INSTRUMENTACIÓN DE UN IMPULSOR PARA LÁMPARA DE LED

“UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA”

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECÁNICA, MECÁNICA ELECTRICA Y MECATRÓNICA

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CIRCUITOS ELECTRONICOS

TEMA                :        INSTRUMENTACIÓN DE UN IMPULSOR PARA LÁMPARA DE LED 

DOCENTE        :        SERGIO MESTAS RAMOS.

SECCION        :        B

ALUMNOS        :         MAMANI MAMANI CARLOS CESAR

                        USKA QUIROZ JORGE ANDRES

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Resumen

Se realiza en este artículo la instrumentación de un impulsor par una lámpara de LED. El objetivo es controlar la intensidad luminosa de una lámpara LED por medio de la ténica PWM, con circuitos RC y Mosfet. Se realiza este método por medio del concepto de reactancia capacitiva para limitar la corriente de entrada la cual es alterna.

Introducción

El calentamiento global ha sido uno de los más grandes problemas en la Tierra debido a los gases del efecto invernadero en nuestra atmósfera. Estos cambios climáticos se deben al excesivo uso de combustibles fósiles para la producción de energía. Desde hace años se busca otras alternativas conocidas como energías renovables, ya que estas no producen gases de efecto invernadero como lo hacen los combustibles fósiles.

Estas energías renovables tienen el inconveniente que tienen costos elevados al hacer una inversión inicial, y por eso la mayoría utiliza la energía por los combustibles fósiles ya que son de menor costo. Pero aún así otras personas apoyan al ahorro energético utilizando dispositivos o aparatos más eficientes en el consumo de energía.

Si nos fijamos en la iluminación se usa la lámpara incandescente, la cual está por desaparecer porque consume demasiada energía, es poco eficiente, y ofrece poca luminosidad; a causa de eso aparece la Lámpara Fluorescente Compacta (LFC), la cual consume menos energía y tiene mayor vida útil y luminosidad; su defecto es que contiene mercurio necesario para su funcionamiento, y esto es un elemento tóxico.

Así que luego de la lámpara fluorescente compacta aparecen los Diodos Emisores de Luz (LEDs), estos son mucho más eficientes que los LFC, tienen mayor tiempo de vida útil, mayor luminosidad y es pequeño. Estos dispositivos se aplican a distintas áreas como en medicina, en faros automotrices, pantallas LED, alumbrado público, etc.

Los Diodos Emisores de Luz están libres de mercurio, por lo que son dispositivos de energía limpia, la aplicación de la tecnología LED tiene el objetivo de reducir el consumo de energía y el calentamiento global.

En este artículo se busca aplicar la técnica de modulación por ancho de pulso (PWM) para controlar la corriente y la intensidad de los LEDs, y así extender la vida útil del mismo. Incorpora también un limitador de corriente a través de la reactancia capacitiva, bajando los costos al ya no utilizar los convertidores cd-cd. El resultado es tener una propuesta de iluminación que ayuda al medio ambiente y al gasto innecesario de energía.

Métodos

La opción de controlar la corriente que circula por los LED’s por medio de la resistencia capacitiva a nivel experimental, se considera una buena forma de limitar la corriente en voltaje alterno sin elevar el consumo de potencia. La rectificación es necesario debido al proceso de transformación de corriente alterna CA a corriente continua CD para la entrada del impulsor. Luego encontramos las relaciones matemáticas necesarias para los diferentes componentes que conforman al impulsor LED.

El funcionamiento del impulsor LED toma como alimentación una corriente alterna que se convierte en corriente continua utilizando un rectificador, el cual suministra corriente a los LED’s.

Con la técnica de conmutación por ancho de pulso (PWM) se regula la intensidad de corriente que circula por los diodos LED, ya que se puede manejar el ciclo de trabajo, y a la vez, un tiempo de descanso en estado de apagado que prolonga la vida útil de LED. En otras palabras, a la fuente de corriente alterna se rectificará y se disminuirá su voltaje según requiera el arreglo de LED, seguidamente se le añade un PWM para la conmutación del Mosfet.

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Fig. 1 Diagrama a bloques de un impulsor LED

Reactancia capacitiva

El método de la reactancia capacitiva en coordenadas polares se escribe como:

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Donde P es la potencia promedio y Q se denomina potencia reactiva provocada por las capacitancias y bobinas del circuito. La Q se define como Volt-Ampere-Reactivo (VAR)

Se deduce la impedancia como:

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Para ver la relación con la frecuencia se sustituye S=jw variable en el plano complejo. Por lo tanto.

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De donde

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Lo cual es lo que buscamos.

LED

Del bloque de LED’s podemos ver que hay variedad de fabricantes en donde el brillo y corriente de consumo son diferentes, pero no a simple vista, sin embargo, cuando se conecta a una fuente de tensión con la misma intensidad de corriente, estos ofrecen distinto brillo.

Para alcanzar a una vida útil optima y el mismo brillo, debemos utilizar la corriente recomendada por el fabricante. Estos dos puntos que son corriente y brillo de un LED se maneja utilizando un modulador, de otra manera la corriente estaría variando entre la corriente óptima y corriente máxima o corriente mínima.

Mosfet

Es necesario un Mosfet de potencia ya que se constituye en el bloque, es un dispositivo controlado por voltaje. La velocidad de conmutación es muy alta, y los tiempos de conmutación son el orden de nanosegundos. Estos tienen el problema de descarga electrostática y requieren cuidados especiales en su uso.

PWM

Existen diferentes técnicas de PWM, una que utilizaremos es la Modulación por ancho de pulso sinusoidal. Es una de las más utilizadas en la industria por su baja distorsión armónica, para crear se necesita dos señales, una portadora y otra moduladora.

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Fig. 2 Gráfica de la corriente óptima de funcionamiento para cada LED con la intensidad lumínica apropiada.

La construcción común de un circuito PWM se lleva por medio de un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta con una señal triangular, y la otra con una señal moduladora sinusoidal proporcionada por un generador de ondas. La frecuencia de salida es igual a la señal triangular y el ciclo de trabajo está en función de la portadora.

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