BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ELECTRONICA

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ELECTRONICA
Diseño y construcción de un balastro electrónico para encender una lámpara de vapor de sodio de
alta presión vsap de 150w.
Tesis profesional para obtener el titulo de Ingeniero en Ciencias de la Computación
Presenta: Pani Trujillo, Moisés, Alejandro.
Asesor: Mino Aguilar, Gerardo
Puebla Pue Mayo 2011
ÍNDICE
CAPÍTULO 1...................................................................................................................................... 1
1.1.- ANTECEDENTES...................................................................................................................... 1
1.2.- NATURALEZA DE LA LUZ.................................................................................................... 1
1.3.- CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES LUMINOSAS.......................................................... 1
1.4.- CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES LUMINOSAS DE ACUERDO A LA
TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA. ............................................................................................ 1
1.5.- LUMINISCENCIAS ELÉCTRICAS: ...................................................................................... 2
1.6.- PROPIEDADES CROMÁTICAS DE LAS FUENTES LUMINOSAS................................ 2
1.7.- TEMPERATURA DEL COLOR.............................................................................................. 2
1.8.- ÍNDICE DEL RENDIMIENTO DEL COLOR (IRC)............................................................... 3
1.9.- UNIDADES LUMINOSAS........................................................................................................ 3
1.10.- CLASIFICACIÓN DE LAS LÁMPARAS ELÉCTRICAS................................................... 3
1.11.- LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA.................................................................................. 4
a).- LÁMPARA INCANDESCENTE CONVENCIONAL................................................................ 4
b).- LÁMPARA INCANDESCENTE HALÓGENA......................................................................... 5
c).- CARACTERÍSTICAS DE LAS LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA............................... 6
1.12.- LÁMPARAS DE DESCARGA GASEOSA........................................................................... 6
1.13.- LÁMPARA DE VAPOR DE MERCURIO.............................................................................. 7
a. LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO DE BAJA PRESIÓN..................................................... 7
b. LÁMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN............................................. 7
1.16.- LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO..................................................................................... 9
a. LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO DE BAJA PRESIÓN
(VSBP)............................................... 9
b. LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO A ALTA PRESIÓN (VSAP):
................................................... 9
1.17.- PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO................................................................................10
1.18.- CARACTERISTICAS DE UNA LÁMPARA DE VAPOR DE SODIO DE ALTA
PRESIÓN............11
1.19. EFECTO DE LA FRECUENCIA EN LAS LAMPARAS DE VSAP (Vapor de Sodio de
Alta Presión) ....12
1.20. OPERACIÓN EN BAJA FRECUENCIA….........................................................................13
CAPITULO 2. .....................................................................................................................................14
2. PRINCIPIOS DEL FUNCIONAMIENTO. .............................................................................................14
2.1. INTRODUCCION. .........................................................................................................................14
2.2. CLASIFICACION DE LOS BALASTROS. ...........................................................................................14
2.2.1. BALASTRO ELECTROMAGNETICO O TRADICIONAL (H.I.D.). .............................................14
2.2.2. BALASTRO ELECTRONICO (H.I.D.). ..................................................................................14
2.3. PARTES DE UN BALASTRO ELECTROMAGNETICO. .......................................................................15
2.3.1. INDUCTOR. ..........................................................................................................................15
2.3.2 CAPACITOR. ..........................................................................................................................15
2.3.3. FUNCIONAMIENTO Y CONSTITUCION INTERNA DE UN IGNITOR ..........................................16
2.4. DIFERENTES ESQUEMAS DE BALASTROS MAGNETICOS. ..............................................................16
2.5. BALASTRO ELECTRONICO. ..........................................................................................................17
2.6. ETAPAS DEL BALASTRO ELECTRONICO H.I.D. ..............................................................................18
2.7. COMPARACION ENTRE LOS BALASTROS. ....................................................................................18
2.8. FUENTE DE ALIMENTACION. .......................................................................................................19
2.9. FUENTE CONMUTADA. ...............................................................................................................19
2.9.1. CONVERTIDOR CD-CD. .........................................................................................................19
2.9.2. EL PRINCIPIO DE OPERACION ELEVADORA. ..........................................................................19
2.9.3. FUNCIONAMIENTO ELEVADOR. ...........................................................................................19
2.9.4. ELECCION DEL CONVERTIDOR CD-CD PARA EL BALASTRO. ...................................................21
2.10. INVERSOR................................................................................................................................21
2.10.1. CLASIFICACION DE LOS CONVERTIDORES RESONANTES. ....................................................22
2.10.2. INVERSOR DE MEDIO PUENTE............................................................................................22
2.10.3. CARACTERISTICAS DE UN INVERSOR EN MEDIO PUENTE. ...................................................24
2.10.4 IMPLEMENTACION. ............................................................................................................24
2.10.5. AMPLIFICADOR CLASE D. ...................................................................................................25
2.10.6. SELECCION DE LA TOPOLOGIA INVERSORA ........................................................................26
2.11. CIRCUITO TANQUE. ..................................................................................................................27
2.11.1. ANALISIS DE COMBINACIONES DEL TANQUE RESONANTE ..................................................27
2.11.2. SELECCION DEL TANQUE RESONANTE ................................................................................27
2.12. CIRCUITO DE SENSOR ...............................................................................................................28
2.13. ETAPA FILTRO EMI ....................................................................................................................28
CAPITULO 3. .....................................................................................................................................29
3.1. ANALISIS E IMPLEMENTACION ...................................................................................................29
3.1. INTRODUCCION ..........................................................................................................................29
3.2. SELECCION DE LA LAMPARA .......................................................................................................29
