T2475.pdf

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO INTELIGENTE,
PARA DIMERIZACION DE LÁMPARAS INCANDESCENTES DE
300W.
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERA EN
ELECTRÓNICA Y CONTROL
JANNINE GRACIELA AGUIRRE VEGA
Director: Dr. Alberto Sánchez
Quito, Noviembre 2005
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por la señorita Jannine Graciela
Aguirre Vega, bajo mi supervisión
Dr. Alberto Sánchez
DIRECTOR DE PROYECTO
DECLARACIÓN
Yo, Jannine Graciela Aguirre Vega, declaro bajo juramento que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún
grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas
que se incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normatividad institucional vigente.
Jannine Graciela Aguirre Vega
DEDICATORIA
A mis padres Milton y Mirian por haber depositado en mí toda su confianza, amor
y por todos sus esfuerzos para darme la educación que ahora tengo.
A mis tíos Julio e Inés que a lo largo de mi vida han sido mis segundos padres
Jannine Aguírre.
AGRADECIMIENTO
A Dios y a la Santísima Virgen quienes con sus bendiciones han hecho posible el
término de un sueño más en mi existencia.
A mi padre, Milton por todo su amor, sobre todo por sus esfuerzos y sacrificios
lejos de su tierra para darme la educación que tengo.
A mi madre, Mirian símbolo de abnegación y apoyo incondicional, sin su ayuda,
ninguna fase de mi vida hubiera sido posible concretar.
A mis tíos Julio e Inés por no faltarme nunca con su cariño ni con su apoyo en
todo sentido, pues la esencia de mi formación se constituyó con sus enseñanzas
y sabios consejos.
A mi hermana que con su dulzura y travesuras ha sabido llenar mi vida de
felicidad.
A mis abuelitos, tíos, primos y a toda mi familia, por su cariño, comprensión que
fueron mi fuerza para culminar con éxito mi carrera.
Al Dr. Alberto Sánchez, por su acertada dirección en el desarrollo del presente
proyecto y por su gran calidad humana.
A Edison, por su apoyo incondicional y por estar a mi lado en todo momento.
A todos quienes pusieron su confianza en mí a lo largo de mi vida, gracias por
transmitirme y enseñarme el verdadero mensaje de la fraternidad humana.
Jannine Aguirre.
IV
RESUMEN
En e! presente escrito se presenta el desarrollo de un dimer para lámparas
incandescentes de 300 Vatios operando a una frecuencia de conmutación de
2,4KHz.
Para esto, se ha utilizado un conversor AC /AC implementado con MOSFET's en
configuración en antiparalelo con control de modulación por ancho de pulso
senoidal SPWM.
El sistema incorpora protecciones que actúan en el caso de sobrepasar niveles
fijados de voltaje y corriente.
El dimer realizado dispone de diez niveles de iluminación de 10 a 100%, cuyo
control se realiza de dos formas;
a) manualmente en el dimer a través de dos pulsadores que aumentan o
disminuyen el nivel de iluminación.
b) a través de una consola ¡mplementada en LabVIEW que envía datos a 32
canales a través de! protocolo unidireccional DMX512.
El dimer es direccionado de forma binaria para la recepción de datos enviados por
la consola.
V
PRESENTACIÓN
El presente proyecto constituye un medio alternativo en el campo de la
iluminación para varias aplicaciones así se ha implementado un dimer de óptimas
características que cumple las necesidades que se presentan en la actualidad. El
proyecto se desarrolló en ocho capítulos que se explican a continuación
En el capítulo 1 se provee de una explicación general del trabajo realizado
mediante un análisis de los antecedentes y razones por las cuales se realizó el
proyecto y las formas como conseguir los objetivos planteados en el mismo.
En el Capítulo 2 se explican los fundamentos teóricos básicos sobre los
componentes usados en los conversores AC/AC, y las topologías de los mismos
que nos permite realizar la correcta elección del circuito a usarse para esta
aplicación
de iluminación
para una carga puramente
resistiva
(lámpara
incandescente de 300W)
El Capítulo 3 toma en cuenta las consideraciones pertinentes sobre la carga
analizando parámetros que deben incluirse en un diseño, así como la técnica de
control de modulación por ancho de pulso senoidal SPWM
analizando sus
ventajas, forma de generación de la señal, entre otros aspectos.
El Capítulo 4 explica el protocolo DMX512, dando las pautas de sus
características físicas como cableado, conectores, función del splitter y buffers,
terminaciones requeridas, así como de su principio de funcionamiento y trama
datos que debe desarrollarse para ser enviada al dimer.
En el Capítulo 5 se consideran especificaciones técnicas que deben cumplirse y
se realiza el diseño del circuito de control, circuito de potencia, protecciones para
el equipo y diversos circuitos auxiliares para un buen funcionamiento del sistema.
Se realiza también una explicación de los criterios tomados en cuenta en la
impfementación del software de control del dimer.
vi
El Capítulo 6 indica los criterios analizados en la realización del software para e!
control remoto del dimer, tanto en la consola de manejo implementada en
LabVIEW como en la obtención de la trama exigida por el protocolo DMX512.
En el Capítulo 7 se presentan los resultados tomados en el funcionamiento de ios
circuitos como son: ondas obtenidas a través del osciloscopio HP54645D y
capturados vía serial; para los diferentes niveles de iluminación se indican los
voltajes de control, voltaje y corriente en la carga, comparaciones con el cruce por
cero de voltaje, así como temperaturas alcanzadas en el dispositivo, distorsión
armónica en la línea y la trama de datos generada para el control remoto.
Finalmente en el Capítulo 8 se concluyen aspectos importantes encontrados a lo
largo del desarrollo del proyecto y se recomiendan posibles estudios que pueden
realizarse para la ampliación del conocimiento de los dimers.
VH
CONTENIDO
PAG.
Certificación
i
Declaración
ii
Dedicatoria
iii
Agradecimientos
Iv
Resumen
v
Presentación
vi
Contenido
viii
1. Introducción
1
2. Fundamento Teórico
6
2.1 Componentes Básicos de los Conversores AC/AC
6
2.2 Topologías de los Conversores AC/AC
8
3. Consideraciones Sobre la Carga
10
3.1 Control de Fase con Modulación de Ancho de Pulso
Senoidal SPWM
12
4. Protocolo DMX512
16
4.1 EIDMX512....
,
16
4.2 Cables
17
4.3 Conectores.....
17
4.4 Principios de Funcionamiento
18
4-.5 Distancias
19
4.6 Terminaciones
,.
19
4.7 Splittery Buffer
20
4.8 Trama de Datos
21
5. Diseño y Construcción
25
5.1 Descripción General de la Arquitectura del Sistema ......
25
5.2 Especificaciones Técnicas
26
VIH
5.3
Diseño del Circuito de Potencia
27
5.4 Diseño del Circuito de Control
32
5.5
38
Protecciones Eléctricas
5.6 Circuitos Auxiliares
44
6. Diseño del Software para el Control remoto de Dimers
50
7. Pruebas y Resultados
53
8. Conclusiones y Recomendaciones
71
Referencias Bibliográficas
73
Anexo 1: Programa de Control del Dimer
75
Anexo 2: Programa de Generación del Protocolo DMX512 ..............
94
Anexo 3: Consola de Control desarrollada en LabVIEW
96
Anexo 4: Esquemático del Dimer
99
Anexo 5: Datos Técnicos del MOSFET IRF840
100
IX
CAPÍTULO 1.
INTRODUCCIÓN
La aplicación de la electrónica y control es requerida en la actualidad para ofrecer
un diseño de control que lleve una solución satisfactoria en diversos campos.
Para cumplir este objetivo se usan principalmente convertidores electrónicos de
potencia que convierten una señal de control en una señal de acción para un
dispositivo.
La era moderna de la automatización electrónica debe su existencia a los
semiconductores de potencia, que han evolucionado de una forma impresionante
desde hace algunos años.
Así, en la actualidad ios dispositivos de mayor importancia para las aplicaciones
de control son los transistores de potencia y MOSFET's de potencia. Estos
últimos han tenido un tremendo crecimiento en aplicaciones de convertidores de
cientos de vatios.
A diferencia de los transistores bipolares los MOSFET's son un mejor dispositivo
para el control de voltaje, sin embargo presenta caídas de voltajes que se
incrementan al aumentar la temperatura o el voltaje de entrada.
Debe así analizarse diferentes tipos de dispositivos semiconductores de potencia,
topologías o circuitos de conversión de energía y esquemas de control necesarios
en diversas aplicaciones de los convertidores electrónicos de potencia para
obtener buenos resultados en diferentes campos como la iluminación.
Así pues, el tema de la iluminación electrónica ha cobrado mayor vigencia en los
últimos años junto con el desarrollo sostenido que ha presentado la Electrónica de
Potencia.
En ia actualidad es necesario optimizar el uso de la energía, logrando un nivel
apropiado, buen rendimiento y poco consumo debido a su encarecimiento, razón
por la cual aparecieron los dimers que son dispositivos electrónicos que permiten
atenuar la intensidad lumínica de las lámparas.
Son varios los motivos por los cuales ia utilización de dimers está creciendo día a
día: ahorro de energía, mantenimiento de niveles lumínicos, requerimientos
arquitectónicos y decorativos, entre otras razones.
Hay varios tipos de tecnologías y su utilización depende del tipo de lámpara y de
la potencia a controlar.
Respecto a la iluminación, los sistemas que se han ido diseñando han sido cada
vez más complejos; ¡nicialmente, se
diseñaron sistemas
de iluminación
controlados manualmente, luego se logró cierta automatización donde se
realizaban encendidos y apagados de ios sistemas de iluminación con secuencias
rígidas, mediante un sistema de control analógico lineal, con el cual cada uno de
los dimers necesitaba de un control con un conductor proveniente de la consola.
Por ejemplo, una consola de 32 canales debía tener uno o más conectores
multipolares con un mínimo de 32 contactos, además de la tierra.
Obviamente, cuanto más aumentaba el número de canales, también lo hacía el
número de contactos y de conectores. Los cables y los conectores multipolares
eran pesados, obstaculizantes y costosos.
Luego, apareció un sistema de control que se realiza desde una consola
implementada en un computador, sin embargo aparecieron problemas frecuentes
por la incompatibilidad existente entre dispositivos debido ai uso de diferentes
conectores e identificaciones de los pines, además que los voltajes y las
corrientes de control eran diversos y frecuentemente de polaridades diferentes.
Con la llegada de las consolas a memoria, basadas en microprocesadores, la
conexión entre ellas y el dimer raramente fue digital, todos los dimers fueron
analógicos y era preferible distribuir las señales a través de conectores
muitipolares.
Algunas fábricas a la vanguardia iniciaron el empleo de sistemas de transmisión
más eficientes, como el múltíplex analógico o digital. Esto creó más confusión
porque se crearon nuevas incompatibilidades además de las ya existentes pues
se trataba de protocolos propietarios, incompatibles entre ellos, razón por la cual
se creó un protocolo .estándar para el manejo de los diferentes elementos
utilizados en un escenario tal como es el DMX512 para un sistema digital que
permite enviar la señal con un código binario a través de un cable con dos o tres
conductores y una protección para eliminación de ruido.
En la actualidad existen mayormente dimers digitales que presentan más
ventajas con respecto a los tradicionales analógicos, como son el dar una
respuesta más rápida y ofrecer una regulación más estable y precisa.
Existe una gran oferta del producto a través de diversos medios, razón por la cual
se considera importante presentar un producto alternativo para suplir las
necesidades
de iluminación en diversos
medios,
principalmente
teatros,
escenarios, autopistas, televisión, etc. coadyuvando el desarrollo tecnológico del
país a través de esta investigación aplicada
Por tanto, es necesaria la realización de un dispositivo para cumplir este objetivo,
para lo cual se diseñó y construyó un dimer operando a una frecuencia de
conmutación de 2,4KHz para el manejo de lámparas incandescentes de 300
Vatios utilizadas en los fines anteriormente indicados
El control del dimer se realiza a través de una Modulación por Ancho de Pulso
Senoidal SPWM la cual se seleccionó luego de un análisis del principio la técnica
tradicional de modulación de ancho de pulso PWM y de técnicas de reducción de
armónicos.
Debido a que actualmente los distintos medios de iluminación se adecúan a las
innovaciones tecnológicas para ahorro de costos y espacio, se utiliza la conexión
de dimers a un software donde se ¡mplementa una consola de control, además de
que en un escenario los dimers deben ser controlados desde una posición lejana,
presentando ia posibilidad de llevar a la consola a distintas zonas del escenario.
Así, el control remoto se desarrolla considerando que en la actualidad se utiliza un
protocolo estándar para manejo de dimers, motorizados, proyectores robotizados,
proyectores de efectos, cambia colores y otro tipo de elementos usados en la
implementación de un escenario como es el DMX512.
A este protocolo se lo desarrolla a través de un software realizado en un PÍC
16F873 que recibe los datos enviados vía puerto paralelo a través del LabVIEW y
los transmite a la velocidad que indica el protocolo con los bytes necesarios para
la sincronización entre el dimery la consola.
Este software permite el manejo de 32 canales debido a la limitación de manejo
de cargas que presenta el ¡nterfase RS-485 requerida por el DMX512.
También se realiza un control manual desde el dimer a través de pulsadores que
aumentan
o disminuyen el nivel lumínico entre los diez niveles de iluminación
desarrollados en el control.
Otros aspectos tomados en cuenta en el presente proyecto son la reducción del
tamaño del equipo diseñado, así como el mantenimiento de un alto rendimiento
además de lograr un bajo costo de construcción, para esto se ha optado por el
uso de elementos cuyo costo es accesible y son de fácil adquisición en nuestro
medio.
Es necesario proteger debidamente al equipo ante posibles eventualidades, por lo
que se debe conocer las diferentes formas y elementos de protección, para
realizar una correcta selección evitando daños en el sistema.
El dimer diseñado consta de las siguientes características:
•
Dimer operando a 2,4KHz para lámparas incandescentes de 300W
•
32 canales de dirección
«
Protocolo de comunicación DMX512.
•
Direccíonamiento binario a través de dip switch
•
Salidas opto aisladas para evitar daños en el sistema de control
•
Protecciones necesarias
•
Diez niveles de iluminación
•
Control manual de aumento o disminución de nivel lumínico
»
Control remoto a través de la consola implementada en LabVIEW
•
Indicadores de alimentación, nivel de iluminación, errores en el dimer útiles
en la instalación y operación del equipo.
CAPÍTULO 2.
FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1 COMPONENTES BÁSICOS DE LOS CONVERSORES AC/AC
Desde inicios de la electricidad ha existido la necesidad de realizar su control y
optimización,
así, con el aparecimiento de semiconductores de
potencia
compactos, rápidos y efectivos se ha cumplido este objetivo
Inicialmente se utilizaron elementos tales como: interruptores manuales, relés,
motores que manejan auto transformadores.
Sin embargo, en la actualidad,
existen dispositivos de estado sólido que permiten este control, como lo son:
SCR's, TRIAC's, usándose
mayormente MOSFET's, HEXFET's e IGBT's por
presentar mejores características comparadas con los tiristores.
Su control puede realizarse por medio de las señales obtenidas de distintos
elementos
como
los
UJT,
PUT,
555,
amplificadores
operacionales,
microprocesadores tales como los PIC's, entre otros. (Rivera y Chico, 1995).
