Un encendido de lámparas fluorescentes sin parpadeos, iluminación pareja, mayor luminosidad (y por lo tanto costas más bajas) son todas ventajas cuya importancia no hace falta destacar. Este artículo informa detalladamente sobre los principios, el funcionamiento y el modo de aplicar estos interesantes componentes.
Obs. Este articulo es de 1990.
1 - Introducción
Las unidades electrónicas de balasto para lámparas fluorescentes brindan ventajas como el encendido sin parpadeos, iluminación absolutamente fija y estable (sin ese molesto temblor), mayor eficiencia luminosa, y por lo tanto menores costos de funcionamiento. Estos son los interesantes incentivos para convertir los sistemas existentes o equipar las instalaciones nuevas con las unidades de balasto electrónico en el sector comercial.
Debido al bajo volumen y peso de las unidades de balasto electrónico, las mismas pueden ser integradas a lámparas para uso doméstico. Así, estas lámparas fluorescentes pueden funcionar en portalámparas para bombillas incandescentes normales sin necesidad de cableado adicional. Esta característica ha sido la condición básica para usar las ventajas de las lámparas fluorescentes con unidades de balastro electrónico en el sector privado, y lograr una difusión cada vez mayor.
Aunque la complejidad técnica de la unidad de balasto de aplicación específica difiere grandemente, las etapas de encendido son generalmente similares.
Los transistores de encendido de energía con alta capacidad de bloqueo son eminentemente adecuados para ser usados como llaves electrónicas, mientras los requisitos que exigen tales componentes dependen de la potencia de la lámpara y de las condiciones de disparo del proyecto de unidad de balastro.
Ilustraremos a continuación los requisitos de los transistores de encendido, y luego presentamos la gama de tipos que ofrece la firma Telefunken, presentados sobre la base de las típicas condiciones de encendido para atenuador, para mostrar todas las medidas de protección necesarias en principio para el funcionamiento seguro de los transistores de encendido en lámparas electrónicas.
2 - Principio y funcionamiento de la típica etapa de encendido de unidades de balasto electrónico para lámparas fluorescentes
La figura 1 muestra el circuito básico de una típica etapa de encendido de unidades de balasto electrónico para lámparas fluorescentes y nos servirá para explicar el funcionamiento del circuito y las reglas fundamentales de dimensionamiento.
Suponiendo que se tomen en consideración las típicas características de encendido, en las peores condiciones, de un proyecto de unidad de balasto específica, la etapa de encendido ilustrada puede usarse para elaborar los requisitos que se exigen a las llaves de energía en gran medida independientes dela periferia.
La característica común del balasto de lámparas que varia mucho respecto al proyecto del circuito y su complejidad es el circuito de modelo puente de la etapa interruptora de energía. Durante la operación normal, la resistencia ala carga está formada por la conexión del choke del balasto y la lámpara en serie.
El capacitor adicional en serie Cv recibe un valor tal que no tiene influencia apreciable sobre la resistencia de la carga. Es absolutamente esencial para el correcto funcionamiento del circuito, dado que actúa como una fuente de suministro de voltaje durante la fase activa del transistor extractor.
Después de hacer circular a la corriente y antes del encendido de la lámpara, el medio puente opera con un circuito resonante en serie con los componentes de encendido, el choke de balasto y capacitor, que está conectado en paralelo con la lámpara fluorescente.
Cuando la lámpara no es encendida, tiene una impedancia muy alta de modo que no carga el circuito resonante en serie. Debido' a la impedancia resonante muy baja, se puede producir una corriente de encendido alta para la lámpara correspondiente al valor del capacitor en paralelo. El voltaje de funcionamiento de la lámpara fluorescente y, así, las condiciones de carga para el funcionamiento normal del circuito de medio puente son establecidos tan pronto como la lámpara se ha encendido.
Con el fin de aclarar más estas condiciones de encendido, podemos imaginar un circuito equivalente que consista en un choke conectado en serie con un diodo zerner que tiene una derivación (“by pass") com un capacitor.
2.1. Reglas de dimensionamiento del circuito
Se pueden extraer las siguientes reglas de dimensionamiento para el circuito de acuerdo con la figura 1.
