Universidad de Oviedo
Lámparas de Descarga
Procesos en la Descarga
Generación de Calor
Ionización de los Átomos
Excitación de Átomos del Gas
Universidad de Oviedo
Procesos en la Descarga
Lámparas de Descarga
Generación de Calor
Ionización de los Átomos
Excitación de Átomos del Gas
Universidad de Oviedo
Lámparas de Descarga
Procesos en la Descarga
Generación de Calor
Ionización de los Átomos
Excitación de Átomos del Gas
Universidad de Oviedo
Lámparas de Descarga
Envejecimiento y Calentamiento
Calentamiento de la Lámpara
Lámparas HID:
RFRIA = 10%-20% RCALIENTE
Universidad de Oviedo
Envejecimiento de la Lámpara
Lámparas de Descarga
Envejecimiento y Calentamiento
Lámparas HID:
RVIEJA = 200% RNUEVA
Universidad de Oviedo
Lámparas de Descarga
Comportamiento en Frecuencia
Baja frecuencia
(50 Hz – 60 Hz)
Comportamiento no lineal
Alta frecuencia
(10 kHz – en adelante)
Comportamiento resistivo
Universidad de Oviedo
Balasto Electrónico
Bat
ería
DC
Estabilidad
Potencia
Regulación
Control, Monitorización
Protecciones
...
Rectif.
/
Filtro EMI
Inversor
HF
PFC
/
Bus DC
Bus DCEstabilidad
Lámparas de Descarga
Universidad de Oviedo
Índice de la Presentación
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Lámparas de Descarga
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Resultados Experimentales.
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Universidad de Oviedo
Resonancias Acústicas
Tensión
Corriente
Potencia
Variaciones en Temperatura y
Presión en el Tubo de Descarga (a la frecuencia de la potencia instantánea)
TUBO DE DESCARGA
Sistema Mecánico:
Frecuencias Propias
Propiedades Termodinámicas
Geometría del Tubo de Descarga
Vapor Metálico
Gas de Relleno
RESONANCIAS ACÚSTICAS
Universidad de Oviedo
Resonancias Acústicas
Tensión
Corriente
Potencia
Variaciones en Temperatura y
Presión en el Tubo de Descarga (a la frecuencia de la potencia instantánea)
TUBO DE DESCARGA
Sistema Mecánico:
Frecuencias Propias
Vapor Metálico
Gas de Relleno
Propiedades Termodinámicas
Geometría del Tubo de Descarga
RESONANCIAS ACÚSTICAS
Universidad de Oviedo
Resonancias Acústicas
Análisis Teórico
Ecuación de onda acústica en el dominio del tiempo
p=1 2p
C2 t2
Condiciones de contorno
Propiedades físicas
SOLUCIÓN APROXIMADA
pcos(m·)·cos( )·Jm( )·e-2ifz·z r·r
C C
f=1
2z
2+r2
Universidad de Oviedo
2
C
EXPRESIÓN DE LA FRECUENCIA DE RESONANCIA
( ) nzfm, n, n=R
+
Resonancias Acústicas
Análisis Teórico
z L
2
( ) mn2
•Geometría del tubo de descarga
•Propiedades físicas
•Modo de Resonancia
•Órdenes de Resonancia
Universidad de Oviedo
Resonancias Acústicas
Compuestos
Modos
Radial
Longitudinal
Azimutal
Principales
Radial
Longitudinal
Azimutal
Resonancias
Universidad de Oviedo
Segundo OrdenPrimer Orden
Resonancias Acústicas
Resonancias Órdenes
Primer Orden
Órdenes
Superiores
Compuestos
Modos
Longitudinal
Azimutal
Principales
Radial
Tercer Orden
Universidad de Oviedo
Frecuencia
Resonancias Acústicas
Distribución Espectral
Compuestos
Órdenes
Primer Orden
Modos
Longitudinal
Azimutal
Principales
Radial
Órdenes
Superiores
Resonancias APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
Energía de Activación
Distribución Espectral
Compuestos
Órdenes
Primer Orden
Modos
Longitudinal
Azimutal
Principales
Radial
Órdenes
Superiores
Resonancias
Resonancias Acústicas
Energía de
Activación
Frecuencia
Universidad de Oviedo
Resonancias Acústicas
Energía de Activación
Amplitud de
Cualquier Armónico
de Potencia < 5% del Valor de la
Potencia Media
Pn
P0
< 0,05
Resonancias Acústicas
(Laskai et Al., 1998)
(Denneman 1983)
Universidad de Oviedo
Índice de la Presentación
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Lámparas de Descarga
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Resultados Experimentales.