5Kv í
4Kv
Q o mente
i [vIOSFET -,¿:
500 A
Frecuencia
1000 A
í 500A
2000 A
3000A
Figura 2.1. Rangos de Voltaje y Corriente de los Elementos (URL:3 )
A continuación se presentan condiciones de uso de los diferentes dispositivos:
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Considerando que el MOSFET
es un dispositivo controlado por voltaje, que
requiere una corriente de entrada pequeña para su activación, que la velocidad de
conmutación es muy alta ya que los tiempos de conmutación son del orden de los
nano segundos y que no tienen los problemas de los fenómenos de ruptura
secundaria que tienen los BJT (Mohán, 1989) se los utilizará en el presente
proyecto, debido a ser una aplicación de alta frecuencia cuyos requerimientos de
carga se encuentran dentro de los límites de funcionamiento de este dispositivo.
2.1 TOPOLOGÍAS DE CONVERSORES AC/AC:
Un conversor AC/AC ideal debe tener la capacidad de variar tanto la amplitud
como la frecuencia de la señal alterna de entrada con eficiencia de manera que
no introduzca elementos resistivos o inductivos adicionales, ni distorsión. Pueden
ser de tres tipos:
•
Reguladores o controladores de corriente alterna (Rashid, 2004): Obtiene
corrientes alternas de magnitud variable y frecuencia fija, igual a la de
entrada, presenta
limitaciones importantes como son: la distorsión del
voltaje de salida debido al fraccionamiento de la onda senoidal, el aumento
de la potencia aparente causado por la potencia de distorsión y la potencia
reactiva, así como la generación de interferencia radioeléctrica (disminuida
en gran manera por el control de fase inverso)
Para el caso del control integral, la distorsión y el aumento de potencia aparente
son reducidas
MI
Figura 2. 2. Configuración del Regulador de Corriente Alterna por Control total de fase
inverso o de ciclo integral.
•
Ciclo conversores (Rashid, 2004): Realizan la conversión directa de AC
fija a AC de amplitud variable y frecuencia menor que la de entrada. Está
*
formado por dos conversores AC/DC controlados, conectados en inverso
paralelo, los cuales alimentan la misma carga.
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Figura 2.3. Circuito Básico del Ciclo Convertidor Monofásico/Monofásico
(Rashid, 2004)
Control AC/AC por muestreo (Zapater, 1992): Esta técnica de conversión
posibilita el control de cargas inductivas proporcionando baja distorsión del
voltaje de salida y alta eficiencia. Consiste en realizar un muestreo de la
señal de AC de alimentación por medio de una onda cuadrada de ancho de
pulso variable, para obtener, luego de un ultraje adecuado, una resultante
senoidal de menor amplitud que la original.
INTERRUPTOR SERIE
O
VOLTAJE DE ENTRADA
SEÑAL MODULADA POR ANCHO DE PULSO
VOLTAJE DE SALIDA
oFigura 2.4. Diagrama de Bloques del Conversor AC/AC por Muestreo. (Zapater, 1992}
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Z
O
£U
!o=sobrecargas,
fo=cte,
THD~medio
P=a!to, Q=nulo
RESISTIVA PARA
ILUMINACIÓN Y
CALEFACCIÓN
MOTORES DE AC
Vo=variable,
lo-sobrecargas,
fo=variable,
THD=alto,
P-alto, Q=alto
EQUIPOS
ELECTRÓNICOS
Vo=cte, fo=cte,
THD=bajo,
P=medio, Q=bajo,
sobre corriente.
CARGA
Conversor AC/AC por muestreo
(control de magnitud)
Control de ciclo integral
(control de la magnitud)
Control de fase
(control de la magnitud)
Control lineal, rapidez, eficiencia, no
generación de Q adicional, THD nulo.
No interferencia, robustez, costo, rapidez.
Sencillez, eficiencia, rapidez, costo, poca
interferencia radial (en base a
complejidad), robustez.
Eficiencia, control continuo de voltaje,
P alta.
Control continuo de voltaje y frecuencia, P
alta.
Grupo rectificador inversor
(control de velocidad)
Conversor AC/AC por muestreo
(control de velocidad)
Alta eficiencia, control de voltaje y de
frecuencia, robustez, manejo de Q alta,
P alta.
Eficiencia, rapidez, control continuo, poca
complejidad, no Q adicional
Precisión, rapidez, control continuo,
no Q adicional.
Ciclo conversor
(control de velocidad)
Conversor AC/AC pormuestreo
(regulador de voltaje)
Grupo rectificador inversor
(UPS)
Robustez, baja distorsión, velocidad,
control continuo, complejidad baja.
Robustez, eficiencia, baja distorsión,
velocidad, mediana complejidad circuital.
Transformador con salidas
múltiples controladas
electrónicamente (regulador de
voltaje)
Transformador ferro resonante
(regulador de voltaje)
VENTAJAS
TIPO
CONVERSOR AC/AC APLICABLE
Complejidad relativa.
Control discreto y limitado,
Q adicional bajo.
Alto THD, Q adicional por
distorsión, control no lineal.
No control de frecuencia.
Alta complejidad, rendimiento, poca
robustez.
Frecuencia menor a la frecuencia
de la red, generación de Q por
distorsión, alta complejidad
Auto transformador elevador,
sin aislamiento de la red.
Rendimiento, complejidad, costo,
mantenimiento, transformador.
Baja eficiencia, voluminoso,
Q adicional, tecnología de
materiales.
Control discreto del voltaje,
Q adicional
DESVENTAJAS
La carga a manejarse es puramente resistiva para iluminación
incandescente de 300W)
(lámpara
razón por la cual se ve como mejor opción la
implementación de un control de fase inverso (ciclo integral) debido a las ventajas
que se presentan en la tabla anterior.
3.1 CONTROL DE FASE CON MODULACIÓN DE ANCHO DE
PULSO SENOIDAL SPWM:
Se implementará un control de fase inverso bidireccional (o de onda completa),
como lo indica la figura 3.1.
Durante el semiciclo positivo del voltaje de entrada, el control del flujo de potencia
se realiza mediante el funcionamiento del MOSFET 1; mientras que el MOSFET 2
controla el flujo de potencia durante el semiciclo negativo del voltaje de entrada.
Es necesario evitar la conducción simultánea de los MOSFET's razón por la cual
se añaden dos diodos para asegurar el funcionamiento de solo uno de ellos
debido a la circulación de corriente
Figura 3.1. Circuito del control de fase inverso con diodos de direccionamíenío
(Rivera y Chico, 1995)
Durante un semiciclo, el MOSFET1 y el diodo D1 conducen juntos, el MOSFET 2
y diodo D2 conducirán durante el otro semiciclo. Esto traería como consecuencia
el aumento de las pérdidas de conducción de los dispositivos y reducción de la
eficiencia debido a que existen dos dispositivos de potencia que conducen en
forma simultánea.
Debido a que no se ¡mplementará un corrector activo del factor de potencia en el
sistema, y considerando que una de las mejores técnicas para reducir el
contenido armónico es el Control por Modulación de Ancho de Pulso Sinusoidal
(SPWM), se lo usará en el proyecto. Esta técnica se basa en la comparación de
una señal sinusoidal modulante y una señal portadora triangular como se indica:
(a)
AVo
Vs
5m
zrr
-Vs
(b)
Figura 3,2. a) Comparación del SPWM Monofásico, b) Forma de onda del SPWM
(Rashid, 2004)
En donde los anchos de pulso modulados se determinan con los puntos de
intersección entre las dos señales.
Dependiendo de cual señal de voltaje,
modulante (senoidal) o portadora (triangular) sea mayor o menor, el pulso de
disparo es un cero o un uno.
La frecuencia de la portadora debe ser de valor mucho mayor que la modulante
ya que las armónicas aparecen alrededor de la frecuencia portadora y se podrían
filtrar fácilmente. Típicamente, la frecuencia a la que funcionan los SPWM
comerciales es de 2.4KHz, 12KHz y 24KHz.
En este caso se trata de un SPWM de 2.4KHz digital basado en un sistema
microprocesado
obtenido
mediante algoritmos basados en operaciones
matemáticas.
Como la señal modulante es una sinusoidal de amplitud Am y la amplitud de la
portadora es Ac, el índice de modulación es:
Im=—
Ac
(3.1)
}
Con lo cual se puede controlar la amplitud de la señal de salida.
Dependiendo del índice de modulación, la distribución de los armónicos en la
salida es distinta. Así para:
lm<1: los armónicos se encuentran alrededor de la frecuencia de conmutación y
sus múítiplos.
lm>1: se produce un efecto conocido como sobre modulación, que tiene por
resultado un aumento en el contenido armónico.
Esta es la razón por lo cual es preferible no realizar la sobre modulación en la
generación del SPWM ya que por lo expuesto anteriormente se requiere una baja
distorsión, sin embargo el voltaje máximo obtenido en la carga para un 100% de
iluminación sin sobre modular es del 80% del total (96V), donde existiría una
pérdida del 20% de potencia (60W), razón por la cual se realizará la sobre
modulación desde el 80% de nivel de iluminación.
En cuanto a! índice de modulación de frecuencia
=
Jf conmutación
r
J\e fi es la frecuencia de la red y f conmutación es para este caso de 2,4KHz
Esta ecuación define la frecuencia a la cual aparecen los armónicos. En cuanto a
su selección, dado que es más fácil filtrar armónicos de alta frecuencia, cuanto
mayor sea mf, más pequeño será el filtro necesario a la salida.
CAPITULO 4.
PROTOCOLO DMX512 (Tomado de URL; 2,5,6,7,8,9,11)
4.1ELDMX512
El DMX512 fue desarrollado en 1986 a pedido de la USITT (Instituto americano de
tecnologías teatrales) para convertir el sistema de comunicación entre consolas y
dimers en un estándar eficiente.
El DMX512 es un protocolo de transmisión de datos que se basa en el estándar
internacional EIA RS485. Esta definición se refiere no tanto al tipo de datos
transmitidos, sino al hardware; en otras palabras, a los circuitos utilizados para la
transmisión y recepción, a las características eléctricas, etc. La RS485 se emplea
en aquellas aplicaciones donde se necesita una transmisión serial fiable y simple.
A diferencia
de la conocida RS232, la RS485 permite cubrir distancias
superiores. La RS485 transfiere la información a través de una pareja de
conductores y no a través de un solo conductor. La señal presente en la pareja de
alambres se compara a la del micrófono de audio, definido como balanceado, o
mejor dicho constituido por dos conductores, además del enlace de masa.
Esto se debe a las características intrínsecas de los amplificadores diferenciales,
dispositivos que, tanto en las aplicaciones analógicas como digitales, eliminan
todas las señales no deseadas de signo igual, presentes al mismo tiempo en los
dos conductores, mientras amplifican las señales diferenciales (de polaridad
opuesta).
Las señales del dimer son trasmitidas de modo diferencial y entonces son
amplificadas sin aumentar el ruido (disturbios eléctricos y electromagnéticos) que
se presenta generalmente de modo común (con la misma polaridad respecto a la
masa).
Los amplificadores diferenciales utilizados actualmente en el DMX512 son en
realidad pequeños circuitos integrados uno de ellos instalado en la consola y tiene
la tarea de transmitir y otro es el que recibe y está instalado en el dimer o en el
decodificador.
4.2 CABLES
Para iluminación se utiliza un cable con dos conductores llamado par trenzado.
Como ya se describió anteriormente, sí las señales transmitidas son diferenciales
(de polaridad opuesta), tal pareja aumenta notablemente la inmunidad a los
disturbios.
Para las aplicaciones móviles se aconseja utilizar un cable con un revestimiento
robusto pero bastante blando. En cambio para las instalaciones fijas es posible
utilizar
cable un poco rígido; lo importante es que corresponda a las
características indicadas por el estándar EIA RS485. El cable de un par debe
tener una baja capacidad por metro, una impedancia entre 100 y 150 ohm, una
defensa externa con una funda metálica integral, baja capacitancia, una defensa
interna con hoja de mylar. El grosor mínimo de los conductores depende de la
distancia: 24 AWG hasta 300 metros, 22 AWG hasta 500 metros. Aunque
teóricamente se podrían duplicar estas distancias, por las condiciones habituales
de uso, no es recomendable.
En función de las condiciones de uso, se debe estudiar la resistencia mecánica
del propio conductor, de las fundas y de la cubierta del cable. Por ejemplo, la
cubierta de poliuretano aguanta muy bien la abrasión.
Si el cable puede entrar en contacto con medios calientes (chasis de proyectores,
etc.) se debería emplear cable tratado FEP (150-200 °C) o PTFE (200 °C). El PVC
permanece estable entre 60-150 °C.
4.3 CONECTORES
En iluminación se emplea conectores XLR a 5 pin donde ios conectores hembra
están unidos a ios transmisores y los conectores macho a los receptores.
Normalmente
se utilizan
sólo
los pines
1, 2 y 3; las conexiones
son
extremadamente simples.
Macho
Hembra
Figura 4.1. Conexiones en XLR para DMX512
El macho y la hembra son conexiones pin a pin (e! pin 1 del macho al pin 1 de la
hembra etc.). La funda defensiva está conectada al pin 1 y jamás se conecta ai
armazón metálico de! conector porque esto unificaría la masa técnica y ia tierra,
con la posibilidad de crear un anillo que podría afectar el correcto funcionamiento
del sistema.
El código de todos ios conectores para iluminación es:
Pin 1 : Masa
Pin 2 : Dato Pin 3 : Dato +
Pin 4: Data - Desocupado
Pin 5 : Data + Desocupado
El cable debe tener al menos un par trenzado con maüa de protección. Además
se debe cablear las señales Dato+ y Dato- en el mismo par trenzado y los OV, al
menos, en la malla de protección
4.4 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
El DMX es un protocolo de comunicación que utiliza el RS485 como estándar
físico,
transmite los datos de modo asincrónico, a 250Kb por segundo. Esto
significa que las señales del transmisor (ia consola) y del receptor no están en
sincronía, pero que los receptores (dimer, proyectores robotizados, proyectores
de efectos, cambia colores, motorizados) se sincronizan al mando de la consola
cada vez que ésta envía un determinado mensaje. Susíancialrnente es el
transmisor el que suministra al receptor o a los receptores de las señales para
sincronizarse.
Los niveles relativos a ios canales, sean de dimer o de otro elemento, son
transmitidos por la consola de modo serial, es decir, en rápida secuencia, uno
después del otro.
Los receptores (dimers) están en la capacidad de memorizar la información que
¡es es destinada y de esperar a que se envíen las informaciones relativas a los
otros 511 canales.
El tiempo empleado del DMX512 para la repetición de todos los 512 canales es
más o menos 22ms, un tiempo tan breve que permite cualquier variación del
estado luminoso sin que se pueda advertir siquiera el retardo.
4.5 DISTANCIAS
El DMX512 en iluminación puede llegar a 500m de distancia. Considerando que
las características descritas de la línea RS485 se dan en condiciones de trabajo
ideales y considerando también la cantidad de dimers es máxima de
32, es
aconsejable no superar los 250 metros que son suficientes para cualquier tipo de
espectáculo.
Estas distancias se pueden aumentar si es necesario, pero en tal caso se deben
utilizar splitters y buffers.
4.6 TERMINACIONES
La terminación equivocada de la línea DMX es frecuentemente la causa más
común del mal funcionamiento de todo el sistema. Es muy importante colocar una
resistencia de terminal de línea al último equipo que compone la cadena. Sin este
terminal la transmisión puede ser inestable y se pueden provocar inconvenientes.
