REACTOR ELECTRÓNICO.

La presente invención se refiere a reactores electrónicos para lámparas de descarga de gas, tal como lámparas fluorescentes. Antecedentes de la invención Los reactores electrónicos para lámparas fluorescentes pueden ser analizados típicamente como dotados de un extremo delantero y un extremo trasero. El extremo delantero incluye típicamente un rectificador para cambiar la tensión de línea de corriente alterna (AC) en tensión de bus de corriente continua (DC), y un circuito de filtro para filtrar la tensión de bus de CC. El circuito de filtro comprende típicamente un condensador de almacenaje de energía. Los reactores electrónicos utilizan también con frecuencia un circuito elevador para elevar la magnitud de la tensión de bus de CC. Adicionalmente, se conoce un reactor electrónico que utiliza medios de corrección de factor de potencia pasiva para reducir la distorsión armónica total de la corriente de entrada del reactor. Estos medios incluyen circuitos de filtro de frecuencia de línea que tienen una impedancia alta a la frecuencia de línea y en torno a los primeros 30 armónicos de la frecuencia de línea. La alta impedancia de los circuitos de filtro de frecuencia de línea tiene un efecto reductor significativo sobre la distorsión armónica total de la corriente de entrada del reactor. Estos filtros contrastan con los filtros EMI, los cuales tienen una baja impedancia a la frecuencia de línea y los armónicos relacionados, y por lo tanto no tienen un efecto significativo sobre la distorsión armónica total de la corriente de entrada del reactor. El extremo trasero del reactor incluye típicamente un inversor de conmutación para convertir la tensión de bus de CC en una tensión de CA de alta frecuencia, y un circuito tanque resonante que tiene una impedancia relativamente alta para acoplar la tensión de CA de alta frecuencia a los electrodos de la lámpara. El extremo trasero del reactor incluye también típicamente un circuito de realimentación que monitoriza la corriente de lámpara y genera señales de control para controlar la conmutación del inversor con el fin de mantener una magnitud de corriente de lámpara deseada. Con el fin de mantener el funcionamiento de la lámpara estable, los reactores electrónicos típicos de la técnica anterior filtran la tensión de bus de CC para minimizar la cantidad de rizado de la tensión de bus. Esto se realiza normalmente mediante la provisión de un condensador de bus que tiene una capacitancia relativamente grande y por lo tanto, una capacidad de almacenamiento de energía relativamente grande. Con la provisión de un condensador de bus relativamente grande, la cantidad de amortiguamiento de la tensión de pico rectificada se minimiza desde un semi-ciclo hasta el siguiente semi-ciclo. La minimización de la cantidad de rizado en el bus de CC tiende también a minimizar el factor de cresta de corriente (CCF) de la corriente de lámpara. El CCF de la corriente de lámpara se define como la relación de la magnitud de la corriente de pico de lámpara respecto a la magnitud del valor cuadrático medio (RMS) de la corriente de lámpara. Ipk (Ecuación 1) CCF = --------- IRMS Un indicador importe de la calidad de corriente de lámpara para una lámpara de descarga de gas tal como una lámpara fluorescente es el factor de cresta de corriente (CCF) de la corriente de lámpara. Se prefiere un CFF bajo debido a que un CFF alto puede causar el deterioro de los filamentos de la lámpara, lo que reduciría consiguientemente la vida de la lámpara. Un CFF de 2,1 o menor es lo que recomienda el Estándar Industrial Japonés (JIS) JIS C8117-1992, y un CFF de 1,7 o menor es lo que recomienda el Estándar 921 1988-07 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). Sin embargo, la utilización de un condensador de bus relativamente grande para minimizar el rizado en la tensión de bus de CC tiene sus desventajas. Cuanto más grande sea el condensador de bus, más caro es el mismo, y mayor área consume sobre una placa de circuito impreso, o similar, y mayor volumen utiliza dentro del reactor. También, el condensador de bus se está descargando siempre que la nivel de tensión de bus esté por encima del valor absoluto instantáneo de la tensión de línea de CA, y con ello el condensador de bus se recarga solamente durante un tiempo relativamente corto dentro de cada semi-ciclo de línea, en torno a la tensión de pico de valor absoluto de la tensión de línea. Así, los reactores típicos de la técnica anterior tiran de una cantidad de corriente relativamente grande durante el corto tiempo que el condensador de bus