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Universidad de Oviedo
Formas de Onda
Balastos Electrónicos
Cuasicuadrada Asimétrica Inversor 1 Interruptor
Rectangular Asimétrica Puente Completo Asimétrico
Cuadrada con Tiempos Muertos Puente Completo Real
Cuadrada Puente Completo Ideal
Senoidal Balasto Resonante HF
Tipo Balasto
Cuasicuadrada Simétrica Inversor 2 Interruptor
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
V(t)
I(t)
P(t)
•P0 = Potencia Media
•P1 = 1er Armónico de
Potencia
%100P
P
0
1
%5P
P
0
1
Senoidal
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
V(t)
I(t)
P(t)
Cuadrada
•P0 = Potencia Media
•P1 = 1er Armónico de
Potencia
%0P
P
0
1
%5P
P
0
1
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
d
Td
T=d
•P0 = Potencia Media
•P1 = 1er Armónico de
Potencia
%5P
P
0
1 % 4,2 T
d d
d 2,4%
V(t)
I(t)
P(t)
Cuadrada con Tiempos Muertos
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
t1T
=D
•P0 = Potencia Media
•P1 = 1er Armónico de
Potencia
t1
T
%5P
P
0
1 % 52 D% 48
48% D 52%
V(t)
I(t)
P(t)
Rectangular Asimétrica
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
t1T
=D
•P0 = Potencia Media
•P1 = 1er Armónico de
Potencia
%5P
P
0
1
t1
T
DiLamp
V(t)
I(t)
P(t)
Cuasicuadrada Asimétrica
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
t1
Tt1T
=D
•P0 = Potencia Media
•P1 = 1er Armónico de
Potencia
%5P
P
0
1
DiLamp
Di = 22,5 %
Di = 22 %
Di = 20 %
Di = 17,5 %
Di = 15 %
Di = 12,5 %
Di = 10 %
Di = 7,5 %
Di = 5 %
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.00
0.48 0.485 0.49 0.495 0.5 0.505 0.51 0.515 0.52
0.06
V(t)
I(t)
P(t)
0
1
P
P
D
Cuasicuadrada Asimétrica
Universidad de Oviedo
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.00
0.48 0.485 0.49 0.495 0.5 0.505 0.51 0.515 0.52
0.06
= 5 %D i
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
D
P1
P0
Cuasicuadrada Asimétrica
Universidad de Oviedo
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.00
0.48 0.485 0.49 0.495 0.5 0.505 0.51 0.515 0.52
0.06
= 5 %D i
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
D
P1
P0
Cuasicuadrada Asimétrica
Universidad de Oviedo
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.00
0.48 0.485 0.49 0.495 0.5 0.505 0.51 0.515 0.52
0.06
= 5 %D i
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
D
P1
P0
Cuasicuadrada Asimétrica
Universidad de Oviedo
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.00
0.48 0.485 0.49 0.495 0.5 0.505 0.51 0.515 0.52
0.06
= 15 %D i
= 12,5 %D i
= 10 %D i
= 7,5 %D i
= 5 %D i
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
D
P1
P0
Cuasicuadrada Asimétrica
Universidad de Oviedo
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.00
0.48 0.485 0.49 0.495 0.5 0.505 0.51 0.515 0.52
0.06
= 15 %D i
= 12,5 %D i
= 10 %D i
= 7,5 %D i
= 5 %D i
D i = 20 %
= 22,5 %D i
= 17,5 %D i
DDi=22%
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
D
P1
P0
Cuasicuadrada Asimétrica
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
t1
Tt1T
=D
•P0 = Potencia Media
•P1 = 1er Armónico de
Potencia
%5P
P
0
1
DiLamp
Di = 22,5 %
Di = 22 %
Di = 20 %
Di = 17,5 %
Di = 15 %
Di = 12,5 %
Di = 10 %
Di = 7,5 %
Di = 5 %
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.00
0.48 0.485 0.49 0.495 0.5 0.505 0.51 0.515 0.52
0.06
V(t)
I(t)
P(t)
0
1
P
P
D
Cuasicuadrada Asimétrica
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
T
•P0 = Potencia Media
•Pn = n-ésimo Arm. de
Potencia
%5P
P
0
n
DiLamp
V(t)
I(t)
P(t)
0
n
P
P
DiD=0,5
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.0
4
0.0
8
0.1
2
0.1
6
0.2
0
0.2
4
0.2
8
0.0
0
D·T
Cuasicuadrada Simétrica
Universidad de Oviedo
Pn
P0
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.280.00
1er Armónico
2er Armónico
3er Armónico
4er Armónico
Di
Cuasicuadrada Simétrica
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
Formas de Onda
T
•P0 = Potencia Media
•Pn = n-ésimo Arm. de
Potencia
%5P
P
0
n
DiLamp
I(t)
P(t)
0
n
P
P
DiD=0,5
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.0
4
0.0
8
0.1
2
0.1
6
0.2
0
0.2
4
0.2
8
0.0
0
TPOT
Cuasicuadrada Simétrica
Universidad de Oviedo
Formas de Onda
Balastos Electrónicos
Cuasicuadrada Simétrica SI
Cuasicuadrada Asimétrica SI
Rectangular Asimétrica SI
Cuadrada con Tiempos Muertos SI
Cuadrada SI
Senoidal NO
TipoPn
P0
5% Límites
Siempre
d 2,4%
48%D52%
D0,5;DiL<22%
DiL < 8%
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
Índice de la Presentación
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Lámparas de Descarga
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Resultados Experimentales.
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Universidad de Oviedo
P
R
Característica P-R del Balasto
Balasto
Fte. Corriente
Comportamiento como:
Fuente de Corriente
Fte. Potencia
Fuente de Potencia
Fte. Tensión
Fuente de Tensión
P
R
Balastos Electrónicos
Estabilidad Balasto - Lámpara
Característica P-R de Lámpara
Lámpara
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
Criterio de Estabilidad (Dr. Ribas)
P
R
PNOM
RNOM
SISTEMA
INESTABLE
Estabilidad Balasto - Lámpara
Universidad de Oviedo
Balastos Electrónicos
P
R
PNOM
RNOM
SISTEMA
ESTABLE
Criterio de Estabilidad (Dr. Ribas)
Estabilidad Balasto - Lámpara
Universidad de Oviedo
Comportamiento del Inversor
P
R
PNOM
RNOM
Balastos Electrónicos
Criterio de Estabilidad (Dr. Ribas)
