Control por ganancias programadas aplicado a un convertidor DC-DC para la regulación de la intensidad luminosa de una lámpara LED

Barra lateral del artículo

PDF PDF (Inglés)
Publicado: Jan 1, 2023
Versiones:
2023-01-01 (1)
DOI: https://doi.org/10.17163/ings.n29.2023.06
Palabras clave:
control, convertidor, ganancias programadas, LED, no lineal, regulación

Contenido principal del artículo

Gregorio Saúl Olivar-Castellanos
https://orcid.org/0000-0001-8446-0714
Luis Gerardo Vela-Valdés
https://orcid.org/0000-0002-9069-2447
Jesús Aguayo-Alquicira
https://orcid.org/0000-0002-0567-0033

Resumen

En la actualidad existen diversas aplicaciones de la iluminación LED, sin embargo, algunas de estas requieren regular la iluminación con precisión y en un amplio rango de operación, principalmente en tareas de seguimiento. Es en estos casos en donde es necesario considerar la no linealidad del LED para el diseño de esquemas de control, además, se necesita de una fuente de alimentación eficiente ante los cambios de tensión y corriente requeridos por la lámpara. En este trabajo se presenta el diseño de un convertidor DC-DC capaz de realizar y soportar estas variaciones, así como el diseño, simulación y comparación de esquemas de control PI clásico, PI difuso y ganancias programadas para estas aplicaciones. Con el fin de validar los esquemas de control descritos, y con el propósito de cumplir las recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud, se toma el control de la iluminancia producida por una lámpara de protección ocular como caso de estudio, en donde el controlador varía el ciclo de trabajo del convertidor, ajustando de esta manera la tensión de la lámpara, y en consecuencia regulando la intensidad luminosa. Comparando los esquemas de control, el desempeño del sistema con el control por ganancias programadas tiene mejores características para el caso de estudio descrito con anterioridad, presentándose un error en estado estable de 0 % y menor sobretiro en comparación con los otros esquemas de control desarrollados.

Detalles del artículo

Número
Núm. 29 (2023): enero-junio
Sección
Eficiencia energética
Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.

La Universidad Politécnica Salesiana de Ecuador conserva los derechos patrimoniales (copyright) de las obras publicadas y favorecerá la reutilización de las mismas. Las obras se publican en la edición electrónica de la revista bajo una licencia Creative Commons Reconocimiento / No Comercial-Sin Obra Derivada 4.0 Ecuador: se pueden copiar, usar, difundir, transmitir y exponer públicamente.

El autor/es abajo firmante transfiere parcialmente los derechos de propiedad (copyright) del presente trabajo a la Universidad Politécnica Salesiana del Ecuador, para las ediciones impresas.

Se declara además haber respetado los principios éticos de investigación y estar libre de cualquier conflicto de intereses.

El autor/es certifican que este trabajo no ha sido publicado, ni está en vías de consideración para su publicación en ninguna otra revista u obra editorial.

El autor/es se responsabilizan de su contenido y de haber contribuido a la concepción, diseño y realización del trabajo, análisis e interpretación de datos, y de haber participado en la redacción del texto y sus revisiones, así como en la aprobación de la versión que finalmente se remite en adjunto.

 

Referencias

M. C. Gutiérrez Hernández, “Iluminación LED. ahorro, eficiencia e innovación. Proyecto de mejora de la iluminación de un hotel,” Universidad de la Laguna, España, 2015. [Online]. Available: https://bit.ly/3uM3vie

N. Pai and S. G. Kini, “Design and prototyping of dimmable LED driver for general lighting application,” in 2018 Second International Conference on Electronics, Communication and Aerospace Technology (ICECA), 2018, pp. 1–6. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/ICECA.2018.8474548

F. Bento and A. J. M. Cardoso, “Comprehensive survey and critical evaluation of the performance of state-of-the-art LED drivers for lighting systems,” Chinese Journal of Electrical Engineering, vol. 7, no. 2, pp. 21–36, 2021. [Online]. Available: https://doi.org/10.23919/CJEE.2021.000013

S. Iturriaga-Medina, P. Martínez-Rodr´guez, M. Juárez-Balderas, J. Sosa, and C. Limones, “A buck converter controller design in an electronic drive for LED lighting applications,” in 2015 IEEE International Autumn Meeting on Power, Electronics and Computing (ROPEC), 2015, pp. 1–5. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/ROPEC.2015.7395105

M. Juárez, P. Martínez, G. Vázquez, J. Sosa, X. Prieto, and R. Martínez, “Analysis of buck converter control for automobile LED headlights application,” in 2014 IEEE International Autumn Meeting on Power, Electronics and Computing (ROPEC), 2014, pp. 1–4. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/ROPEC.2014.7036298

