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Autor Tema:Utilización de NUEVO DRIVER PARA LEDS DE ALTA POTENCIA CON ENTRADA DE CONTROL PWM en práctica de laboratorio de Contadores Eléctricos
jua_c101
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Mensaje Utilización de NUEVO DRIVER PARA LEDS DE ALTA POTENCIA CON ENTRADA DE CONTROL PWM en práctica de laboratorio de Contadores Eléctricos
on: May 20, 2017, 19:52
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Buenas noches a todos,
Soy profesor en un instituto y solicito vuestros útiles consejos para poder utilizar uno de los circuitos descritos en la página en la docencia de una práctica de laboratorio de Contadores Eléctricos.

El circuito en cuestión es “NUEVO DRIVER PARA LEDS DE ALTA POTENCIA CON ENTRADA DE CONTROL PWM”

Os explico el objeto de la práctica y las necesidades que se nos plantean.

Objeto de la práctica : Queremos enseñar a los alumnos de formación profesional el funcionamiento de los contadores eléctricos simulando diversas cargas. Estas cargas deben de ser variables a voluntad.

Necesidades:
En la práctica se va a utilizar un contador de la marca Circutor:
http://circutor.es/docs/FT_Q1_CIRWATT-B410T_SP.pdf
Este contador utiliza medida indirecta (para saber más sobre la medida indirecta se puede consultar el link : http://juganett.blogspot.com.es/2011/03/uso-de-la-medida-indirecta.html ) .
La medida indirecta significa que el contador, para conocer el consumo de la carga se alimenta con una intensidad proporcional a la de la carga, es decir no pasa por el contador la intensidad total de la carga.
Esto se consigue utilizando un transformador de intensidad donde por el primario pasa toda la intensidad de la carga y el secundario tiene una intensidad nominal de 0 a 5 amperios.
El circuito secundario del trafo de intensidad se conecta al contador eléctrico. La entrada de intensidad del contador eléctrico tiene un consumo de 0,1 VA.

Aquí es donde entra en juego el circuito. Estaba pensando utilizar el circuito como fuente de intensidad constante para alimentar la entrada de intensidad del contador de forma que pudiera controlar la intensidad de entrada mediante el potenciómetro del circuito basado en el 555 que se describe en el mismo artículo y debería poder regular desde 0 a 5 amperios.

Creéis que es posible? Hay alguna modificación que pensáis que es necesaria en dicho circuito?
Muchisimas gracias a todos por los posibles comentarios y enhorabuena por la web, soy también un apasionado de la docencia y me ha impresionado la claridad de las explicaciones y el esfuerzo que eso conlleva.

Un saludo
Juan
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Vega
Experto
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Mensaje Re: Utilización de NUEVO DRIVER PARA LEDS DE ALTA POTENCIA CON ENTRADA DE CONTROL PWM en práctica de laboratorio de Contadores Eléctricos
on: May 20, 2017, 21:27
Cita

Hola Juan Carlos: sólo soy un colaborador del sitio, pero creo que hablo en nombre de todos al agradecerle el reconocimiento del esfuerzo, en especial el de Gabriel, el creador del sitio y quien escribe los artículos. Tiene toda la razón: a veces esto requiere un gran esfuerzo.

Yendo a su necesidad, creo que le tengo malas noticias. Los contadores a los que se refiere necesitan corriente alterna sinusoidal para funcionar (imprescindible si se utilizan transformadores de intensidad). El circuito del artículo genera una onda cuadrada, no sinusoidal, y además, unipolar.
Por otro lado, sólo es un limitador de corriente. Esta se transforma en constante recién cuando supera un umbral. Además, no es variable. La corriente es siempre la misma. Lo único que cambia es el tiempo que se aplica a la carga debido al PWM, ya que es una onda cuadrada. Esto produce el efecto del cambio de luminosidad del led (en el caso mostrado), pero no debido a un cambio en la corriente, que es lo que usted necesita.

Disculpe por favor si esto pareció un bombardeo de malas noticias. La intención fue explicar las cosas, nada más.

Lamento no poder ayudarlo más. Lo que usted necesita se puede hacer, por supuesto, pero no de una forma simple y rápida.
Por mi parte, si se me ocurre alguna otra solución, la comunicaré por aquí.
Quizás alguno de los demás colaboradores, o algún lector, tenga alguna idea apropiada.