Estabilidad Balasto - Lámpara
SISTEMA
ESTABLE
Fuente de Corriente
Fuente de Potencia
Fuente de TensiónSISTEMA
INESTABLE
Intermedio
F. Tensión / F. Potencia ??
Universidad de Oviedo
Índice de la Presentación
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Lámparas de Descarga
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Experimentos Realizados. Resultados
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Cuasicuadrada Asimétrica Inversor 1 Interruptor
Rectangular Asimétrica Puente Completo Asimétrico
Cuadrada con Tiempos Muertos Puente Completo Real
Cuadrada Puente Completo Ideal
Tipo Balasto
Cuasicuadrada Simétrica Inversor 2 Interruptor
Topologías Inversoras
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Ve
M
L_
+
Vs
D
M
Carga
Inversor de 1 Interruptor : Etapa de Potencia
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Control
Vbus
M
L
_
+
Inversor de 1 Interruptor : Etapa de Potencia
Universidad de Oviedo
Análisis Teórico
L UL R ULAMP
ILAMP
Inversores Propuestos
IL
IFTE
Vbus_
+
Control
ULAMPVbus
UL
Vbus
UM
ILAMP
VbusR
IL
IM
Inversor de 1 Interruptor : Etapa de Potencia
UM
IM
Universidad de Oviedo
Análisis Teórico
L UL R ULAMP
ILAMP
ULAMPVbus
UL
Vbus
UM
ILAMP
VbusR
IL
IM
Inversores Propuestos
IL
IFTE
Vbus_
+
Control
UL
Vbus
UM
IL
IM
Inversor de 1 Interruptor : Etapa de Potencia
UM
IM
Universidad de Oviedo
ILAMP
VbusR
Inversores Propuestos
Análisis Teórico ULAMPVbus
Inversores Propuestos
ILAMP
VbusR
L UL R ULAMP
ILAMP
IL
IFTE
Vbus_
+
Control
PLAMP
Vbus2
R
D·T (1-D)·T
T
Inversor de 1 Interruptor : Etapa de Potencia
Expresiones Matemáticas de:
PLAMP AVG = ƒ1 (Vbus, L, R)
|DILAMP| = ƒ2 (Vbus, L, R)
Relaciones Adicionales debidas
a Métodos de CONTROL
Universidad de Oviedo
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Inversor de 1 Interruptor : Etapa de Potencia
PARÁMETROS NOMINALES
Datos de
Lámpara
(Fabricante)
INOM = 1 A
PNOM = 70 W
VNOM = 70 V
RNOM = 70
Datos del
Diseñof = 60 kHz |DILAMP NOM| = 100 mA
IL MAX NOM = 1,05 A IM MAX NOM = 2,05 A IL 0 NOM = 0,95 A
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Control modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
Control modo corriente
Corriente máxima / Tiempo de apagado (IMAX-TOFF)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Corriente Máxima / Corriente Mínima (IMAX-IMIN)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Control modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
Control modo corriente
Corriente máxima / Tiempo de apagado (IMAX-TOFF)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Corriente Máxima / Corriente Mínima (IMAX-IMIN)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Control modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
Control modo corriente
Corriente máxima / Tiempo de apagado (IMAX-TOFF)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Corriente Máxima / Corriente Mínima (IMAX-IMIN)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Control modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
Control modo corriente
Corriente máxima / Tiempo de apagado (IMAX-TOFF)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Corriente Máxima / Corriente Mínima (IMAX-IMIN)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Universidad de Oviedo
R
PAVG LAMP
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Control modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
PLAMP AVG = ƒ1 (Vbus, L, R, D, f)
Característica PLAMP AVGvs R
T = 1.0·TNOM
PAVG NOM
RNOM
T = 0.2·TNOM
T = 4.0·TNOM
Distintas Frecuencias
Inversores Propuestos
Universidad de Oviedo
R
PAVG LAMP
D = 0.7
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
PLAMP AVG = ƒ1 (Vbus, L, R, D, f)
Característica PLAMP AVG vs R
D = 0.5
Distintas Frecuencias
Distintos Ciclos de TrabajoPAVG NOM
RNOM
D = 0.3
Inversores Propuestos
Control modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
Universidad de Oviedo
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Inversores Propuestos
PLAMP AVG = ƒ1 (Vbus, L, R, D, f)
Característica PLAMP AVG vs R
Distintas Frecuencias
Distintos Ciclos de Trabajo
R
PAVG LAMP
PAVG NOM
RNOM
Estabilidad
INVERSOR
LÁMPARA
SISTEMA
INESTABLEControl modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Control modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
Control modo corriente
Corriente máxima / Tiempo de apagado (IMAX-TOFF)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Corriente Máxima / Corriente Mínima (IMAX-IMIN)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Universidad de Oviedo
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
Control modo corriente
IL MAX-TOFF
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Inversores Propuestos
PLAMP AVG=ƒ1(Vbus, L, R,ILMAX,TOFF)
Característica PLAMP AVGvs R
Distintas IL MAX
IL MAX = IL MAX NOM
IL MAX = 0,5·IL MAX NOM
IL MAX = 1,5·IL MAX NOM
Universidad de Oviedo
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
Control modo corriente
IL MAX-TOFF
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Inversores Propuestos
Distintas IL MAX
Distintos TOFF
TOFF = TOFF NOM
TOFF = 1,5·TOFF NOM
TOFF = 0,5·TOFF NOM
PLAMP AVG=ƒ1(Vbus, L, R,ILMAX,TOFF)
Característica PLAMP AVGvs R
Universidad de Oviedo
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
Control modo corriente
IL MAX-TOFF
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Inversores Propuestos
Distintas IL MAX
Distintos TOFF
Estabilidad
INVERSOR
LÁMPARA
SISTEMA
ESTABLE
PLAMP AVG=ƒ1(Vbus, L, R,ILMAX,TOFF)
Característica PLAMP AVGvs R
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Control modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
Control modo corriente