está cargando, como se muestra en la Figura 1. Esto da como resultado una forma de onda de corriente de entrada de reactor distorsionada que da lugar a armónicos indeseados y a niveles indeseables de distorsión armónica total (THD). En un sistema de potencia de CA, las formas de onda de la tensión o de la corriente pueden ser expresadas como fundamentales y como una serie de armónicos. Estos armónicos tienen alguna frecuencia múltiplo de la frecuencia fundamental de la tensión o la corriente de línea. Específicamente, la distorsión en la forma de onda de CA tiene 2  5  10  15  20  25  30  35  40  45  50  55  componentes que son múltiples enteros de la frecuencia fundamental. De particular interés son los armónicos que son múltiplos del 3 er armónico. Estos armónicos se suman numéricamente en el conductor neutro de un sistema de potencia trifásico. Típicamente, la distorsión armónica total se calcula utilizando los primeros 30 armónicos de la frecuencia fundamental. Se prefiere que la distorsión armónica total (THD) de la corriente de reactor esté por debajo del 33,3% para evitar el sobrecalentamiento del cable neutro en un sistema de potencia trifásico. Además, muchos usuarios de sistemas de iluminación requieren reactores que tengan una distorsión armónica total de corriente de reactor que sea menor de un 20%. Una propuesta para rebajar la distorsión armónica total de la corriente de entrada de reactor y mejorar 3l factor de potencia del reactor ha sido la de emplear circuitos de corrección de factor de potencia activa (APFC) bien conocidos. Esta propuesta tiene ciertas dificultadas que incluyen una complejidad de reactor añadida, más componentes, mayor costo, fiabilidad potencialmente más baja y, posiblemente, consumo de potencia incrementado. Además, el reactor con APFC utiliza típicamente un condensador de bus relativamente grande con sus desventajas inherentes tal y como se ha indicado en lo que antecede. Otra propuesta para rebajar la distorsión armónica total de la corriente de entrada del reactor ha sido la de emplear un circuito de relleno de valle entre un rectificador y un inversor. Una desventaja de los circuitos de relleno de valle de la técnica anterior consiste en que los mismos pueden tener un rizado de bus más grande, lo que da como resultado un factor de cresta de corriente de lámpara incluso más grande, lo que puede a su vez acortar la vida de la lámpara. Propuestas de la técnica anterior para la provisión de reactores electrónicos que tengan un factor de potencia y una THD mejorados, han sido expuestas por T.-F. Wu, Y.-J. Wu, C.-H. Chang y Z.R. Liu, Reactores Electrónicos de Una Sola Etapa, Libres de Rizado, con Corrector de Factor de Potencia Oscilador/Elevador, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, pp. 2372-77, 1997; Y.-S. Youn, G. Chae y G.-H. Cho, Un Reactor Electrónico de Factor de Potencia Unidad para Lámpara Fluorescente que tiene Convertidor de Incremento de Valle y Relleno de Valle Mejorados, Registro IEEE PESC97, pp. 53-59, 1997; y G. Chae, Y.-S. Youn, y G.-H. Cho, Circuito de Corrección de Factor de Potencia Elevado que utiliza Bombeo de Carga de Valle para Reactores Electrónicos de Bajo Coste, IEEE 0-7803-4489-8/98, pp. 2033-8, 1998. Patentes de la técnica anterior representativas de intentos de proporcionar reactores electrónicos que tengan un factor de potencia y una distorsión armónica total mejorados incluyen la Patente U.S. 5.387.847, Circuito de Reactor de Factor de Potencia Pasiva para las Lámparas de Descarga de Gas, concedida el 7 de Febrero de 1995 a Wood; la Patente U.S. 5.399.994, Circuito de Reactor para Impulsar Descarga de Gas, concedida el 21 de Marzo de 1995 a Konopka et al.; la Patente U.S. 5.517.086, Reactor de Corrección de Factor de Potencia Elevado por Relleno de Valle Modificado, concedida el 14 de Mayo de 1996 a El-Hamamsy et al.; y la Patente U.S. 5.994.847, Reactor Electrónico con Corrección de Factor de Potencia por Relleno de Valle de Corriente de Lámpara, concedida el 30 de Noviembre de 1999. Otra referencia es Diseño de Reactor de Fluorescente que Utiliza P.F.C. pasivo y Control de Factor de Cresta, de Peter M. Wood, 1998. Esta referencia muestra un reactor del tipo que emplea un filtro de frecuencia... [Seguir leyendo]