Mis más cordiales saludos,
Juan Sebastián

jua_c101
Iniciado
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Mensaje Re: Utilización de NUEVO DRIVER PARA LEDS DE ALTA POTENCIA CON ENTRADA DE CONTROL PWM en práctica de laboratorio de Contadores Eléctricos
on: May 21, 2017, 13:42
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Hola Juan, muy agradecido por tu respuesta y tu tiempo.

Aunque son malas noticias...... pensando en lo que comentas puede que haya una solución.....

Antes de nada, tienes toda la razón, no he caído que la intensidad que proporciona el circuito es una intensidad continua por lo que de ninguna forma es válida, el contador, evidentemente, solo lee cargas alternas (fallo grandisimo mio el no haber caído en eso).

Por otra parte, al modular la intensidad mediante PWM se está creando una onda cuadrada con un determinado ciclo de trabajo. Ciclo de trabajo variable mediante PWM. Esta onda cuadrada está formada por una componente de continua y armónicos de distinto orden.

En el link http://www.falstad.com/fourier/ hay una aplicación muy buena para ver como una onda cuadrada se descompone en sus armónicos, si se elige a la derecha la opción "square" con el ratón puede irse modificando la onda y comprobando los armónicos y su amplitud.

Ya que en la práctica de contadores no es tan importante el poder controlar el valor de la carga sino que esta vaya variando....crees que el transformador de intensidad podría leer estos armónicos y dar una señal medible al contador?

He encontrado esto https://electronics.stackexchange.com/questions/218976/ac-constant-current-source-design que quizás puede que sea la solución. Tengo que investigar como puedo subir la salida a 5 Amperios y como se podría hacer que la salida fuera variable y por ejemplo controlada con un arduino

Muchas gracias por tu tiempo y un cordial saludo
Juan

Vega
Experto
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Mensaje Re: Utilización de NUEVO DRIVER PARA LEDS DE ALTA POTENCIA CON ENTRADA DE CONTROL PWM en práctica de laboratorio de Contadores Eléctricos
on: May 22, 2017, 01:36
Cita

Hola Juan Carlos:

Tardé en contestarle porque tuve a mi nieto de visita el fin de semana, y cuando el viene se apropia de la pc (siempre pidiendo permiso, por supuesto, simulando que me lo pregunta en serio, como si no supiera la respuesta, jeje) y a mí no me queda más que ponerme a leer un libro. Mi respuesta anterior la pude hacer en el rato en que fue a jugar al fútbol. Tuve que cortarla antes de tiempo porque el partido se suspendió y volvió justo cuando la estaba escribiendo. Claro que se quedó al lado mío todo el tiempo diciendo "dale abu, ¿cuándo terminás?". Mi felicidad la terminan pagando los inocentes.
Bueno, disculpe por la anécdota, fue sólo para matizar un poco el tanto hablar de transistores.

Tengo que agradecerle un punto de su comentario. Estuve mirando el artículo "ac-constant-current-source-design" que mencionó, y disculpe si quedo como un viejo chocho y desmemoriado, me hizo recordar que hace unos 25 años hice exactamente lo mismo, pero para alimentar un cabezal de grabación magnético (muchísima menos corriente de la que usted necesita) y funcionó perfectamente. Lo había olvidado.

Voy a referirme al circuito de la figura 3: "Full (untested) circuit".
La idea de usar algo similar a esto es excelente. A mí no se me ocurrió.
Tendrá que tener en cuenta varias cosas (siempre hablando de la figura 3) y también que no utilicé ni probé nada con los requerimientos de su proyecto, así que ponga entre comillas todo lo que diga.

Los detalles son:
- No necesita el segundo transformador.
- La alimentación del operacional no puede ser de media onda, ya que necesitará soportar la carga de 5 A necesaria.
- NO PUEDE haber ningún punto en común con el medidor, excepto los que en la figura aparecen como Iout y Return. Por esto, necesitará una fuente separada totalmente del resto de los circuitos que vaya a utilizar. No podrá (en principio) utilizarla para otra cosa.
- La corriente generada por este circuito dependerá directamente de la tensión de línea, ya que la tensión de referencia la obtiene de un transformador alimentado por ella. Como esa tensión depende de lo que estén haciendo los vecinos (bueno, y uno mismo, jeje) no siempre es muy estable, al menos por donde yo vivo. Lo que quiero decir es que este circuito no sirve para calibrar un medidor, pero para un ejercicio académico, me parece una muy buena solución.
Si alguna vez necesita más exactitud, deberá reemplazar ese transformador por un generador sinusoidal electrónico (algo bastante sencillo, pero para no extender más esto, no lo explicaré ahora. Si lo necesita, avise y veremos qué hacer).
- Necesitará hacer que la corriente de salida llegue a 5 A.

