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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.
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
Vo [V]
VOH
VD
VOL
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:
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.
20V
10V
0V
-10V
-20V
0s
V(salida1)
10ms
V(salida2)
20ms
30ms
Time
40ms
50ms
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.
13V
10V
5V
0V
-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
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.
10V
0V
SEL>>
-10V
V(salida3)
V(potenciometro)
20V
10V
0V
-10V
0s
10ms
20ms
30ms
40ms
50ms
60ms
V(pulsosal)
Time
Para otra magnitud de voltaje de referencia.
10V
0V
-10V
V(salida3)
V(potenciometro)
20V
10V
0V
SEL>>
-10V
0s
10ms
20ms
30ms
V(pulsosal)
Time
40ms
50ms
60ms
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.