3.2.1. CARACTERISTICAS DE LAS LAMPARAS DE VSAP ....................................................................29
3.2.2. REQUERIMIENTOS ...............................................................................................................29
3.2.3. CARACTERISTICAS EN BAJA Y ALTA FRECUENCIA. .................................................................30
3.3. IMPLEMENTACION DEL SISTEMA ................................................................................................32
3.3.1. ETAPA DE SALIDA DEL BALASTRO. ........................................................................................32
3.3.1.1 DESARROLLO .................................................................................................................32
3.3.1.2. RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL CIRCUITO DE SALIDA. .................................................33
3.3.1.3. SIMULACION DIGITAL DE LA ETAPA DE SALIDA ..............................................................35
3.3.2. FILTRO DE EMI (ELECTRO MAGNETIC INTERFERENCE) ..........................................................36
3.3.3. IMPLEMENTACION DEL RECTIFICADOR Y FILTRO DE ENTRADA .............................................36
3.3.4. IMPLEMENTACION DE LA FUENTE CONMUTADA .................................................................37
3.3.4.1. CONVERTIDOR BOOST ..................................................................................................37
3.3.4.2. CARACTERISTICAS GENERALES ......................................................................................37
3.3.4.3. CARACTERISTICAS ESPECIFICAS: ....................................................................................37
3.3.4.4. CONTROL DEL CONVERTIDOR BOOST ...........................................................................38
3.3.4.5. OSCILADOR ..................................................................................................................39
3.3.4.6. COMPENSACION DE LA PENDIENTE ..............................................................................39
3.3.4.7. SINCRONIZACION EXTERNA ..........................................................................................39
3.3.4.8. COMPENSACION DE ERROR DE AMPLIFICACION ..........................................................40
3.3.4.9. SENSOR DE CORRIENTE. ................................................................................................41
3.3.4.10. CIRCUITO FINAL DE LA FUENTE CONMUTADA .............................................................41
3.3.4.11. SIMULACION. ..............................................................................................................43
3.3.4.12. CORRECCION ACTIVA DEL FACTOR DE POTENCIA ........................................................44
3.3.5. TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO ...................................................................................44
3.3.6. ETAPA DE POTENCIA. ...........................................................................................................44
3.3.6.1. INVERSOR DE MEDIO PUENTE...........................................................................................44
3.3.7. CIRCUITO SNUBBER .............................................................................................................45
3.3.8. DISENO DE FILTRO EMI, TRANSFORMADOR DE ALIMENTACION E INDUCTOR DE SALIDA .....45
3.3.8.1. TRANSFORMADOR ........................................................................................................45
CAPITULO 4 ......................................................................................................................................47
4. ANALISIS Y DISENO DEL PROGRAMA DEL MICROCONTROLADOR ...................................................47
4.1. INTRODUCCION. .........................................................................................................................47
4.2. PROCESO DEL SISTEMA ..............................................................................................................47
4.2.1. ETAPA ENCENDIDO (BARRIDOS DE FRECUENCIA) .................................................................47
4.2.2. ETAPA DE ESTABILIZACION DE LA LAMPARA.......................................................48
4.2.3. ETAPA ESTABLE DE LA LAMPARA.............................................................................48
4.2.4. ETAPA DE ENFRIAMIENTO DE LA LÁMPARA............................................................49
4.2.5. ENCENDIDO POR FOTORRESISTENCIA.......................................................................49
4.2.6. ETAPA DE REGULACIÓN LUMÍNICA (DIMMEO)….......................................................49
4.3. MICROCONTROLADOR 16F877 ...................................................................................................50
4.3.1. MODULO DE CONVERSION ANALOGICA DIGITAL (A/D). .......................................................51
4.3.2. MODULO PWM PULSE WIDE MODULATOR (MODULACION DE ANCHO DE PULSOS).............52
4.3.3. CONTROL DEL PERIODO DEL PWM ......................................................................................53
4.4. DESARROLLO DEL SOFTWARE .....................................................................................................55
4.4.1. DIAGRAMA DEL ENCENDIDO Y ESTABILIZACION ...................................................................56
4.4.2. DIAGRAMA DEL CORRECCION DE FRECUENCIA Y CHEQUEO DE FALLAS. ...............................57
4.4.3. SIMULACION DE LA ETAPA DE CONTROL ..............................................................................58
4.5. DIAGRAMA DE CONEXION ..........................................................................................................59
4.6. LECTURAS TOMADAS DE LA ETAPA DE CONTROL ........................................................................60
4.7. CIRCUITO IMPULSOR ..................................................................................................................61
4.7.1. DIAGRAMA DE AISLAMIENTO ..............................................................................................61
4.8. ETAPA DE SENSOR ......................................................................................................................62
CAPITULO 5 ......................................................................................................................................63
5. CONCLUSIONES .............................................................................................................................63
5.1. INTRODUCCION. .........................................................................................................................63
5.2. EQUIPO DE MEDICION. ...............................................................................................................63
5.3. CONCLUSIONES ..........................................................................................................................64
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................................68
ANEXO A ..........................................................................................................................................70
ANEXO B ..........................................................................................................................................76
ANEXO C ..........................................................................................................................................72
ANEXO D ........................................................................................................................................87
INTRODUCCIÓN.
El circuito de control esta constituido por el microcontrolador 16F877, por su bajo costo y
fácil adquisición, además por los módulos que posee ADC y PWM.
El microcontrolador es el dispositivo encargado de proporcionar el barrido de frecuencia
para el encendido de la lámpara y proporciona la señal de control al circuito inversor para
poder estabilizar la lámpara de HID y vigila constantemente que no ocurra un corto
circuito y se dan e la lámpara.