La terminación consiste en una resistencia de 120 ohm que se coloca entre el pin
2 y el pin 3 del último conector hembra disponible en la instalación (el del último
dimmer).
TERMINACIÓN
DIMMERS
Figura 4.2. Conexión con Terminación
En algunas ocasiones, ia transmisión DMX' falla ante la proximidad
de
transmisores de radio frecuencia, debido a que las líneas de datos captan parte
de esta energía radiada. Una solución simple y eficaz es la colocación de una
carga capacitiva de 1 nF a 10nF, entre el pin 1 del conector DMX y su carcasa. El
condensador debe ser especial para supresión de interferencias de alta
frecuencia (clase X2).
4.7 SPLITTERYBUFFER
TERMINACIÓN
DIMMERS
TERMINACIÓN
Figura 4.3. La distribución de las señales de control siempre se efectúa con los splitters
En la distribución de los cables del DMX las ramificaciones tipo Y están prohibidas
y son extremadamente peligrosas porque degradan notablemente la calidad de la
señal y vuelven poco estable la transmisión.
Para efectuar una ramificación de tipo Y es necesario utilizar un spiitter. Los
splitters son amplificadores múltiplos que permiten efectuar una ramificación de
tipo Y, además de ramificaciones con más salidas. Por otro lado, reacondicionan
la señal permitiendo prolongar ia distancia de utilización.
Los buffers tienen una entrada y una salida, su función es amplificar y condicionar
ía señal para permitir un prolongamiento de la distancia de utilización sin la
posibilidad de conexiones de tipo Y.
Los splitters y los buffers pueden ser opto aislados o no. Los opto aislados son
mejores porque permiten resolver el problema relativo a malos funcionamientos
causados por los indeseables anillos a tierra.
DIMMER3
TERMINACIÓN
Figura 4.4. En líneas muy largas se utilizan los buffers para amplificar y reacondicionar la
señal de control.
4.8 TRAMA DE DATOS:
La transmisión de datos está basada en un protocolo serial asincrónico de 8 bits
con un bit de inicio (en bajo), 2 bits de parada (en alto), sin paridad, donde los bits
de inicio y de parada son usados para sincronizar el transmisor con el receptor.
Esto da como resultado una trama de 11 bits. En donde cada bit tiene un ancho
de 4ps tomando así 44ps para su envío. Si la línea es para transmisión de datos
continua se tendrá una velocidad de transmisión de 250000 bits por segundo o
250Kbaud.
Como la línea terminará en alto, la llegada del bit de inicio prepara al receptor y
los siguientes 8 bits son registrados y decodificados. El receptor esperaría los bits
de parada después de lo cual se repite el proceso.
Los bits de parada son requeridos por dos razones:
•
Para proporcionar un tiempo de recepción para procesar los datos de
llegada.
•
Para poner la línea en estado "alto" para que el siguiente inicio pueda ser
detectado.
Ei DMX512 consiste en una colección de tramas que incluye una información para
la sincronización del dimer.
La trama tota! del DMX es:
a. FRENO: consiste de un tiempo en bajo de al menos 88ps lo que
significaría 22 bits uno después del otro.
b. MARCA DE TIEMPO DESPUÉS DEL FRENO (MTDF): es un estado alto
en la línea de al menos 8ps ( 2 bits) según la versión DMX512 de 1990.
Este es requerido para detectar el fin del Treno", pues de otra manera el
"Freno" correrá en el bit de inicio de una trama causando confusión.
c. CÓDIGO DE INICIO (Cl): es la primera trama después del Freno y es
usado como una bandera para indicar el tipo de datos que siguen. Puede
ser considerado como el dato para el canal O, e! cual no existe.
d. ENTRE TRAMAS (ET): es usado para retardar la velocidad de transmisión
de datos.
e. MARCA DE TIEMPO ENTRE TRAMAS (MTET): es una trama en alto que
puede ser de un poco más de O segundos hasta máximo 1 segundo. Cada
canal lo puede tener antes del bit de inicio.
f.
LOS DATOS DE CANAL (DC): consiste en 8 bits que siguen al código de
inicio, su duración es de 32us pudiendo existir de 1 a 512 canales
g. MARCA DE TIEMPO ENTRE PAQUETES (MTEP): Después de que los
últimos bits de parada válidos de los datos de canal son enviados, un
paquete es completado y eí siguiente paquete puede comenzar con un
Freno y MAB nuevo. Sin embargo un valor en alto puede insertarse entre
paquetes, cuya duración puede ser un poco más de O segundos y menos
de 1 segundo.
DESCRIPCIÓN
MIN
TÍPICO
MAX
UNIDADES
FRENO
88
88
1000000
(JS
MARCA DESPUÉS DEL FRENO
8
8
1000000
PS
ANCHO DE LA TRAMA
-
44
-
ps
BITS DE INICIO/DATOS/PARADA
-
4
-
ps
MARCA DETIEMPO ENTRE TRAMAS
0
No especificado
1000000
ps
0
No especificado
1000000
ps
MARCA DETIEMPO ENTRE PAQUETES
.
Tabla No. 4.1. Descripción de las tramas usadas en el protocolo DMX512 (URL: 8)
MTET
MTDF
MTEP
FRENO
BIT DE INICIO
BITS DE PARADA
BIT DE INICIO
BITS DE PARADA
8 BITS DE
J
DATOS
OTROS CANALES
DATO=0
ANCHO DE LA TRAMA
DEL CÓDIGO DE INICIO
ANCHO DE LA TRAMA
CANAL 1
Figura 4.5.Diagrama de tiempos del D1VIX512 (URL: 8)
CAPITULO 5.
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
5.1
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ARQUITECTURA DEL SISTEMA
El circuito consta de las siguientes partes;
• CONSOLA: Software del control remoto realizado en LabVIEW para
controlar el nivel de iluminación de 512 dimers vía puerto paralelo.
• LPR2DMX: Convierte la señal recibida del puerto paralelo del PC en el
protocolo serial DMX512 para
control de iluminación de 32 dimers con la
trama apropiada.
• Circuito de control: Genera la secuencia de conmutación de
interruptores
de
los
potencia, mediante la utilización de un PIC 16F877A que
proporciona una modulación de ancho de pulso senoidal SPWM.
• Circuito de Potencia: Se usará un conversor AC/AC con control de fase
inverso, donde el flujo de potencia se controla mediante la conmutación de
dos
interruptores conectados en inverso paralelo ubicados en serie con la
carga. Para este caso, se escogieron MOSFETS de potencia para desempeñar
esta función, donde la lógica de conmutación se obtiene de
un circuito de
control.
• Protecciones: Actúan en el caso que
los niveles fijados de ciertos
parámetros importantes sean superados debido a la presencia de una falla o
sobrecarga. Deben poseer una velocidad de respuesta suficiente para evitar
daños irreversibles en los semiconductores de potencia y al resto de circuitos
del sistema.
• Circuitos Auxiliares: Ayudan al correcto funcionamiento del circuito
principal a través de la obtención de señales que deben ser procesadas.
A
continuación
se presenta
un diagrama
de bloques que describe
el
funcionamiento del sistema:
COMPUTADOR
(CONSOLA):
Posee el Software realizado en
LPR2DMX:
Convierte
la
señal recibida del puerto
LabVIEW para el Control remoto
paralelo
de dimers con comunicación por
del
PC
en
el
protocolo serial DMX 512
el puerto paralelo. Este envía el
dato
del nivel de
iluminación
deseado de cada dimer.
CIRCUITO
DE
POTENCIA:
Conversor AC/AC por control de
fase inverso, donde ei flujo de
potencia
controlado
por
la
conmutación de dos MOSFET's
CIRCUITO
Genera
DE
la
CONTROL:
secuencia
conmutación de los elementos de
potencia
proporcionando
una
modulación de ancho de pulso
senoidal SPWM.
5.2 ESPECIFICACIONES
de
TÉCNICAS
Rango del voltaje de entrada:
Oa120V rms
Frecuencia:
60Hz
Potencia en la carga:
300W máx.
Corriente nominal:
2.5A
Rango de voltaje para control del ancho de los pulsos:
0-5VDC
Frecuencia de conmutación:
2.4 KHz
Rango del voltaje de salida:
O a 120Vrms
THD:
<32% (URL:13)
5.3
DISEÑO DEL CIRCUITO DE POTENCIA
5.3.1 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO
El diseño de circuitos de control de lámparas incandescentes es único en dos
aspectos:
1. Las características no lineales de las lámparas (resistencia en frío pequeña)
permiten altos picos de corriente cuando la lámpara se enciende. Es así, que
debido a las altas corrientes de encendido los elementos de conmutación deben
ser dimensionados para soportar altas corrientes.
2.
Los circuitos de control operan en lazo abierto, sin ninguna realimentación
(Rivera y Chico, 1995)
5.3.2 DISEÑO DEL CIRCUITO
Las especificaciones de los dispositivos de potencia deben diseñarse para las
peores condiciones, que ocurrirán cuando el convertidor suministre el máximo
voltaje rms de salida V0.
La carga es una lámpara incandescente
(resistencia)
de las
siguientes
características:
Voltaje de alimentación: Vrm. =1207
Corriente: Irms =2.5A
Potencia: P=300JF
Resistencia en frío:4,4Q
Resistencia en estado estable: 48Q
Tomando en cuenta el conversor AC/AC con control de fase inverso se tiene que
la corriente para la cual deben ser diseñados los MOSFETs es: (Rashid, 2004)
(5.1)
Con la corriente de carga Í0=2.5 A se tiene:
Se calcula la corriente promedio dada por: (Rashid, 2004)
(5.2)
7nrom = —
n
J
r
•*
= '
=
n 795/f
u-
' ^-J^L
A continuación se presenta el funcionamiento del circuito del control de fase
inverso, con alimentación de la fase R y el neutro:
Ro-
\M1
M2
No-
Figura 5,1. Circuito del control de fase inverso.
Debido a que cada MOSFET debe conducir un semiciclo como se observa en la
Figura 5.2. se tiene que:
El voltaje VdC se encuentra integrando el valor de voltaje máximo de O a u que
representa ios límites de un semiciclo:
1
Ydc =— \-j2Vs sen(cot}d(ú)t}
O -7T
J
V RN/
Vds1
Vds2
2/
Vr
YKW-Vdsl
YRW-Vds2
Figura 5.2. Formas de onda obtenidas del circuito de la Figura 5.1. donde VRN es el voltaje
de alimentación, I1 la corriente que circula por el MOSFET1, Vds1 el voltaje drenaje-fuente
en el MOSFET1, I2 la corriente que circula por el MOSFET2, Vds2 el voltaje drenaje-fuente
en el MOSFET2, y Vr el voltaje que aparece en la carga.
De donde:
y. -
n
V s es el valor rms del voltaje de alimentación igual a 120V, por lo que:
Vílc =54.0197
Calculamos el valor del voltaje rms en un semiciclo que conducirá el MOSFET:
Integrando se obtiene:
Vs
(5-4)
Evaluando la expresión en Vs=120V:
El Voltaje máximo o pico es: 7max =V2F"V
V
-íí?©mo VS=120V se obtiene:
V^ =169,7067
AI ser una carga resistiva, la corriente máxima será:
(5. 5)
potencia. Cuando la salida digital está en bajo, el MOSFET está apagado y
cuando está en alto el MOSFET actúa como un conmutador cerrado y circula una
corriente a través de ¡a carga.
De esta forma se hace trabajar a los transistores MOSFET de potencia a una
frecuencia de conmutación de 2.4KHz, con lo que se consigue una forma de
onda senoidal de muy baja distorsión y con un contenido armónico bajo.
Este programa desarrolla la forma del SPWM a través de la generación de un
PWM de período fijo (2,4KHz), pero de un tiempo en alto variable, de esta forma
se va obteniendo la forma del SPWM a través del modo Capture/Compare/PWM
(CCP1 y CCP2). CCP1 (RC2) para el control del MOSFET 1 y CCP2 (RC1)
para controlar el MOSFET2.
A través de dos pulsadores conectados a los pines 34 y 35 (RB1 y RB2), se
controla el nivel de iluminación de O a 100%, con RB1 se aumenta el nivel de
iluminación y con RB2 se lo disminuye.
Estos pulsadores están conectados a una compuerta NAND al igual que la señal
proveniente del cruce por cero, para que cualquiera de ellas ai activarse genere
una interrupción externa al pin 33(RBO/INT); al generarse la interrupción el PIC
revisa cual de los dos pulsadores fue presionado o si se detectó cruce por cero
y dependiendo de esto aumenta el nivel de iluminación, disminuye el nivel de
iluminación
o encera los valores en los timers para nuevamente generar el
SPWM y complementa un registro llamado CUALPWM donde una bandera
llamada SEMICICLO indica cual de los SPWM debe funcionar, así si la bandera
está en cero funcionará el SPWM2 que se obtiene por el RC1 y si está en alto
funcionará el SPWM1 que se obtiene a través del RC2.
El nivel de iluminación se guarda en un registro denominado CONTROL y el
valor del período de la seña! SPWM se carga en el TIMER2; el tiempo en alto
del SPWM depende de los valores cargados en los registros Máximo y Mínimo
dependientes del nivel de iluminación. El TIMER1 se encarga de preparar el
valor en alto a ser cargado en el siguiente desborde del TIMER 2.
En el caso de estar en el mínimo valor una bandera colocada en uno lógico
llamada Sube_Baja_Señal indica que puede aumentarse el valor de ancho de
pulso mientras no se llegue al valor Máximo, pues cuando esto suceda indicará
que el mayor ancho de pulso permitido para ese nivel se ha generado debiendo
colocarse en cero a la bandera Sube_Baja_Señal para comenzar a decrementar
el ancho de pulso hasta llegar nuevamente al valor Mínimo para lograr la
simetría de la onda luego de lo cual se apaga la generación del SPWM.
El programa permite también la visualización del nivel de iluminación que
corresponde al rango de O a 100% a través de tres displays conectados al
PuertoD cuya activación se realiza a través de transistores conectados a los
pines23(RC4)y24(RC5).
Es posible también visualizar a través de LEDs el correcto funcionamiento del
programa. El LED conectado a RAO indica la falla en el cruce por cero, y el
conectado a RA1 indica que el programa está funcionando.
E! dimer es capaz de recibir el nivel de iluminación deseado a través de los pines
RB4 a RB7 mediante el uso de la interrupción de cambio de estado del Puerto B
existente en el PIC, este valor se guarda en el registro CONTROL para generar
el SPWM.
Debido a la alta velocidad de transmisión del protocolo DMX512 (250Kb), la
recepción de datos enviados por el LPR2DMX se realiza a través de un PiC
16F873 que contiene un programa dedicado únicamente a este objetivo a través
de la interrupción serial. El PIC es direccionado a través de interruptores
conectados al Puerto B permitiendo que en cada interrupción se incremente un
registro en cada desborde que indicará el número de dimer a activarse, cuando
el valor es igual al direccionado, el dato recibido se envía al Puerto A que a su
vez está conectado a los pines RB4 a RB7 del dimer. Para esto, se realiza la
configuración de recepción de nueve bits para que el noveno bit sea reconocido
como el primer bit de parada que exige el protocolo.
5.4.1
PROGRAMA IMPLEMENTADO:
El diagrama de flujo que se ilustra a continuación indica el funcionamiento del
programa de control implementado para el dimer, mientras que el programa total
se encuentra en la sección de Anexos del presente escrito.