Corriente máxima / Tiempo de apagado (IMAX-TOFF)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Corriente Máxima / Corriente Mínima (IMAX-IMIN)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Universidad de Oviedo
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
Control modo corriente
IM MAX-TOFF
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Inversores Propuestos
Distintas IM MAX
IM MAX = IM MAX NOM
IM MAX = 1,5·IM MAX NOM
IM MAX = 0,5·IM MAX NOM
PLAMP AVG=ƒ1(Vbus, L, R,IMMAX,TOFF)
Característica PLAMP AVGvs R
Universidad de Oviedo
Control modo corriente
IM MAX-TOFF
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Inversores Propuestos
Distintas IM MAX
Distintos TOFF
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
TOFF = TOFF NOM
TOFF = 0,5· TOFF NOM
TOFF = 1,5· TOFF NOM
PLAMP AVG=ƒ1(Vbus, L, R,IMMAX,TOFF)
Característica PLAMP AVGvs R
Universidad de Oviedo
Control modo corriente
IM MAX-TOFF
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Inversores Propuestos
Estabilidad
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
LÁMPARA
INVERSOR
SISTEMA
ESTABLE
Fuente PotenciaFuente CorrienteDistintas IM MAX
Distintos TOFF
PLAMP AVG=ƒ1(Vbus, L, R,IMMAX,TOFF)
Característica PLAMP AVGvs R
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Control modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
Control modo corriente
Corriente máxima / Tiempo de apagado (IMAX-TOFF)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Corriente Máxima / Corriente Mínima (IMAX-IMIN)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Universidad de Oviedo
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
Control modo corriente
IL MAX-DIL
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Inversores Propuestos
PLAMP AVG=ƒ1(Vbus,L,R, ILMAX,DIL)
Característica PLAMP AVGvs R
Distintas IL MAX
IL MAX = IL MAX NOM
IL MAX = 0,5·IL MAX NOM
IL MAX = 1,5·IL MAX NOM
Universidad de Oviedo
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
Control modo corriente
IL MAX-DIL
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Inversores Propuestos
Distintas IL MAX
Distintos DILDIL = DIL NOM
DIL = 0,5· DIL NOM
DIL = 1,5· DIL NOM
PLAMP AVG=ƒ1(Vbus,L,R, ILMAX,DIL)
Característica PLAMP AVGvs R
Universidad de Oviedo
Distintas IL MAX
Control modo corriente
IM MAX-TOFF
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Inversores Propuestos
Distintos DIL
Estabilidad
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
LÁMPARA
INVERSOR
SISTEMA
ESTABLE
PLAMP AVG=ƒ1(Vbus,L,R, ILMAX,DIL)
Característica PLAMP AVGvs R
Universidad de Oviedo
Control modo tensión
Frecuencia / Ciclo de trabajo (f-D)
Control modo corriente
Corriente máxima / Tiempo de apagado (IMAX-TOFF)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Corriente Máxima / Corriente Mínima (IMAX-IMIN)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
SELECCIÓN
DEL CONTROL
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Etapa de
Potencia
ControlSistema
EstableInmune a
1 Int.
Modo
NO -
Parámetros
Tensión Frec-Duty
1 Int. SÍ TOFFCorriente IL MAX-TOFF
1 Int. SÍ TOFFCorriente IM MAX-TOFF
1 Int. SÍ DILCorriente IL MAX-DIL
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
ILAMP
DILAMP
tRizado de
Corriente en la
Descarga
|ILAMP | |DILAMP|
t
Rizado
ABSOLUTO
de Corriente
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
Aspecto de la Característica |DiLAMP| vs. R
Análisis Teórico
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Inversores Propuestos
RNOM
|DILAMP NOM|
|DILAMP|
R
PMAX
PMIN PCONT
ILAMP
PLAMP
|DILAMP|=ƒ2(Vbus,L,R,IMMAX,TOFF)
Característica |DILAMP| vs R
Zona a)
Universidad de Oviedo
RNOM
|DILAMP NOM|
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
|DILAMP|
R
PCONT
ILAMP
PLAMP
PMAX
PMIN
Zona b)
Aspecto de la Característica |DiLAMP| vs. R
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
|DILAMP|=ƒ2(Vbus,L,R,IMMAX,TOFF)
Característica |DILAMP| vs R
Universidad de Oviedo
RNOM
|DILAMP NOM|
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
|DILAMP|
R
PMAX
PMIN
ILAMP
PLAMP
PCONT
Zona c)
Aspecto de la Característica |DiLAMP| vs. R
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
|DILAMP|=ƒ2(Vbus,L,R,IMMAX,TOFF)
Característica |DILAMP| vs R
Universidad de Oviedo
R
RNOM
|DILAMP NOM|
|DILAMP|
IM MAX = IM MAX NOM
IM MAX = 1,5·IM MAX NOM
IM MAX = 0,5·IM MAX NOM
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Aspecto de la Característica |DiLAMP| vs. R
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
|DILAMP|=ƒ2(Vbus,L,R,IMMAX,TOFF)
Característica |DILAMP| vs R
Distintas IM MAX
Universidad de Oviedo
R
RNOM
|DILAMP NOM|
|DILAMP|
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Aspecto de la Característica |DiLAMP| vs. R
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
|DILAMP|=ƒ2(Vbus,L,R,IMMAX,TOFF)
Característica |DILAMP| vs R
Distintas IM MAX
TOFF = TOFF NOM
TOFF = 1,5· TOFF NOM
TOFF = 0,5· TOFF NOM
Distintos TOFF
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
INVERSOR
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Limitaciones en Cadena abierta
PAVG LAMP
RLÁMPARA R
|DILAMP|
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Limitaciones en Cadena abierta
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
PAVG LAMP
R R
|DILAMP|
DRiz
DPAVG
Potencia Media
Variable
Rizado Absoluto
Variable
INVERSOR
LÁMPARA
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Control de Variación de Parámetros
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
PAVG LAMP
R
INVERSOR
R
|DILAMP|
Universidad de Oviedo
R
|DILAMP|
Inversor de 1 Interruptor : Control de Variación de Parámetros
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Potencia Media
Constante
Rizado Absoluto
Constante
