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PWM para variar la intensidad de la luz de una bombilla de 220V

¿Cómo es posible construir un "variador de intensidad de luz" (aumentar/disminuir la iluminación) de una bombilla de 220V utilizando PWM? El requisito principal es hacer uso de PWM

Estaba pensando en esta conexión:

220V corriente --> rectificador --> suavizador --> regulador (para convertir a DC) --> relé --> bombilla de 220V
donde un extremo del relé está conectado al 220V DC y el otro extremo a tierra;
y se conmuta uno al otro utilizando la salida de un PWM como se muestra en el diagrama de bloques a continuación:

Diagrama de Bloques

Sin embargo, tengo miedo de que este sea un diseño deficiente y no seguro: no hay transformador para reducir el voltaje de CA (para poder alimentar la bombilla de 220V); y, en efecto, otros componentes podrían estallar.

Mi problema en realidad no está en el PWM, sino en la conexión de otros componentes.

Por favor, dame una solución mejor para esto. Diagramas o esquemas o incluso enlaces pueden ayudarme mucho. Gracias.

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lillq Puntos 4161

Si el relé es mecánico, es una idea terriblemente mala. Los relés necesitan varios milisegundos para activarse y liberarse, por lo que la frecuencia de conmutación estará limitada a aproximadamente 100Hz. Tu ciclo de control real será mucho más lento que esto, por lo que terminarás con un parpadeo notable. El relé también generará mucho ruido y chisporroteará todo el tiempo, de modo que un relé de 100,000 ciclos alcanzará su fin de vida después de menos de una hora. Así que el relé está descartado.

Lo que podrías intentar es usar un MOSFET para hacer la conmutación. Tendrás que colocarlo en un puente rectificador y controlarlo a través de un optoacoplador, pero eso no es problema. El MOSFET, cuando está encendido, puede tener una resistencia muy baja (el famoso \$R_{DS(ON)}\$), por lo que podríamos pensar que las pérdidas de energía pueden ser bajas. Desafortunadamente, en general, esto no es el caso. El MOSFET disipa energía al encenderse o apagarse, apropiadamente llamada energía de conmutación, y cuanto más frecuentemente conmutas, mayor es la disipación. Y luego está la EMI que estás irradiando.

En mi trabajo anterior, un colega trabajó por un tiempo en lo que llamamos el "regulador de 100kHz", que se suponía que usaría PWM para controlar el brillo para el atenuado de alta potencia (4kW). Pero mientras internamente el nombre permanecía, el principio fue abandonado porque simplemente no vale la pena el problema.

Esa es la razón por la que la mayoría de los atenuadores utilizan el control de fase de la frecuencia de tu red eléctrica.

introducir la descripción de la imagen aquí

Esta imagen muestra el atenuamiento de fase hacia adelante, que es lo que hacen la mayoría de los atenuadores, incluidos los más simples "atenuadores de cuatro componentes". Funcionan bien y tu frecuencia de conmutación está fija a dos veces la frecuencia de la red eléctrica (100Hz o 120Hz). Para las bombillas incandescentes hay una variante, llamada atenuación de fase inversa.

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que no corta en la fase, sino que la corta. Los atenuadores simples que utilizan un triac como elemento de conmutación no pueden hacer esto; una vez que un triac está encendido, debes esperar hasta una cruzada por cero antes de que se apague automáticamente. Los atenuadores avanzados pueden seleccionar el atenuamiento de fase hacia adelante o hacia atrás dependiendo del tipo de carga.

Te sugiero que te mantengas con el corte de fase. Si planeas usar un microcontrolador, puedes hacerlo lo suficientemente inteligente como para tener una curva de potencia lineal. La mayoría de los atenuadores tienen su fase congruente con la rotación del potenciómetro, pero debido a la forma de onda seno de la red eléctrica, esto no coincide con la curva de potencia.

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aryeh Puntos 1594

Consulta la información al final sobre los reguladores de atenuación de fase. Luego -

Control PWM de un regulador de tipo de fase:

Para convertir un regulador de atenuación de fase en un regulador controlado por PWM podrías usar un comparador para comparar el PWM suavizado con una señal que se basa en una versión filtrada del voltaje de la red eléctrica.

En el segundo circuito que se muestra a continuación (que utiliza un TRIAC), las entradas del comparador serían PWM filtrado y la señal en la unión de C2/R1. Cuando la señal de C2/R1 subiera por encima del valor filtrado de PWM, el comparador dispararía el TRIAC. Conforme el ciclo de trabajo de PWM aumentara, el brillo disminuiría. Es decir, la duración de la señal de baja del PWM sería aproximadamente proporcional al brillo.

Una forma "más sencilla" sería rectificar la red eléctrica y luego modular un MOSFET con la señal de PWM.