SELECCIONAR P1C, ASIGNAR ETIQUETAS, CONFIGURAR PUERTOS,
INICIALIZAR DE REGISTROS, CONFIGURAR INTERRUPCIONES
CONFIGURAR PWM
ESPERAR INTERRUPCIÓN
PROBAR EL MOTIVO INTERRUPCIÓN
oí
r
1
PRESIONADO
PULSADOR DE
AUMENTO
\R
NI
PRESIONADO
PULSADOR DE
ILUMINACIÓN (CONTROL)
NO
SI
DISMINUIR NIVEL DE
ILUMINACIÓN (CONTROL)
CARGAR VALORES
MÁXIMO Y MÍNIMO
DE NIVEL 10
CARGAR VALORES
MÁXIMO Y MÍNIMO
nFI NIVFI
Si
-—
ENCERAR TIEMPOS
PVVIV
PWM, COMPLEMEN
-——
r.i i AI PWM
NO
APAGAR PWM
if
CARGAR VALORES MÁXIMO Y
MÍNIMO DEL NIVEL
INCREMENTAR
CONTROL
DECREMENTAR
CONTROL
SI
NO
INCREMENTAR
CONTROL
DECREMENTA
CONTROL
CARGAR VALORES A
TIMER2(TIEMPOEN
AI TfYl
INTERRUPCIÓN
DE CAMBIO DE
ESTADO PORTB
GUARDAR VALOR DE RB4
A RB7 EN CONTROL
En ei PIC 16F873 dedicado a la recepción de datos se implementa el siguiente programa:
RECEPCIÓN
INCREMENTAR
No. DEDIMER
ENVIAR VALOR A PUERTO A
Figura 5.3. Circuito de Control del Dimer.
5.5 PROTECCIONES ELÉCTRICAS
Los semiconductores presentan límites muy estrictos en cuanto a valores
máximos de tensión, corriente y potencia soportadas, que si se superan podrían
provocar la destrucción del dispositivo. Cuando se diseña un circuito se debe
poner especial cuidado en que sus componentes puedan resistir las condiciones
de trabajo desfavorables que tengan lugar, tanto durante su funcionamiento
normal como ante determinadas acciones ajenas a la propia operación normal dei
circuito (sobretensiones, cortocircuitos, etc.).
Las formas de proteger los dispositivos se presentan a continuación:
5.5.1 PROTECCIÓN CONTRA SOBRE CORRIENTE:
Utiliza principalmente fusibles, su uso da buenos resultados protegiendo tiristores
y diodos, mas no cuando se trata de transistores bipolares o MOSFET's de
potencia razón por la cual no se implementan en el circuito (Mohan,1989).
A estos dispositivos se los utilizará para protección de la carga, considerando que
la corriente nominal de la carga es de 2.5A, se toma un margen de protección de
un 25% obteniendo la corriente nominal del fusible, así:
T
*
— Q IOÍT A
< ~~ J'í~~ > •"•
Por esto se selecciona un fusible de 3.15A para colocarse en serie con la carga.
5.5.2
REDES DE AYUDA EN LA CONMUTACIÓN:
Debido al SOA (Área de Operación Segura) que el MOSFET tiene para
aplicaciones de conmutación, la necesidad
de Redes Snubber en estos
dispositivos es minimizada comparada con otros elementos tales como el BJT. De
todas formas pueden usarse circuitos RC de apagado usada para proteger picos
de voltaje y oscilaciones de voltaje a través del MOSFET durante su encendido.
Además, debido a la gran capacidad de corriente del MOSFET y por su alta
velocidad de conmutación fácilmente se controla la IG (corriente de compuerta)
eliminándose la necesidad de un snubber de encendido en
la mayoría de los
casos (Mohán, 1989 y Rivera, 1999), razón por la cual no se lo implementará en
esta aplicación.
5.5.3 DISIPADORES DE CALOR EN SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
(Elliot, 2001)
En un semiconductor, el flujo de la corriente eléctrica produce una pérdida de
energía que se transforma en calor (incremento de la temperatura del dispositivo),
si este incremento es excesivo y no se controla, provocará primero una reducción
de la vida útil del elemento pudiendo destruirlo.
La capacidad de evacuación del calor al medio ambiente varia según el tipo de
cápsula en muchos casos necesita una ayuda adicional para transferir el calor
disipado mediante un dispositivo de mayor volumen y superficie conocido como
disipador de calor, el cual ayuda a evacuar el calor de la cápsula al medio
ambiente.
Existen cuatro fuentes de pérdidas de potencia en la conmutación de un MOSFET
(Ahmed, 1999) como son:
•
Pérdidas de conducción cuando permanece encendido: Un MOSFET tiene
relativamente valores altos dados por:
Siendo <5 la relación de trabajo, para este caso dicha relación es variable y
tomará la peor condición, es decir cuando esta sea igual a uno.
ID es la corriente de drenaje del MOSFET y RDS(ON) la resistencia estática de
encendido entre los terminales drenaje y fuente.
Para el MOSFET utilizado se tienen las siguientes características:
I D =8A
RDS(ON) - 0.85 Q en condiciones de una circulación de corriente ID= 4.8A
Con esto se tiene:
Pérdidas de conducción cuando permanece apagado: está dada por
(l-¿)
(5-10)
es el valor del voltaje entre drenaje y fuente que soporta el MOSFET.
IDSS es la corriente que aparece entre los terminales drenaje y fuente.
Para el MOSFET utilizado se tienen las siguientes características:
VDS(max) = 500V
IDSS- 25 /¿A
tr
Como la relación es variable, se tomará la peor condición, es decir cuando ésta
sea igual a cero. Con esto se tiene:
W = (5007)(25/¿A)(l-<?) =12.5mW
•
Pérdidas de conmutación en el encendido (PswpN))- Tomando en cuenta la
Figura 5.3. se pueden observar los valores de voltajes y corrientes del
MOSFET en función del tiempo:
-» ^ J l - — I
'cw
;•(/)=/,- +
/inax
7/"'
(5-11)
I
'
Por ser una carga resistiva la corriente de fugas lp= O obteniendo:
í(0 =
SíP(ON)
(5.12)
i /aví
=—
J
r
t Y í max
f
max
O
Integrando esta expresión se obtiene:
W(ON) ~~ s- * max-'niax/./OA'
O
(O. t O j
Evaluando para los valores de lmax y Vmax
calculados anteriormente, para la
frecuencia de conmutación de 2,4KHz y tomando en cuenta que el tiempo de
encendido del MOSFET es 11 ns se tiene:
= 2.639mW
Pérdidas de conmutación en el apagado (Psw(OFF)): Se analiza los valores
de voltaje y corriente del MOSFET respeto al tiempo:
/"
i
ciísat +
_ jnax
^ Clíxaí
T
L
Por ser una carga resistiva se considera el voltaje colector emisor de saturación
VcEsat" O
K(f)=—f
(5.14)
(5.15)
Integrando esta expresión se obtiene:
""'
6
Evaluando para los valores de lmax y Vmax
calculados, a una frecuencia de
conmutación de 2,4KHz y tomando en cuenta
que e! tiempo de apagado del
MOSFET es 26ns se tiene:
Ahora se obtiene la potencia total disipada como la suma de las pérdidas
parciales obtenidas:
~ *QN
+
"oW
+
^S'ÍK(OV)
+
"sW(OW)
2.639mW + 6.239mW
W - ' ')
-B ,
V,
OEF
'•ON
•OFF
Figura 5.3. Formas de Onda de Voltaje, Corriente y Potencia del MOSFET con carga
Resistiva
Para el cálculo de la resistencia térmica del disipador se cons¡dera:(Rashid, 2004)
(5.18)
Donde:
TJ - Temperatura de juntura del semiconductor
PT= Potencia total disipada
RQC= Resistencia térmica entrejuntara y carcasa
Roes* Resistencia térmica entre carcasa y disipador
R^- Resistencia térmica disipador y ambiente
TA = Temperatura ambiente donde opera el elemento
Las especificaciones del MOSFET son:
Tj = -50°C a 150°C
PT= 19.605W
R^c~ 1°CA/V máximo
jeto= 0.50°C/W
Considerando una temperatura ambiente de 20°C, y la temperatura de juntura
como 100°C se evalúa la expresión (5.18) donde la R^ calculada es:
RsA=2.58°CIW
Con este valor se busca el área del disipador a través de: (Elliot, 2001)
De donde se tiene que el área del disipador debe ser: 375.406cm2
Como, se observa, el disipador es grande por lo que es preferente el uso de un
disipador con aletas planas para aumentar su área y lograr una mejor disipación.
5,6 CIRCUITOS AUXILIARES
5.6,1 DISEÑO
DEL
AISLAMIENTO
ELÉCTRICO
PARA
CIRCUITOS
MANEJADORES DE COMPUERTA:
Las formas básicas para proveer aislamiento eléctrico son la fibra óptica, opto
acopladores y transformadores.
El opto acoplador tiene la desventaja de necesitar aislamiento de una fuente DC
con respecto al terminal "S" del MOSFET, sin embargo los circuitos manejadores
de compuerta son fáciles de diseñar.
En este caso se usaron opto acopladores PC817 de alta velocidad alimentados
con fuentes de 12V para aumentar el voltaje de disparo de los MOSFET's y así
lograr obtener una mayor corriente de drenaje especificada en las curvas
características del elemento. El circuito implementado es el siguiente:
MOC70U2
SPWM1
O
3
ALGATE DELMOSFET
GND
GND1
Figura 5.4. Aislamiento entre los circuitos de control y potencia
5.6.2
DISEÑO DEL DETECTOR DE CRUCE POR CERO DE VOLTAJE:
Se encarga de la generación de una señal cuadrada entre O y 5V sincronizada
con los cruces por cero del voltaje alterno de línea. Para esto se ha tomado la
señal de la red de uno de los secundarios del transformador usado en el diseño
de las fuentes a través de un divisor de voltaje para protección del elemento.
Este circuito utiliza un comparador LM339 que nos permite obtener los resultados
esperados.
Salida
Figura 5.5. Circuito Detector de Cruce por Cero
Esta señal debe ingresar a una compuerta NAND junto con las señales
generadas por los pulsadores de aumento y disminución de nivel, para que
conjuntamente generen la interrupción externa.
De acuerdo a la programación realizada del dimer, con esta configuración sería
difícil detectar una nueva interrupción generada por los pulsadores ya que el
tiempo que el programa tardaba en salir de la interrupción de cruce por cero era
muy grande, por esto se diseñó un circuito monoestable para acortar este tiempo
tanto para el flanco positivo como para el negativo, para lo cual se utilizó dos
temporizadores 555.
En este caso, cuando la señal de cruce por cero pasa a negativo (flanco
negativo), activa al multivibrador de un disparo, con la salida en la Terminal 3
yendo a alto por un período de tiempo:
71
_ i i D .n
/c: on\ —¿•ÍJ*-A
°
En este caso se desea un tiempo en alto de al menos 1ms asumiendo una
resistencia Ra=820Q, se obtiene de la fórmula (5.20) un capacitor de 8.8yF, por
lo que se tomará un valor cercano a este de 10 pF
Para que este circuito funcione de la misma forma para el flanco positivo se
toma ia señal de cruce por cero y se la niega para repetir el proceso anterior.
vcc
>A NAND
Figura 5.6. Circuito Monoestable para el Cruce por Cero
5.6.3 DISEÑO DE LAS FUENTES:
Es necesaria la elaboración de una fuente con cuatro salidas independientes:
una para el manejo de la parte digital del circuito de control, dos fuentes para el
manejo de los optoacopladores y una salida para ingresar una muestra del
voltaje de la red al comparador del que se obtiene el circuito del detector de
cruce por cero ( T1 -T2), para lo cual se utilizó eí siguiente circuito:
12DV/6V
vcc
GND
5V
12V
GND2 __
Figura 5.7. Fuentes disenadas
5.6.4 CIRCUITO DE VISUALIZACION:
Consta de tres displays, que informan el nivel de iluminación del dimer, cuyo
rango va de O a 100% dependiendo de los pulsadores de aumento o disminución
de nivel. Su activación y valor a ser mostrado está controlado por el PIC.
Se visualiza a través de LEDs el correcto funcionamiento del programa. El LED
conectado a RAO indica la falla en ei cruce por cero y el conectado a RA1 indica
que el programa está funcionando.
MQ-—?<o«
OQUOTwwiro:
n_ o. o. o. tu o. a. a.
«*v>«w<owt«v»
Figura 5.8. Circuito de Visuaiización
5.6.5 DISEÑO DEL CIRCUITO DE COMUNICACIÓN LPR2DMX:
Este circuito permite la obtención de datos vía puerto paralelo para ser ingresados
a un PIC
16F873 el cual los procesa
obteniendo
la trama
completa
correspondiente al protocolo DMX512 de forma serial, este dato ingresa a un
convertidor aislado 232/485 como es e! MAX485 para enviar los datos al dimer
con interfase 485 cumpliendo los requerimientos del protocolo.
VCC3
74LS04 \
OOC-OOOOOOOOOO1
•£HO
GND3
Figura 5.9. Circuito LPR2DMX para generar la secuencia de datos del protocolo DMX512
(URL:2)
CAPITULO 6.
DISEÑO DEL SOFTWARE PARA EL CONTROL DE
DIMERS:
Se realiza un programa para obtener la trama completa definida por ei
protocolo DMX512, para esto se utiliza un PIC 16F873. Inicialmente se genera
los tiempos denominados Freno, Marca después del Freno y comienza la
transmisión serial de datos de nueve bits hasta completar los 32 valores
enviados desde la consola luego de lo cual se deshabilita ia transmisión. El
noveno bit se considera como el primer bit de parada del protocolo que debe
estar en el estado uno lógico.
Ei PIC recibe los datos provenientes del puerto paralelo del computador en ei
PUERTO B, los cuales determinan el nivel de iluminación para cada dimer, el
primer dato que llega se denomina código de inicio usado para sincronizar la
consola con el dimer.
Para recibir un nuevo dato se avisa a la consola a través de RAO que se ha
terminado de recibir ei dato y espera otro valor, caso contrario le indicaría que
está ocupado para que la consola no envíe otro dato. Además se analiza RA1
a través del cual la consola le avisa al PIC prepararse para recibir un nuevo
valor.
Cuando llega un nuevo dato se lo coloca en el registro de transmisión para
que sea enviado al dimer.
Además, en LabVIEW se realizó una consola de control, en este caso para el
manejo de 32 dimers debido a la limitación de cargas de la ¡nterfase 485, su
control se realiza a través de sliders que indican el valor de la iluminación.
Para esto se construye un "Arreglo" con dichos valores y a través de la
herramienta "Indexar", se saca los valores uno por uno para que puedan ser
tratados en el PIC, LabVIEW espera el aviso del PIC para enviar un nuevo
dato, así también antes del envío de datos LabVIEW avisa al PIC se prepare
para recibir otro valor.
Inicialmente se tiene una pantalla de presentación con el tema desarrollado y
al presionar un pulsador "Continuar" se resetea al PIC16F873 después de lo
cual se realiza el proceso antes indicado.
