Alta Eficiencia Con El Controlador Con Capacitor Electrolítico Para Alumbrado Público.

Resumen

Diodos emisores de luz de alto brillo (HB-LED) por sus siglas en inglés, son considerados el futuro en la tendencia de iluminación debido a su gran eficiencia en la transformación de energía en luz

Este articulo muestra como se ha desarrollado un convertidos ya que es necesario tener una corriente de tipo continua para aprovechar al máximo el potencial de un diodo emisor de luz, se ha desarrollado mediante dos y hasta tres etapas que han sido expuestas en el documento, cuando se realizan dispositivos de iluminación con alta eficiencia y confiabilidad existen normativas que exigen un factor de potencia en conversores ac-dc que cumplen con la norma EN61000-3-2 clase c

El costo de una lámpara de alta eficiencia y confiabilidad es mucho más alto que el de una lámpara normal por lo que es un factor muy tomado en cuenta a para el desarrollo de este articulo por lo que se enfoca en lámparas de alumbrado público el cual demanda un costo de mantenimiento mayor que el que existe para un mantenimiento de lámparas en los hogares y también se requiere que funcionen durante largos periodos en este tipo de aplicaciones el costo de la lámpara pasa a ser secundario a comparación de su eficiencia, teniendo esto en cuenta se diseñan aplicaciones con topologías de dos etapas o tres etapas en donde la primera etapa está hecha con un rectificador y un conversor de impulsos o fuente de swhitchadoque posee un rizado en el voltaje que debe ser tomado en cuenta para las siguientes etapas, a base de capacitores electrolíticos los cuales ayudan a reducir la oscilación de una onda rectificada la segunda etapa consiste en un transformador electrónico de dos salidas optimizado para proporcionar una aislamientogalvánico de muy alta eficiencia y por último la tercera etapa que posee un convertidor de carga de dos entradas esta etapa cuando está cargada se ocupa de eliminar las ondas de rizo de baja frecuencia y a su vez modula individualmente la corriente de salida para cada arreglo de leds.

Lo más notable en este tipo de topología es la reducción de presión cuando trabajan cada uno de sus elementos lo cual ayuda a mejorar la eficiencia de los mismos.

Las lámparas con esta característica no solo presentan una alta eficiencia y confiabilidad sino que también pueden ser dimerizadas en su totalidad y para su uso en iluminación de alumbrado público debido a sus tres etapas de trabajo y a que en cada una de ellas no se ha trabajado con capacitores electrolíticos.

Figura 1: esquema básico de la topología propuesta

II. Transformador Electrónico (segunda etapa)

Se debe mencionar que la primera etapa con un convertidor de impulso trabaja en un modo de límite de conducción que permite una eficiencia del 97% trabajando sin capacitores electrolíticos

El rizo es algo muy influyente en la segunda etapa ya que existen frecuencias bajas pero debido a la carga de la tercera etapa se puede utilizar un transformador electrónico por lo que se ha considerado un aislamiento galvánicoaunque existe la posibilidad de utilizar un transformador magnético que no exija ningún costo extra

La configuración del transformador es mostrada en la figura 2 que muestra que la forma de operar del trasformador es por medio de la configuración de medio puente que consiste en un switchaje mediante el cruce por cero con lo que se logra un arreglo en del 50% en la onda con lo que se logra una mejor eficiencia que es el objetivo de este sistema de tres etapas

Figura 2: Transformador Electrónico

III. Breve descripción de la técnica de manejo propuesta

Existe una relación entre el voltaje suministrado y un arreglo de N LEDs y la corriente que demandan que se muestra en la figura tres

Por lo que se ha diseñado esta nueva forma de manejo donde se dimeriza de forma total la corriente sin embargo esto sacrifica parte del voltaje de salida pero se disminuye el trabajo realizado por los semiconductores logrando así un mayor tiempo de vida de los mismos esta técnica trabaja haciendo una aproximación de los diodos a un diodo ideal junto con una resistencia autoajustable.

Finalmente se debe mencionar que esta técnica de manejo de diodos mediante tres etapas permite su modulación o dimerización por amplitud de la entrada o también por el conocido PWM que es la modulación por ancho de pulso.

Figura 3: Flujo luminoso de un arreglo de N LEDs ideales

Convertidores TIBuck (Tres etapas).

Las tres etapas son responsables de eliminar el voltaje de onda proveniente de la salida del FET y ajustar el nivel de corriente a un valor deseado.

En la figura 4 podemos ver que el ánodo del primer LED se encuentra conectado al V3_low y al V3_high, el elemento que controla que voltaje llega al LED es el MOSFET, de este hecho podemos determinar la siguiente ecuación:

(V3_high - V3_low)*D+(V3_low-Vout_3)*(1-D)=0 [#]

Donde D es el ciclo de trabajo del MOSFET.

Comparado con un BUK convencional este diseño tiene 2 ventajas. La primera es que el voltaje que entra al filtro es más fácil de filtrar, la segunda es que los voltajes resistidos por el MOSFET y del diodo son considerablemente bajos comparados con un tradicional BUK de la cual se obtiene la siguiente fórmula:

Vs_max = Vd_max = V3_high - V3_low [#]

Figura 4: Tres etapas.

Donde Vs_max y Vd_max son los máximos voltajes de resistencia del MOSFET y del diodo de TIBuk.

Se debe notar que la energía procesada por el controlador Buck a un LED tiene una simple entrada a dicho controlador.

La cancelación que realiza el filtro es controlado en el lazo cerrado de control y consecuentemente, la suseptividad del punto deseado del TIBuck. Las ecuaciones lineales que definen esta operación son:

Cuando ingresamos perturbaciones obtenemos lo siguiente:

Las ecuaciones con letra mayúscula corresponden al espacio de estados. Con estas ecuaciones obtenemos las siguientes funciones de transferencia:

Analizando

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