TOPOLOGÍAS AC-DC

TOPOLOGÍAS AC-DC

La principal característica de las topologías presentadas en esta sección es que están directamente conectadas a la línea. Por lo tanto, la corrección de PowerFactor (PF) [30,31] debe tenerse en cuenta en el diseño del controlador si la potencia manejada es lo suficientemente alta. Aparte de eso, se puede considerar nuevamente un árbol de clasificación atendiendo a dos criterios: aislamiento galvánico y topologías pasivas / activas.

4.1 Topologías sin aislamiento galvánico

4.1.1 Topologías pasivas

Si la corrección de PF no es necesaria y el voltaje de salida requerido no es muy alto (pocas series de LED), es posible utilizar una topología tan simple como la que se muestra en la Fig. 11ª

[32] El voltaje en la salida del rectificador de cuatro diodos es muy pequeño en comparación con el voltaje de línea debido a la caída de voltaje a través del condensador en serie C y, por lo tanto, la corriente suministrada a los LED es limitada. Las principales ventajas de esta topología son el costo, el tamaño y la simplicidad. Obviamente, esta solución solo es válida cuando la corrección de PF no es obligatoria (la corriente de entrada tiene un conductor de fase de 90 °) y cuando el rendimiento no es el principal. Además, hay un problema de arranque con esta topología: si el diodo zener DZ y la resistencia R no están incluidos En el diseño, la disposición del LED resistirá el voltaje de línea instantáneo en el momento en que el circuito está conectado a la red y hasta que el condensador se cargue. Esto puede provocar que el LED se descomponga debido a un voltaje excesivo. Debe tenerse en cuenta que no existe una regulación actual activa y que la calidad de la luz es muy pobre. De hecho, la corriente a través del LED no es constante. Tiene un patrón sinusoidal rectificado al doble de la frecuencia de línea y, por lo tanto, el parpadeo será un problema debido a la rápida respuesta de los LED. Sin embargo, esto puede resolverse colocando un condensador de bulbo Cp en paralelo al arreglo de LED para que el patrón rectificado-sinusoidal se filtre y la corriente suministrada al arreglo sea, en cierta medida, constante (Fig.11b).

[pic 1]

el capacitor de entrada Cs permanece cargado, por lo que sus contactos representan un riesgo para los operadores humanos. Debido a esto, se debe colocar una resistencia en paralelo con Cs para que se pueda descargar. Si la corrección PF es obligatoria, se presenta una posible topología pasiva en [33]. Sin embargo, su principal inconveniente es el uso de inductores de baja frecuencia, lo que implica un alto tamaño y costo incluso para aplicaciones de baja potencia. Además, se necesitan tres diodos (aparte de los del puente rectificador). Aunque no necesitan ningún tipo de controlador, sus números de semiconductores son similares a los correspondientes a las topologías activas.

4.1.2 Topologías activas

Topologías de conmutación de una etapa

Las topologías de conmutación de una etapa pueden verse como una evolución de la topología anterior para resolver algunos de sus problemas. La primera posibilidad se muestra en la Fig. 12. En lugar de usar un condensador para limitar la corriente máxima impulsada por los LED, puede ser posible usar un convertidor DCDC en cascada con el rectificador para mantener

[pic 2]