El diagrama de flujo del programa implementado en LabVIEW es el siguiente:
PANTALLA DE
PRESENTACIÓN
CONSTRUIR UN ARREGLO CON LOS VALORES DE
ILUMINACIÓN DESEADO DE CADA DIMER
NO
SI
ESCRIBIR 1 ENRA1
SACAR UN DATO POR PUERTO PARALELO
AUMENTAR NUMERO DE DIMER
NUMERO DE
DIMER=32
SE MANTIENE NUMERO DE DIMER
El diagrama de flujo del programa desarrollado en el P1C es el siguiente:
SELECCIONAR PIC
DEFINIR FINES DEL PUERTO A
ASIGNAR ETIQUETAS
CONFIGURAR PUERTOS
CARGAR VALORES INICIALES A REGISTROS
RETARDO 88 \is EN BAJO
RETARDO 12us EN ALTO
NO
RECIBIR DATO DE PORTE
INCREMENTAR No. DE DIMER
NO
SI
SE DETIENE LA TRANSMISIÓN
CAPITULO 7.
PRUEBAS Y RESULTADOS
Se realizaron las respectivas pruebas para la obtención de las formas de onda de
controí para las dos salidas SPWM en
los diferentes niveles de iluminación,
realizando también la comparación de dichas ondas con e! cruce por cero de
voltaje para lograr un tiempo de zona muerta que asegura el funcionamiento de
uno solo de los MOSFET's, además se ha tomado las ondas del voltaje resultante
en la carga, valores de voltaje RMS, corriente en la carga, distorsión armónica
para los diferentes niveles de iluminación.
Las medidas se consiguieron a través de la conexión serial entre un computador y
el osciloscopio HP54645D , así como también de un analizador industrial FLUKE,
de un multímetro TRUE RMS y de una pinza amperímetrica FLUKE como se
observa a continuación:
Respecto al detector de Cruce por Cero:
RUN
- 1 4-1 • " : I • l
r
I
ti-*-
t i = S.24Orns
t2 = 9.24Orns
At = l.OOOms
1/At = 1OOO.O H2
Figura 7.1. Detector de cruce por cero de Voltaje
En la figura anterior se observa que el tiempo generado por el
circuito
monoestable diseñado es de 1ms lo que reduce aproximadamente 8 veces el
tiempo de ingreso a la interrupción de cruce por cero, para evitar conflictos con las
interrupciones de cambio de nivel de iluminación.
Zona Muerta Generada:
2.001/
JJ
r
í
í
i
1 1 u J fin
ni
^
i
^ -, ^ -P, r. -,
^T
:
7
|
f
í
fl2
-j
.
,, , J t
'
'" " '""
t í = 7.458rns
" " '
"
t2 = 8.331ms
" !"t "" ' '"
i
£t = 873.2us
^
1/At = i.i45Khte
Figura 7.2. Voltaje de control del SPVVIVI2 (A1) y SPWM1(A2)
Como
se puede observar, la zona muerta generada para asegurar el
funcionamiento de uno soío de ¡os MOSFET's
es de 873.2us, suficiente para
evitar cortocircuitos por el funcionamiento simultáneo de los mismos.
Esta se genera al detectarse el cruce por cero, en el caso de los niveles de
iluminación no sobre modulados se observa que en la figura 7.3 se indica que
existe un tiempo de 460us en bajo antes que se inicie la generación del SPWM,
así también en la figura 7.4 se tiene que al terminarse dicha generación existe un
tiempo en bajo de 410 us, con lo que se asegura dicha zona muerta y se ha
calibrado estos tiempos de tal manera de lograr casi la completa simetría de la
onda para el análisis de la distorsión armónica.
En cambio en el caso de los niveíes de iluminación sobre modulados se tiene que
el tiempo al haber detección de cruce por cero es de 260 us, y al finalizarse la
generación se tiene 200 us, que nos aseguran también tanto la zona muerta
adecuada como la simetría de la onda.
Dichos tiempos son diferentes en los dos casos debido a que se ha tomado
criterios diferentes para poder obtener un mayor control de energía.
3.64^ 1.OO1/
fR2 STOP
I . I . j . I _|_ 1 . I . I . I .
t i = -540.Ous
te = -SO.OOus
At = 460.Ous
1/At = 2.174RH2
(a)
2.00V/
ffi2 STOP
4-
fli
ti
= 7.44Oms
t2 - 7.850rn
_A_
= 41O.Ous
l/¿St = 2.439kHs
(b)
Figura 7.3. Voltaje de control del SPWM respecto al cruce por cero de voltaje, a) Tiempo
generado al inicio del cruce por cero para niveles de iluminación no sobre modulados.
b) Tiempo generado al final de la generación del SPWM
ftl 2.0QVX A2 2-OOV/
fll
r 3.92Í 1.001/
s
ffl2 STOP
í
U 1i . Ii . Ii - 1i .
\~
n
— -^J
v
t i = 7.8SOrns
t2 = S.OSOms
At = 200.Ous
1/út - 5.000kHs
(a)
!'f
-\n
4r 3.92 ^ 1 . O1 '-/
\_ ,,... . -¿
=M-]*L-|
r
1.1 ..
:
Ífi2 STOP
f**,~»+**-r
'f.«»|
i• i- 1-
L
•1 1 1•
ti = -2BO.OUS
i• •i•i
. I . . . I - HH - I - . - Í .
t2 = -ZO.OOus
. i. - 1-
•*í
6t = ZBO.Ous
•\ I•
•l•
•i•
1/út = 3.846kHs
(b)
Figura 7.4. Voltaje de control del SPWWI respecto al cruce por cero de voltaje, a) Tiempo
generado al inicio dei cruce por cero para niveles de iluminación sobre modulados.
b) Tiempo generado al final de la generación del SPWM
FORMAS DE ONDA PARA LOS DIFERENTES NIVELES DE ILUMINACIÓN:
NIVEL DE ILUMINACIÓN DE 10%:
i.ooi/
,.W4 •*»••*•
¿JU*U¿
ti = 2.O5Oms
JVJ*¿U4J
t2 = 2.467ms
4 ^UuXiJUx U^L^JLulv^i
^U4ll^V
At = 416.4us
4^
RUN
Wv"^:-VJ
1/At = 2.4O2kHs
Figura 7.5. Voltaje de control para un 10% de iluminación
]f ai •Ji !• Jl
J
\2
J,
n
48 s:
T^
. '1 '
\i
c or='n /•
1
A
Figura 7.6. Voltaje en la carga para 10% de iluminación
FFÍ2 STOP
NIVEL DE ILUMINACIÓN DE 20%:
132 '¿L .íJC V /
\\\2 =!•!•] «i=ai
j;
—
-1
. /'C S
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l . CJO1*
V
*
I,
UJU*
j-*, • ,
.
i-J.
l.Ml
,1 .
^ R2
J-ÍX
STOP
-iii ^i / 1,., i ,j_.,
jfc-
tí = 2.O50ms
t2 = 2.4B7ms
At = 416.4us
1/At = 2.4O2kHs
Figura 7.8. Voltaje de control para un 20% de iluminación
RUN
fií
-Km-ipt
Figura 7.9. Voltaje en la carga para 20% de iluminación
NIVEL DE ILUMINACIÓN DE 30%:
lil
jr 3.721 1
RUN
4W1-*-*
-rjl-^HJ
ti = S.OSOms
t2 = 2.4B7ms
= 41B.4us
1/At = 2.4O2KH2
Figura 7.11. Voltaje de control para un 30% de iluminación
JT-2.48J 2 .OOJX
ni
L
TT
Figura 7.12. Voltaje en la carga para 30% de iluminación
fP2
STOP
NIVEL DE ILUMINACIÓN DE 40%:
fi2 2 . OOVX
I
4r
R2
STOP
LH
t i = 2.O5Orns
t2 = 2.467ms
At = 416.4us
1/At = 2.4G2khte
Figura 7.14. Voltaje de control para un 40% de iluminación
i!!•£ á
•
jT-¿: .6^^r¿_1 2 .C)0i/
luC
ffl2 STOP
Y
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F,
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1
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1
1
M 1 ij • 1 • f '
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A
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^
Figura 7.15. Voltaje en la carga para 40% de iluminación
'
'
•
NIVEL DE ILUMINACIÓN DE 50%:
¡1
=!•!•] «I^JI
4~
i
\| -
. / '¿
ni
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J0'¿
1 .(
^
P2 STOP
^
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*-
"lV
ti = 2.O5Orns
1^
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, I ,[,- I
t2 = 2.4B7rns
•-r
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fe
^
I• |-
-
|-
~
At = 41B.4us
•r
1 •'
•JL^J
JFS>J
•|
IL- ;
i -_ \' ¡ ~ T • ^ • ' •
1/At = 2-4O2KHs
Figura 7,17. Voltaje de control para un 50% de iluminación
STOP
^J^L LL.!^1-il.iI.iUk A
Figura 7.18. Voltaje en la carga para 50% de iluminación
NIVEL DE ILUMINACIÓN DE 60%:
fQ2 STOP
y_ • -i;
R2
i Luí U*
tí = 2.O50ms
t2 = 2.467rns
J-LJ -LJ-U
At = 416.4us
1/At = 2.4O2KHE
Figura 7.20. Voltaje de control para un 60% de iluminación
2.OO§/
T
ni
iLJiUiUiL|UL
.^.^L-J^.L-.L jr
L L
Figura 7.21, Voltaje en la carga para 60% de iluminación
STGP
NIVEL DE ILUMINACIÓN DE 70%:
¡1
=!•!•] M=J i
»
1
r
/
*
/ ¿'=-^
,,*i
1
f FÍ2
STOP
'
\.
A
ti -
s/
1 . JC)'<
l.SSBms
t2 = 1.652ms
At = 416.Bus
1/At = 2.402RHS
Figura 7.23. Voltaje de control para un 70% de iluminación
RUN
y
Figura 7.24. Voltaje en la carga para 70% de iluminación
NIVEL DE ILUMINACIÓN DE 80%:
fi2 2.OOV/
fi2
r 3.72^
l.OO^X
STOP
H"
ti = 1.236ms
t2 = 1.652ms
út = 416.Bus
1/At = 2.4O2kHs
Figura 7.26. Voltaje de control para un 80% de iluminación
STOP
fli
n
Figura 7.27. Voltaje en la carga para 80% de iluminación
NIVEL DE ILUMINACIÓN DE 90%:
\\!
Jr
r
3.922 ' .0 Tn /
-FP7. STOP
j i
i
. 1i . 1I. 1 I. 1 —
1
i -|
1
c
A.
y
ti = 1.236ms
t2 = l,652ms
At = 416.3us
l/út = 2.4O2KH2
Figura 7.29. Voltaje de control para un 90% de iluminación
2.O01/
ffi2 STOP
K
flí
y uu
i. i.
Figura 7.30. Voltaje en la carga para 90% de iluminación
JUU
NIVEL DE ILUMINACIÓN DE 100%:
=!.MITJ1
fi2
2 • OOV/
V
1
jr 3 . 921 1 • OO^/
ffi2 STOP
\ i . i . i • i -i
1
fi2
f*
r—J
U^
I •
n-
• •i ^i
>ii*A
4- I • r [ • [ '
n
li --t-
i i i i -1iU— ii • ii • ii - ii •
1
j
1
\
A.
ti = 1.236ms
t2 = 1.B52ms
At = 4 IB.Bus
1/At = 2.4O2kHs
Figura 7.31. Voltaje de control para un 100% de iluminación
STOP
2-OOg/
J
lü U
líff
V
Figura 7.32. Voltaje en la carga para 100% de iluminación
En las figuras anteriores se puede observar tanto el voltaje de control como e!
voltaje obtenido en la carga para los distintos niveles de iluminación, los niveles
90% y 100% como se puede observar se encuentran sobre modulados, para
lograr un mejor control de energía, debido a que los valores sin sobre modular
eran insuficientes para lograr una iluminación adecuada y aprovechar las
características de la carga.
En cada figura que indica los voltajes de control se puede observar la frecuencia
de conmutación obtenida, siendo esta de 2.4KHz, suficiente para dimers de
lámparas incandescentes.
Con esto se ha obtenido los siguientes resultados:
NIVEL
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
VOLTAJE(V)
31.72
46.6
56
64
71.3
77.9
89.5
100
110.6
114
CORRIENTE(A)
1.38
1.63
1.77
1.87
1.95
2.02
2.14
2.21
2.25
2.37
THD(%)
20.9
23.8
25.0
25.7
26.2
26.6
26.9
27.2
22.6
19.3
ÍP
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
TABLA No 7.1. Resultados Obtenidos
Para las cargas resistivas no es muy trascendental el control deí contenido
armónico sino que lo más importante es realizar el control de la energía del
sistema.
Así, la distorsión armónica total como se observa está dentro de los rangos
permitidos en las especificaciones para iluminación que debe ser menor a un
32%, cuando se realiza sobre modulación (para el 90% y 100%); ei THD a pesar
de haber sobremodulación disminuye por existir mayor simetría en la onda de
control como se puede observar en las figuras 7.29 y 7.31 .
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
Los microcontroladores poseen múltiples ventajas debidas principalmente a una
reducción de costos en la electrónica de control, que
permite el diseño de un
hardware y software que puede ser cambiado.
El DMX es un protocolo estándar y debido a tolerancias que pueden presentar los
equipos y de la precisión de algunos aparatos puede darse que la interpretación
de la trama no sea correcta, por la mala correspondencia entre el transmisor y el
receptor.
Deben cumplirse rigurosamente las exigencias de cableado que impone el
protocolo DMX512 para tener fiabilidad en la transmisión de datos, pues los
cables telefónicos y el par trenzado telefónico no están garantizados.
Las principales razones técnicas para la utilización de sistemas electrónicos y de
potencia son a menudo la gran velocidad y versatilidad
que se asocia a sus
dispositivos
Es muy importante la elección del tipo de aislamiento entre el circuito de control y
el de potencia, constituyéndose en la práctica como mejor opción los opto
acopladores, por su facilidad de acondicionamiento de señal respecto a los
transformadores de pulsos que además introducen un desfase que impide el buen
funcionamiento del detector de cruce por cero.
Debido a la robustez y características óptimas del MOSFET's su protección es
minimizada, sin existir necesidad de implementar circuitos de ayuda a la
conmutación, protecciones de sobrevoltaje, sobre corriente, etc.
LabVIEW
es una herramienta muy versátil en todo tipo de control debido a
poseer herramientas que facilitan la realización de cualquier ¡nterfase sea por el
puerto serial o paralelo; otros programas necesitan librerías adicionales y
sistemas operativos específicos tal como el Visual Basic que necesita el Windows
1998 para poder funcionar.
En el manejo de semiconductores de potencia tales como los MOSFET's es
importante realizar un análisis de las curvas características del elemento entre ios
diferentes parámetros para asegurar su buen funcionamiento, así se da el caso
que si el dispositivo no tiene suficiente voltaje de disparo en la compuerta, la
corriente de drenaje que podría manejar es mucho menor a la especificada en su
hoja de datos, siendo ésta insuficiente para el manejo de la carga, razón por la
cual puede dañarse el dispositivo; es por esto que la fuente que alimenta los opto
acopladores debe ser mayor de 10V en el caso de los MOSFET's, para asegurar
un adecuado voltaje de disparo en la compuerta.
Se debe procurar utilizar e! programador de PfC's que utiliza el puerto paralelo tal
como el EPICWin
en lugar del ÍC-Prog, debido a ser rnás confiable por fa
velocidad a la que trabaja, además de poseer diversas herramientas como la
opción de blanqueo necesaria para poner en trabajo a PIC's tales como el 16F84
pues caso contrario no pueden ser programados.
En caso de realizar transmisión y recepción de datos a alta velocidad es
importante utilizar un cristal adecuado en el PIC y ocupar el menor número de
ciclos de máquina en realizar las comparaciones debidas, de forma de preparar
inmediatamente al PIC para recibir otro valor y lograr una recepción o transmisión
fiable.