Inductancia de choke de balasto Lv:
Donde
Wo = frecuencia de resonancia del circuito resonante en serie
Vs : voltaje principal rectificado
V1A : voltaje de funcionamiento de la lámpara
Pu : potencia de la lámpara
La corriente pico de la lámpara puede derivarse de la siguiente relación:
La corriente de encendido requerida por el circuito es como sigue:
En la práctica, se usan transistores de encendido bipolares de potencia para las llaves S1 y S2.
Ahora explicaremos los requisitos físicos que se exigen a los transistores en esta aplicación.
2.2 - Exigencias a los transistores de encendido
2.2.1 - Voltajes inversos y corrientes permitidas de carga:
Voltajes inversos exigidos
Voltajes inversos mínimos:
Vcco > VSmâx
VCBO > VSma'x
Así, son adecuados valores VCBO > 350V.
Estos transistores tienen entonces e valores VCBO > 600V
Exigencias respecto a la carga de corriente de colector permitida.
Los transistores deben ser elegidos, respecto a la máxima carga de corriente, para las condiciones de funcionamiento durante el proceso de encendido dado que la corriente de carga máxima de los transistores es mucho más elevada durante esta fase que durante la operación normal.
Las siguientes exigencias contradictorias se aplican al establecimiento de la corriente de encendido.
1. La contente de encendido debe ser adecuadamente elevada para aplicar el voltaje de encendido requerido para la lámpara en el Capacitor Cp del circuito resonante.
2. La corriente de encendido no debe ser demasiado elevada dado que el transistor que puede haberse desaturado durante el proceso de encendido resultaría destruido debido a la transgresión de los limites SOA.
Hay siempre una posibilidad de que ocurran corrientes de colector excesivamente elevadas durante el proceso de encendido silos transistores operan prácticamente en cortocircuito con la frecuencia resonante de resonancia del circuito resonante en serie con los componentes de encendido CV y LV si la corriente de colector está limitada solamente por la corriente motriz/impulsora y la ganancia de corriente.
Se puede implementar una adecuada limitación de la corriente de encendido y funcionamiento en saturación de los transistores de encendido durante la fase de encendido con una frecuencia motriz/impulsora (”drive") que sea ligeramente mayor que la frecuencia resonante.
En la práctica, se puede asumir que las corrientes de encendido que son más elevadas por un factor de 3 - 5 que las corrientes de funcionamiento serán suficientes para todos los proyectos de unidades de balastro.
Así, deben elegirse transistores de encendido que sean ligeramente sobredimensionados respecto a las condiciones normales de operación. Estos transistores de encendido deben tener también una buena respuesta SOA.
Las condiciones mencionadas arriba son la base de las propuestas de a Tabla 1.
La medida final de los transistores de encendido de Telefunken recomendados para uso en unidades de balasto electrónicas para lámparas está adaptada a las condiciones de peores circunstancias, exigiendo que todos los transistores pasen una prueba de repetición de pulsos muy dura y de orientación práctica.
2.2.2 - Otras exigencias a los transistores de encendido
Los transistores de encendido deben tener las siguientes características con el fin de permitirles ser también adecuados para unidades de balasto en condiciones de funcionamiento extremadamente adversas;
Vida del portador corta, y baja resistencia de colector. Esto significa que después de ser conectados en la base, los transistores llegan muy rápidamente a su voltaje de saturación (Vsat.din.) y los tiempors de almacenamiento y apagados son cortos.
Elevada carga de corriente de arranque máxima (condiciones de funcionamiento durante el encendido de la lámpara).
Alta capacidad para soportar sobrecargas elevadas y, por lo tanto, elevada seguridad en el caso de un fallo de encendido hasta que responde las medidas de protección previstas para este caso de mal funcionamiento.
Elevada corrientes inversas y muy buena estabilidad a largo plazo.
Estos son requisitos básicos para el funcionamiento seguro de los transistores en el caso de conceptos con base motriz no óptima y condiciones de apagado bajo disipación térmica desfavorable y con temperaturas ambientales altas.