Ahora intentaré detallar alguna explicación para estos puntos (quizá no en orden).

No necesita el segundo transformador porque lo que lo que desea es una corriente, no una tensión constante. Todos los transformadores de intensidad (al menos los que he utilizado en la época en que tuve bastante que ver con este tema) necesitan una resistencia de carga ("burden resistor", como se la menciona generalmente en la literatura técnica) para transformar la corriente generada por el trafo en una tensión medible por el circuito medidor (disculpe la redundancia), normalmente con un conversor A/D. Como normalmente este tipo de integrados está alimentados con baja tensión, digamos 5 V, sus A/D incorporados no podrán interpretar una tensión superior a ella, o sea que la resistencia de carga del trafo, multiplicada por 5 A, deberá ser de 1 Ohm como máximo (si los 5 A son pico; si son RMS, no más de 0.7 Ohm).
Esta resistencia está normalmente incorporada en el medidor, así que lo único que usted deberá hacer es conectar las salidas Iout y Return a los lugares a los que iría conectado el trafo de intensidad (recuerde que son las dos ÚNICAS conexiones permitidas en este caso).

En cuanto a aumentar la capacidad de corriente del circuito, es algo bastante simple, dentro de lo que cabe. Necesita intercalar en el circuito (en la misma ubicación que el segundo transformador, pero que cumplirá una función distinta) un par de transitores de potencia, un par de diodos y no mucho más. Como amplificador puede usar cualquiera hecho para audio, por ejemplo el TDA2030 o 2040. Le sugiero esto porque los transistores de potencia generalmente tienen poca ganancia, y quizá un operacional normal no llegue a excitarlos lo suficiente. Estos dos chips que le menciono son muy sencillos de utilizar y, por mi experiencia con ellos, prácticamente indestructibles.
Hay amplificadores de audio con mucha más capacidad de corriente, con lo que ni siquiera necesitaría los transistores externos, ya que el mismo ampli puede entregar los 5 A que necesita, pero los que encontré son bastante más difíciles de utilizar, y otros (de los que encontré) son tan antiguos que ni siquiera sé si todavía existen.

Tenía en mente más cosas, pero se me fueron. Pregunte lo que necesite: a mí, personalmente, me resultó un desafío agradable y me proporcionó varias ideas.

Mis cordiales saludos,
Juan Sebastián

jua_c101
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Mensaje Re: Utilización de NUEVO DRIVER PARA LEDS DE ALTA POTENCIA CON ENTRADA DE CONTROL PWM en práctica de laboratorio de Contadores Eléctricos
on: May 24, 2017, 19:31
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Hola Juan Sebastían, de nuevo muchas gracias por tu tiempo y consejos, pero sobre todo a tu nieto que la familia siempre es lo primero 🙂

Antes de nada comentar que aunque la carga es de 5 amp. realmente la potencia que consume es de solo 0,1VA como se puede ver en las especificaciones del equipo de medida al que va a alimentar la fuente de corriente constante.

La resistencia R3 sería de 1 ohm y 50 watts

Me has dado muchas ideas y paso a comentarte dudas y hacer consideraciones al respecto al respecto :

- La alimentación del operacional la haré con una fuente dedicada solo a eso.

- La precisión no es problema por lo que con la alimentación de línea es suficiente sabiendo que variaciones de la alimentación de línea producirán variaciones en la salida.

- Respecto a no utilizar transformador y aumentar la corriente de salida, he pensado eliminar el trasformador y utilizar un operacional de alta potencia por ejemplo el OPA541 de TI que soporta mas de 5 amp. de salida. De esta forma entiendo que no hace falta el amplificador que comentas.