Principalmente el manejo de cargas resistivas debe realizarse el control de la
energía del elemento, aunque se produzcan sobremodulaciones que incrementen
el contenido armónico, pues esto puede también ser controlado variando la
simetría de la señal de control.
Para la generación del protocolo DMX512 es necesario usar un PIC que tenga la
opción de transmisión para ser configurado
a la velocidad establecida por el
protocolo, aunque esto aumenta el tamaño del circuito LPR2DMX y desperdicia
muchos pines del PIC, vuelve fiable a la transmisión ya que puede lograrse
incluso errores de cero en la configuración de dicha velocidad; en cambio al usar
un PIC que no contenga esta opción, deben generarse, a través de algoritmos
matemáticos, los tiempos del protocolo resultando complicada la calibración de
los mismos, obteniéndose valores poco confiables.
Debido a la necesidad de aumentar instalaciones secundarias de señalización y
control indispensables para la gestión de las luces en un escenario, es importante
realizar un análisis basado en las nuevas tecnologías de transmisión de señales
a través de redes de tipo ethernet, que permiten optimizar la instalación sin los
límites hasta ahora muy rígidos impuestos por ei protocolo DMX512. La
implementación de Ethernet en las instalaciones no únicamente permite trabajar
con un mayor número de canales sino que existe un considerable incremento de
la velocidad de transmisión y del control, gracias a la bidireccionalidad de la
información.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
Libros:
Ahmed A.(1999) Power Electronics for Technology. Prentice Hall Internationa!.
USA.
Mackay, S; Park, J. (2000) Practical Data Acquisition Using Personal Computers
and Standalone Systems Part2. idc Technologies. USA.
Mackay, S; Park, J; Wright, E. (2000) Data Acquisition for Instrumentation and
Control. Idc Technologies. USA.
Mohán, N; Undeland, T; Robbins, W. (1989) Power Electronics Converters,
Applications and Design. Singapur.
Rashid M. (2004) Power Electronics Circuits, Devices and Applications. Prentice
Hall International, 3rd Ed. USA.
Folletos:
Chico, P. (1999) Protección de los Semiconductores de Potencia.
Escuela
Politécnica Nacional. Quito-Ecuador.
Rivera, P y Chico, P. (1995) Curso Integrado de Automatización Industria!.
Escuela Politécnica Nacional. Quito-Ecuador.
Tesis de Grado:
Zapater, A. (1992) Conversor CA-CA por muestreo. Escuela Politécnica Nacional.
Tesis de Grado. Quito-Ecuador.
Referencias Electrónicas:
Elüot R. The Design of Heat Sinks. URL1; http://soud.westhost.com/heatsinks.htm.
Fecha de consulta: 18 Feb 2001
Menzel
J.
Programing
the
LPR2DMX
family.
URL2: - http://www.lighting-
solutions.de
Fecha de consulta: 30 May 2002
URL3: http://vwvw.machinedesign.com/BDE/Electrical/bdeee6/bde8e6_19,htrnl
Fecha de consulta: 12 Junio 2003
URL4: http://www.esimez.ipn.mx/elecLronica4/menu/unidad_1.htmí
URL5: http://www.usitt.org/standards/DMX512.htm!
Fecha de consulta: 15 Sep 2004
URL6: http://www.esta.org/tsp/working _groups/CP/DMXoverCat5.htm
Fecha de consulta: 15 Sep 2004
URL7: http://www.dmx512.corn/web/light/dmx512/index.htrn
Fecha de consulta: 27 Sep 2004
URL8: http://www.dmx512~oniine.com/
URL9 http://www.automatas.org/schneider/terminaLhtm
Fecha de consulta: 1 Oct 2004
URL10: http://edison.upc.es/curs/llum/lamparas/lincan.html
Fecha de consulta: 13 Ocí 2004
URL11: http://www.lighteducaiion.com/article.php?sid=45
Fecha de consulta: 22 Ocí 2004
URL12: http://wwwJnsseg.com.mx/contfoi%20de%20acceso%20apsési:94.htm
Fecha de consulta; 15 Nov 2004
URL 13: http://www.geilurninacion.eom/mx/download/8.glosario.pdf
Fecha de consulta: 12 Jun 2005
ANEXO 1:
PROGRAMA DE CONTROL DEL DIMER
PROGRAMA DE CONTROL DESARROLLADO PARA EL DIMER
; CRISTAL DE 4.00 MHZ
LIST P=16F877A
INCLUDE
"P1SF877A.ÍNC"
CONTROL EQU
CONMUTACIÓN
AUXÍ
EQU
AUXILIAR EQU
MÁXIMO
SOBREMODEQU
CUALPWM
DATORX
^DEFINE
#DEFINE
#DEFINE
#DEFINE
#DEFINE
#DEFINE
#DEFINE
#DEFINE
#DEFINE
#DEFINE
#DEFINE
#DEFINE
0X40
EQU 0X42
0X43
0X44
EQU 0X45
0X47
EQU 0X48
EQU 0X49
INCREMENTAR
DECREMENTAR
DISPLAY1
DISPLAY2
SubeBajaSte
CambioSet
SubeBajaSeñal
RefresDis
Nada
Primera
SEMICICLO
SOBREMO
PORTB.1
PORTB,2
PORTC.4
PORTC.5
CONMUTACION.O
CONMUTACION.1
CONMUTACIÓN^
CONMUTACION.3
CONMUTACION.4
COMMUTACION.5
CUALPWM.O
SOBREMOD.O
ORG 0X00
GOTOINICIO
ORG 0X04
GOTOINTERRUPCIONES
INICIO
==CONFIGURACIOM DE PUERTOS
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
MOVLW
TRISA
B'OOOOOOOO1
TRISA
B'111111111
Puerto A como salida
MOVWF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
TRISB
B'OOOOOOOO' ; Puerto C como salida
TRISC
B'OOOOOOOO1 ; Puerto D como salida
TRISO
B'000001101 ; Puerto A digital
ADCON1
INICIALIZACION DE PUERTOS
BANKSEL
CLRF
CLRF
CLRF
CLRF
CLRF
CLRF
CLRF
CLRF
CLRF
CLRF
CONTROL
CONTROL
CONMUTACIÓN
AUXILIAR
AUXI
PORTA
PORTB
PORTC
PORTD
PORTE
CUALPWM
CONFIGURACIÓN DE INTERRUPCIONES
BANKSEL
BCF
BCF
BCF
BSF
BSF
BSF
BSF
BSF
BANKSEL
BCF
BCF
BCF
BCF
BCF
BANKSEL
BSF
BSF
BSF
BCF
BSF
INTCON
¡NTCON.TOIF
INTCON,INTF
INTCON.RBIF
INTCON,GIE
INTCON,PEIE
INTCON.TOIE
INTCONJNTE
INTCON,RBIE
PIR1
PIR1,RCIF
PIR1.TXIF
PIR1.CCP1IF
PIR1.TMR2IF
PIR1.TMR1IF
PIE1
PiE1,RCIE
PIE1.TXIE
PIE1.CCP1IE
PIE1.TMR2IE
PIE1.TMR1IE
Bajar bandera TIMER O
Bajar bandera externa
Bajar bandera cambio puerto B
Interrupción global habilitada
Interrupción de periféricos habilitada
Interrupción TIMER O habilitada
Interrupción externa habilitada
Interrupción de cambio de estado
Bajo
Bajo
Bajo
Bajo
Bajo
bandera recepción
bandera transmisión
bandera PWM
bandera TIMER 2
bandera TIMER 1
Habilitar
Habilitar
Habilitar
Habilitar
Habilitar
interrupción
interrupción
interrupción
interrupción
interrupción
de recepción
de transmisión
de TIMER 2
de TIMER 1
de TIMER 1
CONFIGURACIÓN DEL PWM
BANKSEL
BSF
BSF
BCF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
MOVWF
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
BSF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
T2CON
T2CON.TMR20N
T2CON.T2CKPSO
T2CON.T2CKPS1
CCPR1L
.0
CCPR1L
.0
CCPR1H
CCP1CON
B'00110011 1
CCP1CON
CCPR2L
.0
CCPR2H
CCP2CON
B'001100111
CCP2CON
TMR1H
OXFE
TMR1H
0X76
TMR1L
T1CON,TMR1ON
PR2
.102
PR2
TMR2
;PararTIMER2
; Preescaler 4
; Preescaler 4
; Tiempo en alto del PWM1
; Tiempo en alto del PWM1
; Modalidad PWM1 apagada
; Tiempo en alto del PWM2
; Tiempo en alto del PWM2
; Modalidad PWM2 apagada
; PararTIMER1
; Período del PWM
.51
TMR2
PROGRAMA PRINCIPAL
PRINCIPAL
BANKSEL
BSF
GOTO
PORTA
PORTA, 1
PRINCIPAL
INTERRUPCIONES
BANKSEL INTCON
BTFSC
INTCONJNTF
; Indica que el programa está funcionando
; Prueba que produjo la interrupción
; Verificar interrupción externa
GOTO
BTFSC
GOTO
BTFSC
GOTO
RETF1E
RECEPCIÓN
BANKS EL
BCF
MOVLW
ANDWF
MOVWF
SWAPF
MOVLW
XORWF
BTFSC
RETFIE
MOVF
MOVWF
GOTO
RETFIE
TIMER
BANKSEL
BCF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
GOTO
SET POINT
PIR1 ,TMR1 IF
TiMER
INTCON.RBIF
RECEPCIÓN
PORTB
INTCON.RBIF
B'1 1 11 0000'
PORTB.W
DATORX
DATORX
B'000011111
DATORX.W
STATUS,Z
DATORX, W
CONTROL
CARGAR
PIR1
PIR1.TMR1IF
OXFE
TMR1H
0X76
TMR1L
STATUS.Z
0X00
CONTROLO
STATUS.Z
CERO
ENCENDIDO
; Verificar interrupción de TIMER1
; Ver cambio de estado de Puerto B
; Para revisar solo de RB4 a RB7
; Intercambiar nibbles
;Guarda valor en CONTROL para SPWM
; Cargar valores para generar SPWM
; Cargar valores a TIMER1
¡Verificar nivel de iluminación "0"
CERO
BANKSEL
BCF
BCF
MOSTRAR
BANKSEL
BTFSS
GOTO
GOTO
PORTC
PORTC.1
PORTC.2
CONMUTACIÓN
RefresDis
DIS_1
DIS 2
;Apagar PWM1 y PWM2
; Refresca el valor de los dísp/ays
DIS 1
BCF
BSF
BANKSEL
MOVFW
CALL
MOVWF
BSF
RETFIE
DISPLAY1
DISPLAY2
CONTROL
CONTROL
TABLA
PORTO
RefresDis
; Se prende con cero
; Se apaga con uno
BSF
BCF
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
GOTO
DISPLAY1
DISPLAY2
STATUS,Z
OXOA
CONTROLA
STATUS.Z
S!
NO
; Se apaga con uno
; Se prende con cero
MOVLW
MOVWF
BCF
RETFIE
B'011110011
PORTO
RefresDis
; Si es nivel 10 se pone en 1 al display
MOVLW
MOVWF
BCF
RETFIE
B'010000001
PORTO
RefresDis
; Si es nivel 5*10 se pone en 0 al display
; Para refrescar display
DIS_2
SI
; Para refrescar display
NO
TABLA
ADDWF
RETLW
RETLW
RETLW
RETLW
RETLW
RETLW
RETLW
RETLW
RETLW
RETLW
RETLW
ENCENDIDO
BTFSC
•
PCL,F
B'01000000'
B'011110011
B'001001001
B'00110000'
B'000110011
B'00010010'
B'00000010'
B'011110001
B'OOOOOOOO 1
B'000100001
B'010000001
SEMICICLO
; Para refrescar display
; cero
; uno
; dos
; tres
; cuatro
; cinco
; seis
; siete
; ocho
; nueve
; diez
; Verifica que PWM debe activarse
GOTO
GOTO
UNO
DOS
UNO
; Para activare! PWM1
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BCF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
CLRF
CLRF
CCP2CON
B'001100111
CCP2CON
PORTC
PORTC.1
CCP1CON
6*00111111'
CCP1CON
CCPR2L
CCPR2L
CCPR2H
; Modalidad PWM2 apagado
; Modalidad PWM1 encendido
; Encera valores
PWM1
BTFSS
GOTO
GOTO
SubeBajaSenal
AÑADIR
REBAJAR
AÑADIR
BANKSEL
BTFSS
GOTO
BANKSEL
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
GOTO
SOBREMOD
SOBREMO
NORMAL
CONTROL
STATUS,!
.9
CONTROL.O
STATUS.Z
YAUNO
.10
CONTROL.O
STATUS.Z
YADOS
NORMAL
YAUNO
BANKSEL
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSS
GOTO
GOTO
CCPR1L
STATUS.Z
.72
CCPR1L.O
STATUS.Z
NORMAL
CAMBIOVALOR
CAMBIOVALOR
BANKSEL
MOVLW
CCPR1L
; Prueba bandera
; .Incrementar ancho de pulso
; Decrementar ancho de pulso
; Niveles sobre modulados?