PAVG LAMP
R
INVERSOR
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
R
|DILAMP|
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Control de Variación de Parámetros
Variación de Curva de Rizado
= 17,5 %
Di = 20 %
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.000.48 0.485 0.49 0.495 0.5 0.505 0.51 0.515 0.52
0.06= 22,5 %Di
Di
= 15 %Di
= 12,5 %Di
= 10 %Di
= 7,5 %Di
= 5 %Di
DDi=22%
D
P1P0
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Control de Variación de Parámetros
Variación de Curva de Rizado
Mantener D=50%
L R
Vbus_
+
Control
VARIACIÓN
DE Vbus
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor : Control de Variación de Parámetros
Variación de Potencia Media
VARIACIÓN
DE IM MAX
Variación de Curva de Rizado
Mantener D=50%
VARIACIÓN
DE Vbus
Mantener P=PNOM APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
TOFF
INVERSOR
1 INTERRUPTOR
CONTROL
IM MAX-TOFF
Inversor de 1 Interruptor : Control de Variación de Parámetros
Análisis Teórico
IM MAX
VBUS
R
PAVG
D+Ref
D=0,5-
eDINTEGRADOR
DEL ERROR
+
Ref
PNOM
-eP
INTEGRADOR
DEL ERROR
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Control de Variación de Parámetros
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
INVERSOR
1 INTERRUPTOR
CONTROL
IM MAX-TOFF
IM MAX
VBUS
R
PAVG
D+Ref
D=0,5-
eDINTEGRADOR
DEL ERROR
+Ref PNOM-
eP
INTEGRADOR
DEL ERROR
PEST
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
Inversor de 1 Interruptor : Control de Variación de Parámetros
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
CARACTERÍSTICAS IDEALES
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
R
RNOM
|DILAMP NOM|
|DILAMP|
Límite
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
VM1
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Ve
L1
_
+Lámpara
Inversor de 2 Interruptores :
Etapa de Potencia
L2
M2
ie
iL1 iL2
iM1 iM2
iLAMP
VL1 VL2
VM2
VLAMP
ULAMP
UL1
UM1
ILAMP
IL1
IM1
UL2
UM2
IL2
IM2
M1
Universidad de Oviedo
VM1
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Ve
L1
_
+Lámpara
Inversor de 2 Interruptores :
Etapa de Potencia
L2
M2
ie
iL1 iL2
iM1 iM2
iLAMP
VL1 VL2
VM2
VLAMP
ULAMP
UL1
UM1
ILAMP
IL1
IM1
UL2
UM2
IL2
IM2
M1
Universidad de Oviedo
VM1
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Ve
L1
_
+Lámpara
Inversor de 2 Interruptores :
Etapa de Potencia
L2
M2
ie
iL1 iL2
iM1 iM2
iLAMP
VL1 VL2
VM2
VLAMP
ULAMP
ILAMP
M1
PLAMP
Expresiones Matemáticas de:
PLAMP AVG = ƒ1 (Vbus, L, R, f)
|DILAMP| = ƒ2 (Vbus, L, R, f)
Relaciones Adicionales debidas
a Métodos de CONTROL
T
0.5·T0.5·T
|DILAMP|
Universidad de Oviedo
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Inversor de 1 Interruptor : Etapa de Potencia
PARÁMETROS NOMINALES
Datos de
Lámpara
(Fabricante)
INOM = 1 A
PNOM = 70 W
VNOM = 70 V
RNOM = 70
Datos del
Diseñof = 60 kHz |DILAMP NOM| = 75 mA
IL MAX NOM = 1,02 A IL 0 NOM = 0,95 A
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
Inversor de 2 Interruptores : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Control Modo Tensión
Frecuencia (f)
Control Modo Corriente
Corriente máxima (IMAX)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Rizado de corriente (DI)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Universidad de Oviedo
Control Modo Tensión
Frecuencia (f)
Control Modo Corriente
Corriente máxima (IMAX)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Rizado de corriente (DI)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Inversor de 2 Interruptores : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Universidad de Oviedo
Control Modo Tensión
Frecuencia (f)
Control Modo Corriente
Corriente máxima (IMAX)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Rizado de corriente (DI)
Por la Bobina
Por la Carga
Por el Interruptor
Inversor de 2 Interruptores : Métodos de Control
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
Inversor de 2 Interruptores : Limitaciones en Cadena abierta
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
R
PAVG LAMP
PAVG NOM
RNOMRNOM
|DILAMP|
|DILAMP NOM|
R
LÁMPARA
RMIN
INVERSOR
Universidad de Oviedo
Inversor de 2 Interruptores : Limitaciones en Cadena abierta
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
Potencia Media
Variable
Rizado Absoluto
Variable
DPAVG
R
PAVG LAMP
RMIN
PAVG NOM
RNOMRNOM
|DILAMP|
|DILAMP NOM|
R
DRiz
LÁMPARA
INVERSOR
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 2 Interruptor : Control de Variación de Parámetros
Variación de Curva de Rizado
Mantener Rizado Mínimo en la BOBINA
VARIACIÓN
DE Vbus
Variación de Potencia Media
VARIACIÓN
DE IL MAX
Mantener P=PNOM
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
INVERSOR
2 INTERRUPTORES
CONTROL
IL MAX
Inversor de 2 Interruptores : Control de Variación de Parámetros
Análisis Teórico
IL MAX
VBUS
R
PAVG
DILAMP+Ref
DILNOM
-
eDINTEGRADOR
DEL ERROR
+
Ref
PNOM
-eP
INTEGRADOR
DEL ERROR
Inversores Propuestos
Universidad de Oviedo
Inversor de 2 Interruptores : Control de Variación de Parámetros
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
IL MAX
VBUS
R
PAVG
INTEGRADOR
DEL ERROR
+Ref PNOM-
eP
INTEGRADOR
DEL ERROR
PEST
DILAMP+Ref
DILNOM
-
eD
INVERSOR
2 INTERRUPTORES
CONTROL
IL MAX
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
Análisis Teórico
Inversores Propuestos
CARACTERÍSTICAS IDEALES
R
PAVG LAMP
RNOM
PAVG NOM
R
RNOM
|DILAMP NOM|
|DILAMP|
Límite
Inversor de 2 Interruptores : Control de Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
Análisis Teórico
Ve _
+Lámpara
Inversor de 4 Interruptores :
Etapa de Potencia
M3 M4
ie
iM1 iM2
iM3 iM4
iLAMP
VM1 VM2
VM3 VM4
VLAMP
L
M1 M2
Inversores Propuestos
ULAMP
ILAMP
DT1 d DT2 d
PLAMP
Expresiones Matemáticas de:
PLAMP AVG = ƒ1 (Vbus, R, d)
|DILAMP| = ƒ2 (Vbus, R, d)
PARÁMETRO DE CONTROL:
dd 2,4%
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Inversor de 4 Interruptores
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Etapa de Potencia
Métodos de Control en Cadena Abierta
Limitaciones del Control en Cadena Abierta
Control con Variación de Parámetros
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Etapa de
Potencia
Control Sistema
EstableInmune a
1 Int.
Modo
NO -
Parámetros
Tensión Freq-Duty
1 Int. SÍ TOFFCorriente IL MAX-TOFF
1 Int. SÍ TOFFCorriente IM MAX-TOFF
1 Int. SÍ DILCorriente IL MAX-DIL
Etapa de
Potencia
Control Sistema
Estable
2 Int.
Modo
NO
Parámetros
Tensión Frecuencia
2 Int. Corriente IL MAX SI
2 Int. Corriente DIL NO
1 Int. SÍ TOFFCorriente IM MAX-TOFF
2 Int. Corriente IL MAX SI
Análisis Teórico Selección de los inversores óptimos
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
Control Modo Corriente en el Interruptor
Corriente Máxima (IM MAX) y Tiempo de Apagado (TOFF)
Realimentación para Obtener D=0,5
Estimación de Potencia Media
Control Modo Corriente en la Bobina
Corriente Máxima (IL MAX) (fijando D=0,5)
Realimentación para Obtener Mínimo Rizado
Estimación de Potencia Media
Inversor de 1 Interruptor
Inversor de 2 Interruptores
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Análisis Teórico
0,5·T
T
P(t)
0,5·T
T
P(t)
Inversor de 1 Interruptor Inversor de 2 Interruptores
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
DP DP
P1
P2
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
Índice de la Presentación
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Lámparas de Descarga
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Experimentos Realizados. Resultados
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Prototipos Construidos
M
LVbus
_
+Vbus
_
+
42
VDC
ME
LE CB
D
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Prototipos Construidos
Vbus
_
+
42
VDC
M
L
ME
LE CB
D
IMAX
IMAX TOFF
Driver
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Prototipos Construidos
Vbus
_
+
42
VDC
M
L
ME
LE CB
D
D
T
IMAX TOFF
Driver
ciclo
trabajo
P.I.
Driver
Ref
D=0.5
AF
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Prototipos Construidos
Vbus
_
+
42
VDC
M
L
ME
LE CB
D
IMAX
P.I.
Ref PAVG
TOFF
APORTACIÓN
ciclo
trabajo
P.I.
Driver
Ref
D=0.5
AF
Driver
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Prototipos Construidos
Inversor
Control IMAX-TOFF
Rampa AF
Regulación BUS
Estimación de PAVG
Regulación IMAX
Medida
Ciclo
Trabajo
Etapa de
Entrada
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Resultados Experimentales
FTE. TENSION
LÁMPARA
PROTOTIPO
OSCILOSCOPIO
DETECCIÓN
R.A.
ALMAC.
DATOS
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Medida de Resonancias
APORTACIÓN
LÁMPARA
PROTOTIPO
VI POTENCIA
(Componentes de
baja frecuencia)
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Lámparas Ensayadas:
Vapor de Sodio a Alta Presión (HPS)
Potencia Nominal: 70 W
OSRAM VIALOX NAV-T
Halogenuros Metálicos (MH)
Potencia Nominal: 70 W
OSRAM HQI-T 70W/WDL UVS
OSRAM HQI-T POWERSTAR 70W/NDL UVS
Resultados Experimentales
RESONANCIAS en
torno a 60 kHz
(Balasto senoidal AF)
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Halogenuros Metálicos (MH)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
Potencia
V=80 VRMS
I=0,9 ARMS
P=70 W
f=60 kHz
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Halogenuros Metálicos (MH)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
Potencia
V=80 VRMS
I=0,9 ARMS
P=70 W
f=60 kHz
Universidad de Oviedo
Halogenuros Metálicos (MH)
Inversores Propuestos
Resultados Experimentales
100%90%
10%
0%
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Halogenuros Metálicos (MH)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
Potencia
V=37 VRMS
I=0,9 ARMS
P=34 W
f=60 kHz
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Halogenuros Metálicos (MH)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
Potencia
V=48 VRMS
I=1,0 ARMS
P=45 W
f=60 kHz
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Halogenuros Metálicos (MH)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
Potencia
V=58 VRMS
I=0,9 ARMS
P=55 W
f=60 kHz
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Halogenuros Metálicos (MH)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
Potencia
V=72 VRMS
I=0,9 ARMS
P=65 W
f=60 kHz
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Vapor de Sodio a Alta Presión (HPS)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
Potencia
V=90 VRMS
I=0,8 ARMS
P=70 W
f=59 kHz
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Vapor de Sodio a Alta Presión (HPS)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
Potencia
V=90 VRMS
I=0,8 ARMS
P=70 W
f=59 kHz
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Vapor de Sodio a Alta Presión (HPS)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
Potencia
V=65 VRMS
I=0,5 ARMS
P=35 W
f=59 kHz
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Vapor de Sodio a Alta Presión (HPS)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
Potencia
V=75 VRMS
I=0,6 ARMS
P=45 W
f=59 kHz
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Vapor de Sodio a Alta Presión (HPS)
Tensión
Corriente
Resultados Experimentales
V=83 VRMS
I=0,7 ARMS
P=55 W
f=59 kHz
Potencia
Universidad de Oviedo
Inversores Propuestos
Vapor de Sodio a Alta Presión (HPS)
Tensión
Corriente
Potencia
Resultados Experimentales
V=88 VRMS
I=0,7 ARMS
P=65 W
f=59 kHz
Universidad de Oviedo
Índice de la Presentación
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Lámparas de Descarga
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Resultados Experimentales
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Universidad de Oviedo
Arrancadores
El Proceso de Arranque
Tubo de Descarga
Temperatura Ambiente
Baja Presión de VaporAISLANTE
VSTART
Universidad de Oviedo
El Proceso de Arranque
Tubo de Descarga
Arrancadores
Elevada Tensión Inicial (2,5 – 2,8 kV)
Universidad de Oviedo
DCBUS
LINEA
RECTIF.