M. D. Vijay, K. Shah, G. Bhuvaneswari, and B. Singh, “LED based street lighting with automatic intensity control using solar PV,” in 2015 IEEE IAS Joint Industrial and Commercial Power Systems / Petroleum and Chemical Industry Conference (ICPSPCIC), 2015, pp. 197–202. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/CICPS.2015.7974074

X. He, H. Wang, J. Cao, and D. Lei, “Design of high-power LED automatic dimming system for light source of on-line detection system,” in 2020 IEEE 5th Information Technology and Mechatronics Engineering Conference (ITOEC), 2020, pp. 1487–1491. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/ITOEC49072.2020.9141898

N. K. Kandasamy, G. Karunagaran, C. Spanos, K. J. Tseng, and B.-H. Soong, “Smart lighting system using ANN-IMC for personalized lighting control and daylight harvesting,” Building and Environment, vol. 139, pp. 170–180, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.05.005

R. B. Caldo, J. T. Seranilla, D. J. Castillo, K. S. Diocales, W. D. Gulle, B. L. Núñez, and C. T. Parreño, “Design and development of fuzzy logic controlled dimming lighting system using arduino microcontroller,” in 2015 International Conference on Humanoid, Nanotechnology, Information Technology,Communication and Control, Environment and Management (HNICEM), 2015, pp. 1–6. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/HNICEM.2015.7393161

M. G. Shafer, E. Saputra, K. A. Bakar, and F. Ramadhani, “Modeling of fuzzy logic control system for controlling homogeneity of light intensity from light emitting diode,” in 2012 Third International Conference on Intelligent Systems Modelling and Simulation, 2012, pp. 71–75. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/ISMS.2012.90

D. T. Phan, N. T. Bui, T. H. Vo, S. Park, J. Choi, S. Mondal, B.-G. Kim, and J. Oh, “Development of a LED light therapy device with power density control using a fuzzy logic controller,” Medical Engineering & Physics, vol. 86, pp. 71–77, 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2020.09.008

X. He, C. Huang, Y. Li, H. Wang, D. Lei, and M. Yao, “An adaptive dimming system of highpower led based on fuzzy pid control algorithm for machine vision lighting,” in 2020 IEEE 4th Information Technology, Networking, Electronic and Automation Control Conference (ITNEC), vol. 1, 2020, pp. 2198–2202. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/ITNEC48623.2020.9084741

R. Gil Bernal and D. F. Díaz Caro, “Driver de potencia dimerizable para un arreglo de LED,” 2017. [Online]. Available: https://bit.ly/3WhnzVs

M. Lara Ortiz, J. Garrido Jurado, M. L. Ruz Ruiz, and F. Vázquez Serrano, “Control PI adaptativo por ganancia programada del nivel de un tanque de sección trapezoidal,” in XXXIX Jornadas de Automática. XXXIX Jornadas de Automática, 2018, pp. 444–451. [Online]. Available: https://doi.org/10.17979/spudc.9788497497565

J. A. Brizuela-Mendoza, A. Zavala-Río, and C. M. Astorga-Zaragoza, “Controlador de ganancias programadas aplicado a la estabilización de una bicicleta sin conductor,” in Congreso Nacional de Control Automático, 2013, pp. 36–41. [Online]. Available: https://bit.ly/3BxfofX

OMS. (2019) La OMS presenta el primer informe mundial sobre la visión. [Online]. Available: https://bit.ly/3YwQneO

B. A. Holden, T. R. Fricke, D. A. Wilson, M. Jong, K. S. Naidoo, P. Sankaridurg, T. Y. Wong, T. J. Naduvilath, and S. Resnikoff, “Global prevalence of myopia and high myopia and temporal trends from 2000 through 2050,” Ophthalmology, vol. 123, no. 5, pp. 1036–1042, Feb. 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.ophtha.2016.01.006

Y. Xiaogang, W. Wang, and L. Fenna, “Design and simulation of intelligent dimmer based on fuzzy PID,” in 2020 International Conference on Intelligent Design (ICID), 2020, pp. 86–89. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/ICID52250.2020.00025

R. A. Gamboa López, “Asistente para el diseño y simulación de convertidores CD-CD en lazo cerrado,” Master’s thesis, 2018. [Online]. Available: https://bit.ly/3iVLSKl

S. González de León, “Control PID con sintonización difusa y control difuso,” Master’s thesis, 2013. [Online]. Available: https://bit.ly/3Fpn3hC

INECC. (2019) Datos Estación Cuernavaca. Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático. [Online]. Available: https://bit.ly/2wGUPvC