¡Si es nivel 9 realiza sobre modulación
; Si es nivel 10 realiza sobre modulación
; En valor 72 se sobre modula nivel 9
MOVWF
GOTO
9
CCPR1L
NORMAL
YADOS
BANKSEL
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSS
GOTO
GOTO
CCPR1L
STATUS,Z
.84
CCPR1L.O
STATUS.Z
NORMAL
CAMBIOVALOR2
CAMBIOVALOR2
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
GOTO
CCPR1L
.98
CCPR1L
NORMAL
Se ejecuta si el nivel va de O a 8
NORMAL
BANKSEL
BCF
MOVFW
XORWF
BTFSS
GOTO
BANKSEL
BSF
GOTO
MÁXIMO
STATUS,Z
MÁXIMO
CCPR1L,0
STATUS,Z
SLAÑADE
CONMUTACIÓN
SubeBajaSeñal
REBAJAR
SLAÑADE
BANKSEL
MOVFW
ADDWF
GOTO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L.1
MOSTRAR
REBAJAR
BANKSEL
MOVLW
XORWF
BTFSS
GOTO
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BCF
ancho
BANKSEL
MOVLW
; En valor 84 se sobre modula nivel 10
CCPR1L
0X00
CCPR1L.O
STATUS.Z
SLREBAJA
CCPR1H
0X00
CCPR1H
CONMUTACIÓN
SubeBajaSeñal
CCP1CON
B'001100111
Comprobar sí ancho de pulso es máximo
Si no lo es incrementa ancho de pulso
Si lo es bandera en 1 para decrementar
Si ancho de pulso ^0, decrementa
Si ancho es O, encera valores
Bandera en O permitirá incrementar
Modalidad PWM1 apagado
MOVWF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
GOTO
SI_REBAJA
BANKSEL
MOVFW
SUBWF
BANKSEL
MOVLW
XORWF
BTFSS
GOTO
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BSF
GOTO
CCP1CON
CCPR1L
0X00
CCPR1L
MOSTRAR
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L.1
CCPR1L
0X00
CCPR1L.O
STATUS.Z
MOSTRAR
CCP1CON
B'001100111
CCP1CON
SubeBajaSeñal
MOSTRAR
DOS
; Para la activación del PWM2
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BCF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
CLRF
CCP1CON
B'00110011'
CCP1CON
PORTC
PORTC.2
CCP2CON
6-00111111'
CCP2CON
CCPR1L
CCPR1L
PWM2
BTFSS
GOTO
GOTO
9
; Modalidad PWM1 apagado
AÑADÍR2
BANKSEL
BTFSS
GOTO
BANKSEL
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
MOVLW
XORWF
SubeBajaSeñal
AÑADIR2
REBAJAR2
SOBREMOD
SOBREMO
NORMAL2
CONTROL
.9
CONTROL.O
STATUS.Z
YAUNO2
.10
CONTROL.O
; Modalidad PWM1 apagado
; Modalidad PWM2 encendido
BTFSC
GOTO
GOTO
STATUS.Z
YADOS2
NORMAL2
YAUNO2
BANKSEL
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSS
GOTO
GOTO
CCPR2L
STATUS, Z
.72
CCPR2L.O
STATUS.Z
NORMAL2
CAMBIOVALOR3
CAMBIOVALOR3
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
GOTO
CCPR2L
.84
CCPR2L
NORMAL2
YADOS2
BANKSEL
MOVLW
XORWF
BTFSS
GOTO
GOTO
CCPR2L
.84
CCPR2L.O
STATUS.Z
NORMAL2
CAMBIOVALOR4
CAMBIOVALOR4
BANKSEL CCPR2L
MOVLW
.98
MOVWF
CCPR2L
GOTO
NORMAL2
NORMAL2
BANKSEL
BCF
MOVFW
XORWF
BTFSS
GOTO
BANKSEL
BSF
GOTO
MÁXIMO
STATUS,Z
MÁXIMO
CCPR2L.O
STATUS.Z
SI_AÑADE2
CONMUTACIÓN
SubeBajaSeñal
REBAJAR2
SLAÑADE2
BANKSEL
MOVFW
ADDWF
GOTO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR2L.1
MOSTRAR
REBAJAR2
BANKSEL
MOVLW
XORWF
BTFSS
GOTO
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
GOTO
CCPR2L
0X00
CCPR2L.O
STATUS.Z
SI REBAJA2
CCPR2H
0X00
CCPR2H
CONMUTACIÓN
SubeBajaSeñal
CCP2CON
B'001100111
CCP2CON
MOSTRAR
; Modalidad PWM apagado
SI REBAJA2
BANKSEL
MOVFW
SUBWF
BANKSEL
MOVLW
XORWF
BTFSS
GOTO
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BSF
GOTO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR2L,1
CCPR2L
0X00
CCPR2L)0
STATUS,Z
MOSTRAR
CCP2CON
8-00110011'
CCP2CON
SubeBajaSeñal
MOSTRAR
; Modalidad PWM apagado
SET_PO!NT
BANKSEL
BCF
BTFSS
GOTO
BTFSS
GOTO
BTFSS
GOTO
RETFIE
INTCON
INTCON.INTF
INCREMENTAR
SUBIR
DECREMENTAR
BAJAR
PORTB.3
CRUCE
SUBIR
BCF
MOVLW
BANKSEL
STATUS.Z
.10
CONTROL
; Limpiar bandera
; Verificar Pulsador +
; Verificar Pulsador ¡Interrupción de Cruce por Cero
XORWF
BTFSS
GOTO
GOTO
CONTROL.O
STATUS.Z
SI SUBE
CARGAR
Pulsador + activado y nivelólo
SI SUBE
BANKSEL
BSF
INCF
GOTO
CONMUTACIÓN
SubeBajaSte
CONTROL
CARGAR
BAJAR
BCF
MOVLW
BANKSEL
XORWF
BTFSS
GOTO
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
GOTO
STATUS.Z
0X00
CONTROL
CONTROLA
STATUS.Z
SI BAJA
; Pulsador - activado y nivel ¿ O
CCP1CON
B'001100111 ¡Si
Si nivel=0 Modalidad PWM1 y PWM2 apagado
CCP1CON
CCP2CON
B'001 10011'
CCP2CON
CARGAR
Incrementa nivel de iluminación
SL.BAJA
BANKSEL
BCF
DECF
CARGAR
BANKSEL
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
CONMUTACIÓN
SubeBajaSte
CONTROL
Decrementa nivel de iluminación
Prueba nivel de iluminación
CONTROL
STATUS.Z
0X00
CONTROL.O
STATUS.Z
NIVELJ)
STATUS.Z
0X01
CONTROL.O
STATUS.Z
NIVELJ
STATUS.Z
0X02
CONTROL.O
STATUS.Z
NIVEL 2
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
BCF
MOVLW
XORWF
BTFSC
GOTO
RETFIE
IMIVELJ)
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
STATUS.Z
0X03
CONTROL.O
STATUS.Z
NIVEL_3
STATUS.Z
0X04
CONTROL.O
STATUS.Z
N1VEL_4
STATUS.Z
0X05
CONTROL.O
STATUS.Z
NIVEL_5
STATUS.Z
0X06
CONTROL.O
STATUS.Z
NIVEL_6
STATUS.Z
0X07
CONTROL.O
STATUS.Z
NIVELJ7
STATUS.Z
0X08
CONTROL.O
STATUS.Z
NIVEL_8
STATUS.Z
0X09
CONTROL.O
STATUS.Z
NIVEL_9
STATUS,Z
OXOA
CONTROLA
STATUS.Z
NIVEL 10
CCP1CON
B'00110011 1
CCP1CON
CCP2CON
B'001100111
CCP2CON
; Modalidad PWM1 apagado
; Modalidad PWM2 apagado
BANKSEL
BCF
BCF
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BCF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVFW
MOVWF
MOVFW
MOVWF
BCF
RETFIE
NIVEL 1
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVFW
MOVWF
MOVFW
MOVWF
BCF
RETFIE
NIVEL 2
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVFW
MOVWF
MOVFW
MOVWF
AUXILIAR
PORTC,2
PORTC.1
.0
AUXILIAR
CONMUTACIÓN
CambioSet
MÁXIMO
.0
MÁXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
SOBREMO
; Inicializa el PWM
; Carga Valores a Máximo de nivel "O"
; Carga Valores a Mínimo de nivel "O"
; Nivel no sobre modulado
AUXILIAR
.1
AUXILIAR
CONMUTACIÓN
CambioSet
MÁXIMO
; Carga Valores a Mínimo de nivel "1"
; Inicializa el PWM
.10
MÁXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
SOBREMO
; Carga Valores a Máximo de nivel "1"
; Nivel no sobre modulado
AUXILIAR
.2
AUXILIAR
CONMUTACIÓN
CambioSet
MAXiMO
; Carga Valores a Mínimo de nivel "2"
; Inicializa el PWM
.20
MAXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
; Carga Valores a Máximo de nivel "2"
BCF
RETFIE
NIVEL_3
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVFW
MOVWF
MOVFW
MOVWF
BCF
RETFIE
NIVEL_4
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
MOVLW
BANKSEL
MOVWF
BANKSEL
MOVFW
MOVWF
MOVFW
MOVWF
BCF
RETFIE
NIVEL_5
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVFW
5OBREMO
AUXILIAR
.3
AUXILIAR
CONMUTACIÓN
CambioSet
MÁXIMO
.30
MÁXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
SOBREMO
AUXILIAR
.4
AUXILIAR
CONMUTACIÓN
CambioSet
.40
MÁXIMO
MÁXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
SOBREMO
AUXILIAR
.5
AUXILIAR
CONMUTACIÓN
CambioSet
MÁXIMO
.50
MÁXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
; Nivel no sobre modulado
; Carga Valores a Mínimo de nivel "3"
Inicializa el PWM
Carga Valores a Máximo de nivel "3"
Nivel no sobre modulado
Carga Valores a Mínimo de nivel "4"
Inicializa el PWM
Carga Valores a Máximo de nivel "4"
Nivel no sobre modulado
Carga Valores a Mínimo de nivel "5"
Inicialíza el PWM
Carga Valores a Máximo de nivel "5"
MOVWF
MOVFW
MOVWF
BCF
RETFIE
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
SOBREMO
NIVEL_6
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
MOVLW
BANKSEL
MOVWF
BANKSEL
MOVFW
MOVWF
MOVFW
MOVWF
BCF
RETFIE
AUXILIAR
.6
AUXILIAR
CONMUTACIÓN
CambioSet
.60
MÁXIMO
MÁXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
SOBREMO
NIVEL_7
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVFW
MOVWF
MOVFW
MOVWF
BCF
RETFIE
AUXILIAR
.8
AUXILIAR
CONMUTACIÓN
CambioSet
MÁXIMO
.80
MÁXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
SOBREMO
NIVEL_8
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
BANKSEL
MOVLW
AUXILIAR
.10
AUXILIAR
; Nivel no sobre modulado
; Carga Valores a Mínimo de nivel "6"
; Inicializa el PWM
; Carga Valores a Máximo de nivel "6"
; Nivel no sobre modulado
; Carga Valores a Mínimo de nivel "7"
; Inicializa el PWM
; Carga Valores a Máximo de nivel "7"
; Nivel no sobre modulado
; Carga Valores a Mínimo de nivel "8"
CONMUTACIÓN
CambioSet
MÁXIMO
.100
; Inicializa el PWM
MOVWF
BANKS EL
MOVFW
MOVWF
MOVFW
MOVWF
BCF
RETFIE
NIVEL 9
BANKS EL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVFW
MOVWF
MOVFW
MOVWF
BSF
RETFIE
NIVEL 10
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
BSF
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
MOVFW
MOVWF
MOVFW
MOVWF
BSF
RETFIE
CRUCE
BANKSEL
BSF
BCF
MOVLW
MÁXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
SOBREMO
; Carga Valores a Máximo de nivei "8"
; Nivel no sobre modulado
AUXILIAR
.12
AUXILIAR
CONMUTACIÓN
CambioSet
MÁXIMO
.132
MÁXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
SOBREMO
; Carga Valores a Mínimo de nivel "9"
; Inicializa el PWM
; Carga Valores a Máximo de nivel "9"
; Nivel sobre modulado
AUXILIAR
.14
AUXILIAR
CONMUTACIÓN
CambioSet
MÁXIMO
.154
MÁXIMO
AUXILIAR
AUXILIAR
CCPR1L
AUXILIAR
CCPR2L
SOBREMO
PORTA
PORTA.3
SubeBajaSeñal
.0
; Carga Valores a.Mínimo de nivel "10"
; Inicializa el PWM
; Carga Valores a Máximo de nivel "10"
; Nivel sobre modulado
;lndica funcionamiento de cruce por cero
; Encera tiempos del PWM1 y PWM2
MOVWF
MOVWF
MOVWF
MOVWF
MOVLW
MOVWF
MOVWF
BCF
BCF
COMF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
BTFSS
GOTO
GOTO
CCPR1L
CCPR1H
CCPR2L
CCPR2H
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
RETFIE
TMR2
.100
TMR2
B'00110011'
; PWM1 y PWM2 apagado
CCP1CON
CCP2CON
PORTC.1
PORTC.2
CUALPWM
OXFF
TMR1H
0X90
TMR1L
SOBREMO
SIN
CON
Alterna encendido de PWM1 y PWM2
; Probar si esta en nivel sobre modulado
; Si no es nivel sobre modulado carga un tiempo 100
SIN
CON
; Si es nivel sobre modulado carga un tiempo 50
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
RETFIE
TMR2
,50
TMR2
END
PROGRAMA DE RECEPCIÓN DE DATOS EN EL DIMER
; CRISTAL DE 16MHz
ÜST P=16F873
INCLUDE
"P16F873.INC"
NUM EQÜ 0X42
ORG
GOTO
0X00
PROG
92
ORG
GOTO
0X04
SERIAL
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
BCF
BCF
BSF
MOVLW
MOVWF
BANKSEL
TRISA
B'OOOOOOOO 1
TRISA
8-11111111'
TRISB
PROG
6*11111111'
TRISC
B'0110'
ADCON1
TXSTA.SYNC
TXSTA,BRGH
PIE1.RCIE
0X00
SPBRG
PORTC
; Puerto A como salidas
; Puerto B como entradas
; Puerto C como entradas
; Puerto A digital
;Comunicación Asincrónica
;Baja Velocidad
¡Interrupción de Recepción habiitada
; Transmisión a 250Kb
OTRO
; Coloco al Puerto A en alto
MOVLW
MOVWF
AHÍ
BTFSS
GOTO
BSF
BSF
BSF
BCF
BCF
BSF
BSF
PROGRAMA
GOTO
SERIAL
BCF
INCF
MOVLW
XORWF
BTFSS
GOTO
BCF
GOTO
RETFIE
PORTC.7
AHÍ
RCSTA,SPEN
RCSTA.RX9
RCSTA.CREN
P1R1,RC!F
INTCON.INTF
INTCON, PEIE
INTCON.GIE
¡Revisa si se generaron el Freno y MDF
¡Habilita interrupción serial
¡Recepción de 9 bits
¡Recepción Continua
¡Limpiar bandera de recepción
¡Limpiar bandera de interrupción externa
; Habilita interrupción por periféricos
¡Habilita interrupción global
PROGRAMA
PIR1.RCIF
NUM,F
.32
NUM.W
STATUS,Z
SIGA
RCSTA.SPEN
OTRO
¡Limpia bandera de recepción
¡Registro guarda número de recepciones
; Prueba si ya recibió 32 datos
; Aún no recibe 32 datos
¡Ya recibió 32, desactiva puerto seria!