constante la corriente suministrada a la carga. Obviamente, un condensador entre ambos es necesario para tener energía disponible durante los períodos de tiempo en que la tensión de línea es cercana a cero. Con esta solución, la corriente (voltaje) suministrada al dispositivo de iluminación es constante y el parpadeo ya no es un problema. Además, el almacenamiento de energía se realiza a alto voltaje (valor pico del voltaje de línea); en la práctica eso significa que el tamaño del condensador será menor. Este es un punto clave porque hace posible el uso de condensadores no electrolíticos, ampliando la vida útil de la topología. Sin embargo, no existe la posibilidad de realizar una corrección de FP si el convector suministra los LED a una corriente constante. Por lo tanto, esta solución no cumple con las normativas ENERGYSTAR o IEC61000-3-2 Clase C y su campo de aplicación es limitado. Es posible cambiar la situación del condensador de almacenamiento de la entrada a la salida del convertidor (ver Fig. 13a). De esta manera, se puede lograr la corrección PF (el convertidor es un corrector de factor de potencia o PFC) mientras se mantiene una corriente constante en la salida del convertidor (ver Fig. 13b). Como se puede ver, la corriente de salida se detecta y compara con la referencia VIref. La señal de control resultante se multiplica por una referencia semi-sinusoidal (en este caso, el voltaje de entrada rectificado), y la salida del multiplicador es la referencia para el circuito de retroalimentación de corriente de entrada. De esta manera, la corriente de entrada tiene un patrón sinusoidal sincronizado con el voltaje de la línea, mientras que la corriente de salida tiene el valor deseado; sin embargo, colocar el condensador de almacenamiento en la salida implica que la energía se almacena a un voltaje igual al que exige la cadena de LED. Normalmente, la disposición del LED se implementa de tal manera que el voltaje de salida será menor que el valor pico del voltaje de entrada. Por lo tanto, para la misma cantidad de energía almacenada, la capacidad necesaria para esta solución es mayor que en la anterior (en la que la energía se almacena en la entrada del convertidor). Además, el tamaño del condensador resultante será mayor, aunque está clasificado para un voltaje más bajo. La consecuencia principal es que, en un diseño real, el condensador tiene que ser un uno electrolítico y la vida útil del convertidor se ve comprometida. Si se usaran condensadores no electrolíticos, la capacitancia que podría lograrse en la salida del convertidor usando un espacio razonable podría conducir a una ondulación de voltaje de baja frecuencia considerable [34]. Considerando el modelo eléctrico de los LED, esto implicaría incluso una ondulación de corriente relativa más alta y, en consecuencia, un parpadeo no admisible en la luz emitida. Por supuesto, si los LED están dispuestos de tal manera que el voltaje de salida requerido es similar al valor máximo del voltaje de entrada o incluso mayor, este problema se mitiga. Sin embargo, esto no siempre es posible debido a que los requisitos de algunos clientes limitan el voltaje de salida de este tipo de aplicaciones a 60 V debido al límite de voltaje peligroso. Además de lo explicado, debe tenerse en cuenta que la topología de una etapa es una solución de ahorro de costos y volumen, al tiempo que mantiene una regulación precisa de la corriente de salida y otras ventajas de control (protección contra cortocircuitos, atenuación, etc.). Además, su eficiencia puede ser alta ya que solo se realiza una conversión de energía. Finalmente, las topologías de una etapa que suministran varias cadenas conectadas en paralelo pueden resolver el problema mencionado en la Sección 2 de dos maneras diferentes: los ecualizadores pueden conectarse a cada cadena o cada cadena puede ser suministrada por su propio convertidor. Con la primera opción, el costo no aumenta significativamente, pero la eficiencia disminuirá debido a la poca eficiencia del ecualizador. Con la segunda opción, la eficiencia no se ve afectada, pero el costo y el tamaño aumentan significativamente, aunque cada convertidor no está diseñado para la potencia nominal, sino para la potencia de la cadena de LED. Hay algunas topologías que son válidas para soluciones de una etapa. Si la corrección PF no es obligatoria, es posible tener el condensador de almacenamiento de energía en la entrada. Considerando que el voltaje exigido por la disposición del LED es normalmente más bajo que el valor pico del voltaje de entrada, el convertidor buck puede ser válido. ) son una opción perfecta. Además, si la disposición LED requiere un voltaje de entrada mayor que el valor máximo del voltaje de entrada, se puede seleccionar el convertidor de refuerzo [36-38] que funciona en modo de conducción de límites (BCM). Como se mencionó, puede aparecer algún problema de arranque con esta topología debido a las altas corrientes de entrada. Los modos de conducción (CM) pueden definirse atendiendo a la corriente a través del inductor del convertidor (ver Fig. 14) [16]. Si la corriente del inductor no llega a cero, el convertidor está funcionando en CM continuo (CCM). Si la corriente llega a cero y permanece con ese valor durante un tiempo, el convertidor está funcionando en DCM.

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