Desgraciadamente, estas condiciones desfavorables de funcionamiento se aplican a las simples lámparas a las cuales el circuito de control es adaptado en el portalámparas. Así, se puede suponer que los transistores diseñados para estos conceptos operarán todavía con más seguridad en conceptos mucho más complejos dado que estos últimos involucran condiciones de funcionamiento mucho más favorables debido a la complejidad mucho más elevada de los circuitos, en comparación con los conceptos simples.
Explicaremos esto usando el ejemplo ilustrado debajo de un concepto barato y un ejemplo de aplicación de un circuito más complejo y costoso para lámpara con control de brillo.
3. Ejemplos
3.1 - Circuito de lámpara común auto-oscilante
3.1.1 - Características típicas:
La menor complejidad de circuito por razones de costo.
Circuito de control en el portalámparas y por lo tanto muy pobre disipación de calor y elevadas temperaturas de funcionamiento.
Severas exigencias respecto a la observación de la potencia de lámpara propagada a pesar de baja complejidad de circuito.
Severas exigencias de vida útil.
3.1.2 - Típicas condiciones de funcionamiento de los transistores de encendido.
Los transistores funcionan con corriente inversa de colector durante una parte importante del tiempo activo y por lo tanto están muy sobre-exigidos. Esto tiene como resultado prolongados tiempos de almacenamiento después de cortar la serial motriz. Dado que la corriente de colector continúa fluyendo durante este período. la potencia de la lámpara se ve influenciada por diferentes tiempos de almacenamiento.
El tiempo de almacenamiento de los transistores de encendido de alta capacidad de bloqueo está determinada por el tiempo de vida de la portadora/el portador, y la ganancia de corriente de los transistores con una determinada serial motriz y las condiciones dadas de apagado.
Así, se requiere un agrupamiento de los transistores con estos parámetros con el fin de compensar los sectores faltantes de circuitería para observar los limites de tolerancia de la potencia de la lámpara mediante parámetros restringidos de los transistores.
3.1.3 - Circuito de medida práctica para agrupar los transistores de encendido para fines económicos.
Dado que la medición de los parámetros individuales especificados más arriba es muy compleja y costosa, electrónica Tlelefunken ha desarrollado un método de medición que permite la clasificación de los transistores de encendido en el departamento de pruebas de producción, basado en los tiempos de almacenamiento que ocurran bajo las condiciones motrices del circuito de la lámpara.
El principio de medición del circuito aparece en la figura 3.
3.2 - Aplicación de ejemplo de un circuito de lámapra tluorescente con control de bn'llo
El ejemplo de aplicación ilustrado más abajo tiene por fin presentar las condiciones de funcionamiento del transistor de encendido características de un proyecto de lámpara externamente controlada con regulador de brillo y el circuito de protección necesario para un funcionamiento seguro. Este proyecto no ha sido optimizado respecto al costo y se concentra solo en los elementos del circuito periférico para la etapa de potencia y funcionamiento del proyecto. (figura 4)
3.1.2 - Datos del circuito 2
lámparas fluorescentes. cada una de 58 W
Rango de control de potencia: aprox. 8:1
Frecuencia de operación con carga total: 30 kHz
Banda de frecuencia para control de brillo: 30 - 40 kHz
Voltaje de encendido: 1.3 kV
Comente de encendido: 6 A
Corriente de operación con carga total 1.5A
3.2.2 - Características de la aplicación de ejemplo (las secciones relevantes del circuito son identificadas con las letras A a F en el diagrama del circuito)
Aumento de la corriente de base durante el encendido (A).
Apagado del generador de control si la lámpara está defectuosa o falta (B).
Circuito de inhibición de] arranque en caso de bajo voltaje (C).
Tiempo de demora ajustable para motriz de base con el fin de evitar un corto de puente debido a tiempos de almacenamiento de los transistores (D).
Cableado anti-saturación de los transistores para tiempos de almacenamiento muy cortos y condiciones de apagado y motriz de base no criticas. (E)
Cuando se conectan las lámparas, el sistema enciende brevemente a carga total, incluso en condiciones limitadas por control, con el fin de garantizar el encendido seguro en cualquier posición del control de brillo (F).