ESpero tus comentarios cuando puedas.
Un cordial saludo

Vega
Experto
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Mensaje Re: Utilización de NUEVO DRIVER PARA LEDS DE ALTA POTENCIA CON ENTRADA DE CONTROL PWM en práctica de laboratorio de Contadores Eléctricos
on: May 25, 2017, 00:34
Cita

Hola Juan Carlos:

Me había descargado la hoja de datos del equipo, pero pasé por alto esa parte. Ahora, prestándole más atención, me confunden algunos de los datos que publican.
Por ejemplo: indican un consumo para el medidor de tensión mucho mayor que para el de corriente, cuando debería ser al revés. El medidor de tensión es de alta impedancia, por lo que su consumo debería ser ínfimo, no así el de corriente.
Me temo mucho que estoy malinterpretando algo. De todas formas, para lo queremos hacer eso no nos afecta mucho.

No entiendo bien el valor que calculó para R3.
El cálculo de R3 depende exclusivamente de dos cosas: la tensión de referencia y la corriente que deseamos obtener. Su valor, como R3 = Vref / Iout, y su potencia, como PR3 = Vref * Iout.
Esto implica que cuanto más baja sea Vref, menores serán la resistencia y la potencia.
Tenemos una ecuación con dos incógnitas (la de PR3 está derivada de la otra, así que no aporta más datos que la primera). Esto, matemáticamente, no tiene solución, así que lo que necesitamos es "liberar" una de las incógnitas. La corriente la fijamos nosotros. Tenemos que jugar con Vref o R3 y transformar una de ellas en una constante.
Por ejemplo: definamos la potencia máxima que queremos para PR3, digamos 0.5W, simplemente para ver dónde estamos parados.
De la fórmula de PR3 obtendremos: Vref = PR3 / Iout = 0.5W / 5A = 0.1V
Ahora, con la fórmula de R3 nos queda: R3 = 0.1V / 5A = 0.02 Ohm. Esto, en la práctica, es un poco inmanejable para hacerlo con componentes normales.
Ya teniendo una idea más concreta de lo que estamos hablando, veamos qué pasa si definimos a R3 como de 0.1 Ohm, un valor estándar. La corriente ya la conocemos (5A).
Según la ley de Ohm, obtenemos que PR3 = 5A * 5A * 0.1 Ohm = 2.5W. Esto es más razonable y fácil de implementar con componentes comunes. Si fuera mi proyecto, empezaría con esto.
A la vez, define la tensión de referencia como: Vref = 5A * 0.1 Ohm = 0.5V, perfecto, ya que Vref también define la tensión mínima de alimentación del amplificador, y 0.5V es lo suficientemente baja como para que cualquier amplificador pueda lograrla.

Ahora aparece "el hijo del borrego", como decimos en Argentina, que jamás supe qué quería decir, jeje, pero se aplica a cuando uno cree que tiene todo solucionado y empiezan a aparecer esos "detalles" que te quitan el sueño.
En este caso, es que en ningún momento tomamos en cuenta la resistencia de sensado propia del medidor (en la figura, la que sería Rload).
Si el consumo del medidor es lo que interpreto de la hoja de datos, esta resistencia debería ser de 0.004 Ohm. No digo que no pueda ser, pero me resulta un poco raro, nada más, no tengo argumentos firmes para asegurar que el dato está mal.
Lo que sí es seguro es que tiene ser de un valor muy bajo, comparable al de nuestra R3, pero supongamos que es cinco veces mayor, o sea, 0.5 Ohm.
Nuestro amplificador necesitará generar 5A, pero no sólo sobre R3, sino también a través de Rload, que está en serie con ella.
De acuerdo al cálculo de Vref que hicimos anteriormente, ahora nos queda:
Vref = (Rload + R3) * Iout = (0.5 + 0.1) * 5 = 3V. Sigue siendo una tensión perfectamente manejable por el ampli.

En este caso, y por lo que indica la hoja del OPA541, para 5A las tensiones de alimentación deberán ser como mínimo de ±12.5V (digamos ±15V). Siempre lo mínimo necesario para lograr nuestro objetivo (para que el ampli no caliente de más).

No conocía al OPA541. Me hubiera sido muuuuuy útil en varias ocasiones. Lamentablemente, lo busqué por aquí, pero nadie lo tiene. Me gustaría hacer alguna pruebas con él (si pudiera comprarlo; por lo que pude ver, es bastante carito).

Bueno, a veces empiezo a delirar. Si me fui del tema o me faltó algo, diga nomás.

Quiero pedirle una cosa: si esto sigue avanzando y llega a algún resultado (bueno o malo), por favor, coméntenos qué pasó.

Saludos cordiales,
Juan

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