/
PFC H.F.
INVERSOR
CONTROL ARRANCADOR
Arrancadores
Etapas de un Balasto
FILTRO
EMI
Universidad de Oviedo
Arrancadores
Esquema del Arrancador
INVERSOR+
-
U L
D1
C1
C2
N2
N1
TRS
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
UC1
ULAMP
UC2
USIDAC
INVERSOR
ON+
-
UL
D1
C1
C2
N2
N1
TR
S
Arrancadores
Funcionamiento del Arrancador
Universidad de Oviedo
UC1
ULAMP
UC2
USIDAC
INVERSOR
OFF+
-
UL
D1
C1
C2
N2
N1
TR
S
Arrancadores
Funcionamiento del Arrancador
2000 V
Universidad de Oviedo
UC1
ULAMP
UC2
USIDAC
INVERSOR
ON+
-
UL
D1
C1
C2
N2
N1
TR
S
Arrancadores
Funcionamiento del Arrancador
2000 V
Universidad de Oviedo
INVERSOR+
-
UL
D1
C1
C2
N2
N1
TR
S
UC1
USID
UC1
ULAMP
UC2
USIDAC
2000 V
USIDAC
Arrancadores
Funcionamiento del Arrancador
Nivel
Comp
INVERSOR ON INVERSOR ON
Señal habilitación
INV
OFF
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
UC1
ULAMP
UC2
USIDAC
INVERSOR+
-
UL
D1
C1
C2
N2
N1
TR
S
Arrancadores
Caso de Lámpara Rota
2000 V
Universidad de Oviedo
Rlamp
Plamp
Ilamp
Vlamp
Arrancadores
Método de Diseño
Parámetros de la
Lámpara
•Rlamp
•Plamp
•Ilamp
•VlampI
VVDRM
VS
IH
VSParámetros del Sidac
•Vs
INVERTER
Iout
Vout
Especif. del Inversor
•Vout, Iout (si R)
Universidad de Oviedo
Arrancadores
Método de Diseño
1:N
VS VStartParámetros de
Lámpara (VSTART)
Parámetros del
Sidac (VS)
rT del
Transformador
I PP
- P
ea
k P
uls
e C
urr
en
t-%
IP
P
Peak Value
100
Half Value
50
0
Waveform = t r x td
0 t r t d t- Time ( s)
INVERTER
C2 C2
C1
RSIDAC-ON RSIDAC-ON
D1
Vs
De las Gráficas
“SURGE RATINGS”
del Sidac
Valores de los
Condensadores
Universidad de Oviedo
ON/OFF
H.I.D. LAMP
CONTROL
ImaxToff
ENABLE
M1
Rshunt
L
Roff
Coff
+
H.I.D. LAMP
N2
D2
CONTROL
ImaxToff
ENABLE
M1
Rshunt
L
Roff
Coff
+
D1
C1
C2
N1
TR
SD3R
Arrancadores
Implementación en el Inversor IMAX-TOFFAPORTACIÓN
Universidad de Oviedo
Arrancadores
Prototipo del Arrancador
Transformador
Cond. Desc.
Control Aux.
SIDAC
Universidad de Oviedo
Diseño del
Transformador
IT
IS
IH
IDRM
+I
+V
VT VDRM
VS
-I
-V
VBO
IBO
ITISIH
IDRM
+I
+V
VT VDRM
VS
-I
-V
Característica
del Sidac
Más Fácil Arranque
Componente Más Caro
Problemas de Pulsos No
Deseados
•Minimizar Inductancia Serie con la Lámpara
•Núcleo Pequeño
•Minimizar Número de Espiras
Arrancadores
Consideraciones de Diseño
APORTACIÓN
Universidad de Oviedo
Arranque de una
Lámpara HID
Arrancadores
Resultados Experimentales
Corriente por la Lámpara
Tensión en el SIDAC
Universidad de Oviedo
Arranque de una
Lámpara HID:
Caso de
Lámpara Rota
Arrancadores
Resultados Experimentales
Corriente por la Lámpara
Tensión en el SIDAC
Universidad de Oviedo
Índice de la Presentación
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Lámparas de Descarga
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Experimentos Realizados. Resultados
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Universidad de Oviedo
Conclusiones
Es posible lograr estabilidad en el arco de descarga
(DESAPARICIÓN DE RESONANCIAS ACÚSTICAS):
Mediante inversores electrónicos que operen a frecuencia constante
En lámparas MH y HPS de bajas potencias nominales
En zonas de frecuencia peligrosas (R.A. con balasto senoidal)
Puede llevarse a cabo mediante el inversor presentado con el
control propuesto:
Inversor basado en reductor-elevador
Control IMAX – TOFF con variación de parámetros
Funcionamiento óptimo durante arranque, calentamiento y
permanente (variación de REQ)
Universidad de Oviedo
Conclusiones
El arrancador presentado funciona correctamente
Unido al inversor electrónico propuesto
En lámparas MH y HPS de bajas potencias nominales
Puede construirse un BALASTO COMPLETO mediante las
topologías de potencia, los sistemas de control y los métodos
de diseño presentados en esta tesis:
Mínimo número de interruptores controlados (1 por etapa)
Mínimo número de elementos magnéticos (1 por etapa)
Control de potencia (calentamiento controlado, envejecimiento)
Libre de resonancias acústicas
Protecciones intrínsecas (sobrecorriente, lámpara rota)
Universidad de Oviedo
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
- Se presenta un conjunto de herramientas de diseño para
construir un balasto electrónico de alta frecuenciaTopologías de potencia
Métodos de control
Sistemas de arranque
Control de calentamiento y envejecimiento
- El balasto puede funcionar a frecuencias conflictivas, desde el
punto de vista de resonancias acústicas
- Balasto final de 2 etapas y bajo coste (2 interruptores, 2
inductancias)
Universidad de Oviedo
Aportaciones Realizadas
- Método de monitorización de resonancias acústicas (medida
de componentes armónicas de baja frecuencia de la potencia
instantánea por la lámpara)
- Estudio de diversas formas de onda de alta frecuencia,
teniendo en cuenta las componentes armónicas de la potencia a
la que dan lugar.