1.- Un reactor electrónico (810) para activar al menos una lámpara de descarga de gas (880) que consume corriente de entrada de reactor desde una fuente de potencia de AGC que tiene una tensión de línea sustancialmente sinusoidal a una frecuencia de línea dada, que comprende: un circuito rectificador (820) que tiene terminales de entrada de CA y terminales de salida de CC; siendo dichos terminales de entrada de CA conectables a la fuente de potencia de CA; produciendo dicho circuito rectificador una tensión de salida rectificada en sus terminales de salida de CC citados cuando dichos terminales de entrada de CA son energizados por medio de la citada fuente de potencia de CA; un circuito de relleno de valle (830) que tiene terminales de entrada (912, 914) y de salida (928, 930), estando dichos terminales de entrada (912, 914) del citado circuito de relleno de valle conectados a los citados terminales de salida de CC de dicho circuito rectificador; un circuito inversor (860) acoplado entre los citados terminales de salida (928, 930) de dicho circuito de relleno de valle (830) y dicha al menos una lámpara de descarga de gas (880); produciendo dicho circuito inversor (860) una tensión excitadora de alta frecuencia para activar una corriente de lámpara a través de la citada al menos una lámpara de descarga de gas (880), y un circuito de control de inversor (882); en el que: el circuito de relleno de valle (830) y el circuito inversor comparten un primer dispositivo controlablemente conductor (924); el circuito inversor (860) comprende un dispositivo controlablemente conductor (2112) adicional conectado en serie con el primer dispositivo controlablemente conductor (924), y el circuito de control de inversor (882) está acoplado para controlar de forma independiente los tiempos de conducción de dichos dispositivos primero (924) y adicional (2112) controlablemente conductores conectados en serie; siendo dicho circuito de control de inversor (882) operable para controlar el tiempo de conducción de dicho dispositivo controlablemente conductor (2112) adicional para producir un primer pulso y, de forma simultánea, para controlar el tiempo de conducción de dicho primer dispositivo controlablemente conductor (924) para producir un pulso adicional en el pico de la tensión absoluta de cada semi-ciclo de frecuencia de línea; caracterizado porque: los ciclos de trabajo de los tiempos de conducción de los dispositivos primero y adicional controlablemente conductores son cambiados cerca del pico de la tensión absoluta de cada semi-ciclo de frecuencia de línea, con lo que el primer pulso se estrecha y el pulso adicional se ensancha con respecto a los pulsos primero y adicional cerca del mínimo de la tensión absoluta de cada semi-ciclo de la frecuencia de línea. 2.- El reactor electrónico (810) de la reivindicación 1, en el que la corriente de lámpara tiene un factor de cresta de corriente por debajo de 2,1. 3.- El reactor electrónico (810) de la reivindicación 1, en el que la corriente de lámpara tiene un factor de cresta de corriente por debajo de 1,7. 4.- El reactor electrónico (810) de la reivindicación 1, en el que solamente circula una corriente a través de dicho dispositivo controlablemente conductor (2112) adicional cuando no circula ninguna corriente a través de dicho primer dispositivo controlablemente conductor (924), y viceversa. 5.- El reactor electrónico (810) de la reivindicación 1, en el que la corriente circula alternativamente a través de dichos dispositivos primero (924) y adicional (2112) controlablemente conductores. 6.- El reactor electrónico (810) de la reivindicación 1, en el que la suma de dichos tiempos de conducción de los citados dispositivos primero (924) y adicional (2112) controlablemente conductores conectados en serie, es el período de dicha tensión excitadora de alta frecuencia. 7.- El reactor electrónico (810) de la reivindicación 1, en el que dicho circuito de relleno de valle comprende un circuito convertidor reductor (1410). 8.- El reactor electrónico (810) de la reivindicación 1, en el que dicho circuito de relleno de valle comprende un circuito de resistor conmutado. 9.- El reactor electrónico (810) de la reivindicación 1, en el que dicho circuito de control de inversor (882) incluye un microcontrolador. 16    5  10  15  20  25  30  35  10.- El reactor electrónico (810) de la reivindicación 1, en el que dicho circuito de control de inversor (882) incluye un circuito de procesamiento de señal digital. 11.- El reactor electrónico (810) de la reivindicación 1, en el que dicho circuito de control de inversor (882) incluye un ASIC.     17      18          19          20          21          22          23          24          25          26          27        28        29        30        31          32          33          34          35          36          37          38          39          40          41          42            43