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.

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.

Comparador

de cruce por

cero

Circuito

integrador

Comparador de

voltaje de

referencias

Circuito

monoestable

Opto aislador

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=VOL para VP<VN

Vo=VOH para VP>VN

Se considera correcto que el comprador es un convertidor analógico digital de un

bit.

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:

VOH

VOL

Vo [V]

VD

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.

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms

V(salida1) V(salida2)

-20V

-10V

0V

10V

20V

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.

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.

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms

V(salida3)

-5V

0V

5V

10V

13V

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

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.

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms

V(pulsosal)

-10V

0V

10V

20V

V(salida3) V(potenciometro)

-10V

0V

10V

SEL>>

Para otra magnitud de voltaje de referencia.

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms

V(pulsosal)

-10V

0V

10V

20V

SEL>>

V(salida3) V(potenciometro)

-10V

0V

10V

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.