- Análisis NORMALIZADO de inversores no resonantes,
teniendo en cuenta estos límites de diseño
Conclusiones
- Se han fijado límites de diseño en diversas topologías de
potencia, buscando minimizar el riesgo de aparición de
resonancias acústicas
Universidad de Oviedo
Aportaciones Realizadas
- Nuevos métodos de control que simultáneamente gobiernan
parámetros tales como la potencia media, la forma de onda de
potencia instantánea, el tiempo de calentamiento, etc.
- Se han construido prototipos del inversor y del arrancador,
buscando verificar experimentalmente los resultados teóricos
obtenidos
- Se propone un nuevo tipo de arrancadores electrónicos para
lámparas de descarga, fácilmente adaptable a cualquier tipo de
inversor electrónico.
Conclusiones
Universidad de Oviedo
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Conclusiones
Inversores Electrónicos:
Balasto Electrónico de Bajo Coste de 2 Etapas para Lámparas de Vapor de
Sodio a Alta Presión de 70 W Basado en Inversor Reductor-Elevador con
Control Modo Corriente
J. García, M. Rico, M. Jaureguizar
XVIII Simposium Nacional del Alumbrado, La Coruña, 2002
Complete Low Cost Two-Stage Ballast for a 70 W HPS Lamp based on a
Current-Mode-Controlled Buck-Boost Inverter.
J. García, M. Rico Secades, J. M. Alonso, A. J. Calleja, J. Cardesín, J.
Ribas, E.L. Corominas
IEEE IAS Annual Meeting, Pittsburgh, PA, USA, 2002
Presentadas
Universidad de Oviedo
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Arrancador:
Using Solid-State Over-Voltage Protection Devices for HID Lamp Ignition
J. García, M. Rico Secades, J. M. Alonso, A. J. Calleja, J. Cardesín, J.
Ribas, E.L. Corominas
IEEE IAS Annual Meeting, Pittsburgh, PA, USA, 2002
Presentadas
Universidad de Oviedo
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Inversores Electrónicos:
Non-Resonant, Quasi-Square Wave, High-Frequency Inverter for HID
Lamps Operation from a DC Bus
J. García, M. Rico Secades, J. M. Alonso, A. J. Calleja, J. Cardesín, J.
Ribas, E.L. Corominas
IEEE IAS Annual Meeting, Salt Lake City, UT, USA, Oct. 2003
Aceptadas
Quasi-Square Wave High-Frequency Inverter with Current-Mode Control for
HID Lamps Operation in the Future Automotive 42 DC Voltage
10th European Conf. on Power Electronics (EPE), Toulouse, Fr., Sept. ‘03
J. García, M. Rico Secades, J. M. Alonso, A. J. Calleja, J. Cardesín, J.
Ribas, E.L. Corominas
Universidad de Oviedo
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Conclusiones
Arrancador:
Aceptadas
Arrancador para Lámparas de Descarga Basado en Dispositivos de
Protección Electrónicos
SAAEI’03, Vigo, Sept. 2003
J. García, M. Rico Secades, J. M. Alonso, A. J. Calleja, J. Cardesín, J.
Ribas, E.L. Corominas
Universidad de Oviedo
Futuras Líneas de Investigación
Conclusiones
- Construcción del balastos electrónicos completos, desde red y
desde batería, buscando optimización del sistema.
- Implementación de los sistemas de control mediante sistemas
de gobierno digitales (microcontroladores)
- Extender los experimentos realizados a mayor número de
lámparas, de distintos fabricantes y de distintas potencias
nominales.
- Análisis de sensibilidad ante variaciones debidas a tolerancias
de construcción
- Realización de estudios de compatibilidad electromagnética de
los inversores propuestos (forma de onda cuadrada)
Universidad de Oviedo
Índice de la Presentación
Introducción
Objetivos y Contenidos de la Tesis
Lámparas de Descarga
Resonancias Acústicas en Lámparas de Descarga
Balastos Electrónicos:
Formas de Onda
Estabilidad
Inversores Propuestos
Análisis Teórico y Obtención de Especificaciones de Diseño
Prototipos Construidos, Experimentos Realizados. Resultados
Arrancadores para Lámparas de Descarga
Conclusiones
Aportaciones Realizadas
Futuras Líneas de Investigación
Universidad de Oviedo
BALASTOS ELECTRÓNICOS NO RESONANTES PARA
LÁMPARAS DE ALTA INTENSIDAD DE DESCARGA:
APORTACIONES EN EL CIRCUITO DE ARRANQUE Y EN LAS
ETAPAS DE CALENTAMIENTO Y RÉGIMEN PERMANENTE
Doctorando: D. Jorge GARCÍA GARCÍA
Gijón, Julio de 2003
Tutores: D. Manuel RICO SECADES
D. Emilio LÓPEZ COROMINAS
Universidad de Oviedo
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