Análisis y Modelado de un Balastro Electrónico Auto-Oscilante para su Operación en muy Alta Frecuencia

Congreso Anual 2009 de la Asociación de México de Control Automático. Zacatecas, México.

Análisis y Modelado de un Balastro Electrónico Auto-Oscilante para
su Operación en muy Alta Frecuencia
E. Flores, M. Ponce, L.G. Vela, M. Juarez
DIE-CENIDET
Cuernavaca 62490, México
efrenfg@ieee.org
Teléfono: (52)-777 1366509
Resumen—En el presente trabajo se realiza el análisis y
modelado de unbalastro electrónico auto-oscilante para su
operación en muy alta frecuencia (MHz). El modelo propuesto
toma en cuenta una capacitancia parásita en el dispositivo de
conmutación para evitar que la frecuencia de oscilación se
desvíe del valor deseado a frecuencias de diseño altas. El diseño
del balastro se realiza mediante el uso de herramientas de
control tales como: el método de la funcióndescriptiva, el
criterio extendido de Nyquist y diagramas de bloques que
permiten encontrar una expresión para el diseño del circuito
auto-oscilante. Los resultados experimentales en el rango de
200kHz a 2MHz validan el método propuesto, mostrando
frecuencias de oscilación muy cercanas al valor deseado y un
buen desempeño del balastro.
Palabras clave: Sistemas de potencia, auto-oscilación,funciones descriptivas.

I. INTRODUCCIÓN

Lamp

En la actualidad, se realizan importantes esfuerzos en
investigación y desarrollo tecnológico orientados a mejorar
la eficacia de los sistemas de iluminación. El uso de
lámparas de descarga en conjunto con balastros electrónicos
ayuda a reducir el consumo de energía eléctrica debido a la
alta eficacia luminosa que presentan en conjunto. Losbalastros electrónicos tienen numerosas ventajas respecto a
los balastros electromagnéticos, tales como: tamaño y peso
reducido, mayor vida útil, y ausencia de ruido audible y
parpadeo en la lámpara (Hammer, 1987). Por otro lado, los
balastros electrónicos auto-oscilantes (BEAO) como el
mostrado en la Figura 1 proveen de ventajas adicionales,
como: simplicidad en la circuiteria, bajo costoy mayor
robustez, esto último debido a que no utilizan circuitos
integrados como temporizadores e impulsores de los
interruptores Mosfets, disminuyendo de esta manera la
posibilidad de fallas a causa de daños en estos circuitos
integrados. Debido a la naturaleza resonante de estos
circuitos, la frecuencia de operación esta estrechamente
ligada con la potencia que se entrega a la lámpara yes de
suma importancia que esta se encuentre lo más cercana
posible a la frecuencia de diseño. Sin embargo, la frecuencia
de operación en los BEAO es a su vez dependiente de todos
los elementos involucrados en el lazo auto-oscilante, tales
como los elementos reactivos de tanque resonante y la

lámpara, así como de los elementos parásitos en el circuito
impreso y en los dispositivos deconmutación, los cuales se
vuelven mas significativos conforme se aumenta la
frecuencia de operación.
Los BEAO se han analizado desde diferentes perspectivas,
a continuación se menciona brevemente algunas de las más
relevantes. En (Nerone, 1995) se obtiene por primera vez un
modelo matemático de un inversor auto-oscilante, analizando
las condiciones que se deben satisfacer para asegurar laautooscilación. Posteriormente, en (Chang y Bruning, 1999) y
(Seidel et al, 2007) se presentó el lugar de Tsypkin y el
método de la función descriptiva como herramientas para
determinar la frecuencia de oscilación en balastros autooscilantes. En (Ponce-Silva et al, 2008) se lleva a cabo el
análisis y diseño de un BEAO basado en el amplificador
clase E a 2.5MHz, con la desventaja de tener que usarcircuitos de disparo adicionales para los interruptores Mosfet
y requerir de una fuente de CD adicional. En (Oliveira et al,
2008) se presenta el diseño de un BEAO de modo que la
frecuencia de oscilación sea independiente de la carga. En
todos estos casos, se desprecian los elementos parásitos y no
se presenta un análisis sobre como afecta la frecuencia de
diseño en la precisión de los...