; Se regresa al inicio
SIGA
MOVF
XORWF
BTFSS
GOTO
MOVF
MOVWF
RETFIE
NUM.W
PORTB.W
STATUS,Z
NO
RCREG,W
PORTA
¡Compara dirección con registro NUM
MOVF
RETFIE
RCREG.W
¡Recibo valor para que no exista errores
; No debe recibir ese dato
¡Recibe el dato y lo coloca en el Puerto A
NO
END
ANEXO 2:
PROGRAMA
DMX512
DE
GENERACIÓN
DEL
PROTOCOLO
CRISTAL DE 16MHz
LIST P=16F873
INCLUDE
"P16F873.INC11
NUM
MARCAMAB
FRENO
EQU 0X42
EQU 0X43
EQU 0X44
ORG 0X00
GOTO
PROG
PROG
BANKSEL
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
BCF
BCF
BSF
BSF
BSF
MOVLW
MOVWF
BCF
BANKSEL
BSF
BCF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
BREAK
DECFSZ
TRISA
B'000000101
TRISA
6-11111111'
TRISB
.0
TRISC
B'0110T
ADCON1
TXSTA,SYNC
TXSTA,BRGH
TXSTA.TX9
TXSTA,TX9D
TXSTA.TXEN
0X00
SPBRG
PIR1.TXIF
PORTC
PORTA,0
PORTC,6
.255
FRENO
.223
NUM
FRENO.F
; Puerto A como salidas menos RA1
; Puerto B todo como entradas
; Puerto C todo como salidas
; Puerto A digital
; Comunicación Asincrónica
; Baja Velocidad
; Transmisión a nueve bits
; Noveno bit=1
¡Habilitar transmisión
¡Transmisión a 250Kb
¡Limpiar bandera de transmisión
¡Consola no puede enviar dato
¡RC6(TX)en bajo
¡Inicializa registros
¡Generación del Freno del DMX4512
GOTO
BSF
MOVLW
MOVWF
BREAK
PORTC,6
.16
MARCAMAB
DECFSZ
GOTO
BCF
BSF
MARCAMAB ,F
MAB
PORTA,0
RCSTA,SPEN
¡Generación de MDF del DMX512
MAB
:Consola que puede enviar datos
¡Activa puerto serial
PROGRAMA
BTFSS
GOTO
MOVF
BSF
MOVWF
PORTA, 1
PROGRAMA
PORTB,W
PORTA, O
TXREG
; Si consola envía "1" recibe dato
ESPERA
BTFSS
GOTO
BCF
BCF
INCFSZ
GOTO
BCF
PIR1/TXIF
ESPERA
PIR1JXIF
PORTA,0
NUM,F
PROGRAMA
RCSTA,SPEN
¡Espero que termine de enviarse dato
END
¡Recibe dato de Puerto B
¡Avisa a la consola que no envíe dato
¡Envío dato a registro de transmisión
¡Limpio bandera de transmisión
¡Avisa a consola que puede enviar
¡Verifica si llegaros 32 valores
¡Desactiva puerto serial
ANEXOS:
CONSOLA DE CONTROL DESARROLLADA EN LABVIEW
Pantalla de Presentación:
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ¡OS;
INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y CONTROL
PROYECTO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA EN
ELECTRÓNICA Y CONTROL
JANNINE GRACIELA AGUlRRE VEGA
NOVIEMBRE.2005
CONTINUAR
Tí)
Al pulsar el botón CONTINUAR se ingresa al SubVI llamado consola para ejecutar
el control de los dimers:
La pantalla del SubVI "consola" consta de 32 sliders mediante los cuales se
controlan 32 dimers:
DIMERS
''
0 11 §3 @
© 0'
Mientras no se presiona el botón INICIAR, se escribe un 1 en el bit tres del
registro de control para que no inicie la comunicación con el PIC
Si se presiona INICIAR comienza la comunicación a través de una secuencia
cuyo primer paso es la puesta en 1 del bit tres del registro de control durante
50ms el cual irá conectado a una compuerta NOT que reseteará al PIC que
recibe los datos desde el puerto paralelo y lo transforma en una trama serial,
Posteriormente, se coloca en
trabaje en estado normal.
del bit tres del registro de control para que el PIC
,37A H
U
jlllllOlll
i'Q'g'G
En el paso 2 de la secuencia se construye un arreglo con los valores colocados
en cada slider y los va indexando para obtenerlos uno por uno. Luego se revisa el
bit 6 del registro de estado, si este es "O" se coloca "O" en el registro de control
para habilitar al PIC, se incrementa ei número de climer para recibir el siguiente y
se envía el dato al puerto., luego se coloca "1" en en el bit O del registro de control
para repetir lo anterior.
El proceso se repite hasta que el número de dimers controlados sea de 32,
cuando llega a este valor el programa se detiene la transmisión de datos.
a B o u a fa ó b a.fr-ü b d.D o d-d-H-d ü d á d d a-ü ú H-Ci ú fl-ff a ft.p-tf !
Si el bit 6 es "1" se escribe 1 en el registro de control para que el PIC no reciba
datos manteniéndose e! número de dimer a ser controlado y no se envía datos a
través del puerto paralelo.
ANEXO 4:
ESQUEMÁTICO
DEL
INCANDESCENTES
DIMER
DE
LÁMPARAS
ANEXO 5:
DATOS TÉCNICOS DEL MOSFET IRF840
International
iCSRRectífier
SMPS MOSFET
PD-91900
IRF840A
HEXFET® Power MOSFET
Applications
• Switch Mode Power Supply ( SMPS )
• Uninterruptable Power Supply
• High speed power switching
Benefits
• Low Gate Charge Qg results in Simple
Orive Requirement
• Improved Gate, Avalanche and dynamic
dv/dt Ruggedness
• Fully Characterized Capacítance and
Avalanche Voltage and Current
• Effective Coss Specified (See AN1001)
VDSS
500V
Rds(on) max
o.ssa
TO-220AB
ID
8.0A
G DS
Absolute Máximum Ratings
ID @ Te = 25°C
I D @T C =100 D C
IDM
PD @TC - 25DC
VGS
dv/dt
Tj
TSTG
Parameter
Continuous Draín Current, VGs @ 10V
Continuous Drain Current, VGS @ 10V
Pulsed Drain Currení <D
Power Díssipation
Linear Derating Factor
Gate-to-Source Volíage
Peak Diode Recovery dv/dt CD
Operating Junction and
Storage Temperature Range
Solderíng Temperaiure, for 10 seconds
Mounting torqe, 6-32 orM3 screw
Max.
8.0
5.1
32
125
Units
A
W
1.0
±30
w/°c
5.0
-55 to + 150
V/ns
V
"C
300 (1.6mm from case )
10lbHn(1.1N-m)
Typical SMPS Topologies:
• Single Transistor Flyback Xfmr Reset.
• Single Transistor Forward Xfmr.
• Reset (US une ¡nput only).
www.irf.com
6/23/99
Iniernationol
l«RRectif¡er
IRF840A
Static @ Tj = 25°C {unless otherwise specified)
V(BR)DSS
AV(BR)DSS/ATj
RDS(on)
VGSÍIÍI}
Min.
Parameter
500
Drain-to-Source Breakdown Volíage
Breakdown Voltage Temp. Coefficient
•
Static Drain-to-Source On-Res¡stance
2.0
Gate Threshold Voltage
IDSS
Drain-to-Source Leakage Current
'ess
Gate-ío-Source Forward Leakage
Gate-to-Source Reverse Leakage
Typ.
2.2
.
•
Conditions
Max. Units
.
V
VGS = OV, b = 250uA
. v/°c Reference to 25"C, ID = 1mA
0.85
a VGS = 10V11D = 4.8A @
4.0
V
Vos = VGS, ID = 250uA
25
VDS = 500V, VGS - OV
UA
250
VDS = 400V, VGS = OV, Tj = 125°C
100
VGS = 30V
nA
-100
VGS = -30V
Dynamic @ Tj = 25°C (unless otherwise specified)
9fe
Qg
Qgs
Qgd
tdfon)
tr
fd(off)
tf
Qss
OOS5
Crss
COSB
CDSS
Coss eff.
Parameter
Forward Transconductance
Total Gate Charge
Gate-to-Source Charge
Gate-to-Drain ("Miller") Charge
Turn-On Delay Time
Ríse Time
Turn-Off Delay Time
Fall Time
Input Capacitance
Output Capacitance
Reverse Transfer Capaciíance
Output Capacitance
Ouíput Capaciíance
Effective Output Capacitance
Min.
3.7
Typ. Max.
Unrts
S
38
9.0
18
•
.
.
11
23
.
.
nC
L_-—.
ns
26
19
1018
155
8.0
.
.
PF
1490
42
56
.
Conditions
VDS = 50V, ID = 4.8A
ID = 8.0A
VDs = 400V
VGS = 1 0V, See Fig. 6 and 1 3 ©
VDD = 250V
ID = B.OA
RG = 9.1Q
RD = 3in,SeeFig, 10 ©
VGS = OV
V DS =25V
/=1.0MHz, SeeFíg. 5
VGS = OV, VDS=1.0V, /=1.0MHz
V GS =OV, VDs = 400V, /=1.0MHz
VGS = OV, VDS = OV to 400V ©
Avalanche Characteristícs
EAS
IAR
EAR
Parameter
Single Pulse Avalanche Energy©
Avalanche Current©
Repetitiva Avalanche Energy©
Typ.
Max.
.—
13
Units
mJ
A
mJ
Typ.
—.
Max.
Units
0.50
•—
510
8.0
Thermal Resisíance
R&ic
Rftcs
ROJA
Parameter
Junction-to-Case
Case-to-Sink, Fíat, Greased Surface
Juncíion-to-Ambient
1.0
°c/w
62
Diode Characteristics
Is
ISM
VSD
trr
Qrr
ton
Parameter
Continuous Source Current
(Body Diode}
Pulsed Source Current
(Body Diode) ©
Diode Forward Voltage
Reverse Recovery Time
Reverse RecoveryCharge
Forward Tum-On Time
Min.
Typ. Max. Units
Conditions
MOSFET symbol
.—v0
8.0
showíng the
n
~
A
\l '
integral reverse
G-ü (_!„
32
0
p-n junctíon diode.
2.0
V
Tj = 25°C, ls = 8.0A, VGS = OV ©
422 633
ns
Tj = 25°C, IF = 8.0A
2.0
3.0
MC di/dt=lOOA/us ©
•
Intrinsic tum-on time Is negügible (tum-on is domínated by LS+LD)
i
www.irf.com
International
iQRRectifier
IRF840A
100
100
1
10
100
20us PULSE WIDTH
Tj=150°C
0.1
1
VDS, Drain-to-Source Voltage (V)
10
VDS, Drain-to-Source Voltage (V)
Fig 1. Typical Output Characteristics
100
Fig 2. Typical Output Characteristics
Ú.U
le3 = 8.0 \
2.5
/
/
2.0
1.5
X
1.0
/
/
/
/
/
/
s
/
/
-
x
0.5
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
VGS, Gate-to-Source Voltage (V)
Fig 3. Typical Transfer Characteristics
www.irf.com
ff
X
^
0.0
-60 -40 -20
VGS=10V
0
20 40
60 80 100 120 140 16
Tj, JunctionTemperature (°C)
Fig 4. Normalizad On-Resistance
Vs. Temperatura
IRF840A
Infernafiona!
lORRecfifier
100000
1
10
100
10
1000
20
30
40
Q G , Total Gate Charge (nC)
VDS- Drain-to-Source Voltage (V)
Fig 5. Typical Capacitance Vs.
Drain-to-Source Voltage
Fig 6. Typical Gate Charge Vs.
Gate-to-Source Voltage
100
100
p
i—J-M-I
I
i— U
:o p ERA noN ^n -IISAR EA LIMIT bU.
Yf
^- B
•
.
__
Ja__
u
i^1 N
¡\¡10us_
v_
—>
>:
»
\r^
&W
—
10
r
V
;|ip ^ior
\V n
s
H
\"P11I i-l-lV
_J
•71011
--
0.2
0.5
0.8
1.1
VSD ,Source-to-Drain Voltage (V)
Fig 7, Typical Source-Drain Diode
Forward Voltage
1.4
0.1
TC= 2£ °
Tj = 15 0 °c_Single =>L_v,i-L.
¡se
—,-í
10
100
1000
10000
VDS, Drain-to-Source Voltage (V)
F-*ig 8. Máximum Safe Operating Área
www.irf.com
infernationol
lORRecfifier
IRF840A
8.0
6.0
\5
50
75
100
125
150
U 4.0
Fig 10a. Switchíng Time Test Circuit
2.0
o.o
TC , Case Temperature
(°C)
Fig 9. Máximum Drain CurrentVs.
Case Temperatura
Fig 10b. Switching Time Waveforms
0.01
O.OOÍXJ1
t-j, Rectangular Pulse Duration (sec)
Fig 11. Máximum Effective Transient Thermal Irnpedance, Junction-ío-Case
vvww.irf.corri
o
o
3
D
Oí
CQ
0)
t
- O
(D
-«
0
C
o S_
?" =>
Q)
3L ~
> ó'
<: co
£
,
\O
v°DSav
en
tn
,Ava,8rcheVoltag?{V)
m
V DSav , Avalanche Voltage ( V )
r-r
O
CD
<D
m
^
CD
s
II
o
Single Pulse Avalanche Energy (mJ)
Q
"
CD Q_
IRF840A
International
lORRectifier
Peak Diode Recovery dv/dt Test Circuit
Circuit Layout Consíderatíons
• Low Síray Inductance
• Ground Plañe
• Low Leakage Inductance
Current Transfonmer
D.U.T
©
A/W-
•
•
•
•
dv/dt contrallad by RG
Driver same type as D.U.T.
]SD controlled by Duty Factor "D"
D.U.T. - Device Under Test
_
_
PW
í
vGS=iov *
- •; :
j¡
©
D.U.T. ISD Wavefonm
ff
\d
Reverse
Recovery . \
Current ^V
Body Diode Forward \
Current
/Y
di/dt /
© D.U.T. VDS Waveform
Re-Applied Vollage
J^
/•"•"•
Be dy Diode
- ^DD
Forward Drop
© Inductor Curent
Rl jple £ 5%
'.
'so
•..
.
< - • -
VGS = 5V for Logic Level Devices-
Fig 14. ForN-Channel HEXFETS
www.irf.com
IRF840A
Internoíional
iQRRecíifier
Package Outline
TO-220AB Outiine
Dímensions are shown in millimeters (¡nches)
r ^i
J/ 4
6.1Q ¡,!ÍO)
I
[58ÍJ
f—
1.1S(.WS)
.
1
1
f.5«)
i
1.510)
1.WI.OSS] _
* 1.1SÍ-WSJ
_
I_Í.Q6(.160)
3.SS1.UO)
— < >— J*
_
2J*HMJ
LEADASSIGNUENIS
1 • GAIE
2-ORAIK
3-SOURCE
1-DRAIN
MIH
9
0.93 (.017)
¡(J27)
Or6 9
<U6 (.014)
WI B I A ÜÍ'
1 !
NOIES:
1 DIUEHSIOK1NQSTOLERANCWG PER ANSÍ Yt4.5W.1ii!.
2 COKIRQLUNGDIUEHSiaHiiHCH
3 OUTIINE CONFORUS 10 JÉDEC QUTUNE IO-22QAB.
* HEATSIHKSIEADUEA5UREUEHISDONQTIHCLUOEBURRS.
Part Marking Information
TO-220AB
EXAMPLE; THIS !S AN IRF1010
WITH ASSEMBLY
LOT CODE 9B1M
INTERNATIONAL
PART NUMBER
RECTIFIER
LOGO
ASSEMBLY
LOT CODE
DATE CODE
(YYWW)
YY = YEAR
WW = WEEK
Notes:
Q) Repetitive rating; pulse widlh limited by
max. junclion temperatura. ( See fig. 11 )
© Pulse width ¿ 300us; duty cycle < 2%.
© StartingTj=25 Q C, L=16rnH
R G = 250, IAS= 8.0A. (See Figure 12)
© CDSS eff. ¡s a fixed capacitance that gives the same charging time
as Coss while VDS is rising from O to 80% VDSS
CD ISD < 8.0A, di/dt < 10OA/us, VDD <, V(BR)DSS,
níernationa
I«RRect¡fier
i
WORLD HEADQUARTERS: 233 Kansas St., El Segundo, California 90245, Tel: (310) 322 3331
IR GREAT BRITAIN: Hurst Creen, Oxted, Surrey RH8 9BB, UK Tel: ++ 44 1883 732020
IR CANADÁ: 15 Lincoln Court, Brampton, Ontario L6T3Z2, Tel: (905) 453 2200
(R GERMANY: Saalburgstrasse 157, 61350 Bad Homburg Tel: ++ 49 6172 96590
IR ITALY: Via Liguria 49, 10071 Borgaro, Tormo Tel: ++ 39 11 451 0111
IR FAR EAST: K&H BIdg., 2F, 30-4 Nishi-Ikebukuro 3-Chome, Toshima-Ku, Tokyo Japan 171 Tel: 81 3 3983 0086
IR SOUTHEAST ASIA: 1 Kim Seng Promenade, Great Worid Ctty West Tower, 13-11, Singapore 237994 Tel: ++ 65 838 4630
IR TAIWAN:16 Fl. Suíte D. 207, Sec. 2, Tun Haw South Road, Taipei, 10673, Taiwan Tel: 886-2-2377-9936
http://wvAv.irf.com/
Data and specífícations subject to change wílhoui nofice. 6/99
8
www.irf.com