Por ejemplo, en el circuito que se muestra a continuación, la lámpara puede ser alimentada desde la red eléctrica rectificada.

entrar descripción de la imagen aquí

Todo lo que esté conectado al drenaje del MOSFET y arriba debe escalarse a la tensión de red. La LÁMPARA va donde se muestra la carga de CC. Seguramente no sea prudente insertar un indicador LED como se muestra. Hay otras formas de encender un indicador LED.

En lugar de VR1, suaviza el PWM y alimenta al comparador. O alimenta el PWM directamente a la compuerta del MOSFET.

El circuito está bien descrito en esta página web. Cambiar a una lámpara de 12V o 24V y usar las tensiones mostradas sería más seguro.

El MOSFET mostrado no está aislado de la red eléctrica. Se podría usar una unidad de opto acoplador.


El material a continuación se centra en los reguladores de atenuación de lámparas controladas por fase de TRIAC. NO aborda la pregunta del control PWM.

Usa la información anterior para modificar un circuito de regulador de atenuación de fase agregando un comparador para comparar el PWM suavizado con la señal de red.

O usa un circuito de lámpara de CC como se muestra arriba :-).


Buscar

  • "dimmer de luz" o

  • "dimmer" o

  • "regulador de atenuación de fase" o

  • "regulador de TRIAC.

La función que necesitas es proporcionada por los "reguladores de luz" que se utilizan muy comúnmente. El método tradicional es utilizar un TRIAC, un interruptor electrónico de CA que se puede encender en cualquier punto de un ciclo de CA pero no se puede apagar hasta el siguiente cruce por cero de la CA.

El voltage promedio y, por lo tanto, el brillo se controlan variando la posición en cada ciclo en la que se dispara el TRIAC. Esto se llama "control de fase".


ADVERTENCIA ESTÁNDAR

  • LOS VOLTAJES DE RED PUEDEN MATAR

  • Los reguladores, como el descrito a continuación, suelen tener TODAS las piezas efectivamente a voltaje de red.

  • Construye con cuidado y comprensión O ni siquiera empieces.

CIRCUITOS:

Aquí hay muchas imágenes de circuitos de reguladores de TRIAC con enlaces a la página relacionada en cada caso.

El siguiente diagrama muestra un regulador típico basado en TRIAC.
Buena descripción básica del circuito se encuentra aquí

entrar descripción de la imagen aquí

Esta funciona de la misma manera - tiene una imagen básica de PCB - sin componentes de supresión de ruido.

entrar descripción de la imagen aquí


Controlador de LED atenuable alimentado por red.

Permite que los LEDs sean alimentados desde la red y atenuados con un regulador de atenuación de fase TRIAC estándar.

Controlador de LED en línea off line TRIAC con apagado atenuable LM3445

En stock en Digikey $3.78/1

Hoja de datos LM3445

entrar descripción de la imagen aquí

Discusión de YouTube sobre LM3445 dimmer - excelente.


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regulador de eBay 110 VAC 250 Watt $US10

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user4245 Puntos 324

¿Al referirse a "bombilla de 220V" se refiere a una bombilla estándar normal de 220V AC para uso doméstico?

Rectificando (y suavizando) los 220VAC obtendrías alrededor de 310VDC, lo cual no sería bueno para la bombilla.

¿Así que cambiar a usar corriente alterna directa podría ser una opción, verdad?

Lamentablemente, no, no con PWM.

Querrías encender y apagar la corriente alterna a una frecuencia alta. Ya que la corriente alterna en sí misma varía en voltaje a una tasa de 50 o 60 HZ, imagina qué caótica sería la forma de onda.

Entonces el pensamiento inmediato es "¿Por qué no usar un SSR de paso por cero para hacer el cambio?"

De nuevo, lamentablemente, no.

Tomemos una forma de onda de 50HZ de corriente alterna. Eso daría 100 cruces por cero por segundo. Así que como máximo, podrías encender y apagar 50 veces por segundo. Si deseas un rango decente de brillos, digamos 256 (resolución de 8 bits), necesitarías poder encender al inicio y apagar en cualquiera de los 256 puntos antes de encender de nuevo. Un ciclo de 256 a 100hz sería un periodo de 2.5 segundos. Con un ciclo de trabajo del 50%, la luz estaría encendida por 1.25 segundos y apagada por 1.25 segundos.

¡Llamativo!

Así que parece que la corriente continua es probablemente el camino a seguir. Así que querrías rectificar y regular y suavizar la potencia. Realmente no podría decir qué productos hay disponibles para regular el voltaje a ese nivel.

Pero entonces, si solo estás trabajando con corriente continua, hay un montón de componentes que pueden conmutar corriente continua a altos voltajes y frecuencias altas. Echa un vistazo a los transistores "IGBT" - Transistores Bipolares de Puerta Aislada. Estos están diseñados para conmutar altos voltajes (esencialmente son un FET controlando un BJT).

Aunque realmente no puedo decir cómo resistiría la bombilla a un conmutación tan rápida.

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