Capacitor en alterna (Inrush) con NTC

[cosmefulanito04]

Estoy haciendo un circuito de iluminación que utiliza varios leds de 1w conectados en serie, alimentados directamente desde la linea (en mi caso 220v). Para limitar la corriente de los leds (necesitan algo asi como 270mA eficaces), simplemente utilizo un capacitor de 3,3uF de poliester y así evito desperdiar mucha potencia con una resistencia. Sería algo así:



El inconveniente que se presenta con ese circuito es que el capacitor necesita cargarse ni bien se conecta el circuito, lo que implica un pico de corriente que puede quemar los leds y si bien se podría colocar una resistencia en serie, el valor de la misma debería ser lo suficientemente alto como para no quemar los leds pagando el costo de una enorme disipación (algo cercano a 1kohm => 24W de disipación ).

Por lo tanto pensé en usar un NTC que permita tener una gran resistencia en ºTamb y limitar esa corriente excesiva al principio de la carga en el capacitor, para luego disminuir su valor resistivo ni bien aumente su ºT y que casi "desaparezca" del circuito quedando solo el capacitor como limitador. Algo así:



El problema es que no tengo la remota idea de cual tendría que comprar, ya que me los confundo con los Termistores para medir ºT.

Buscando encontré estos TIPS:

- Ramb=Vmax/I(inrush-max) (en mi caso daría algo cercano a 1kohm => este sería el valor del NTC)
- Máxima energía que debe soportar => E=1/2*C*V^2 (en mi caso 160mJ)
- Máxima corriente en corriente estable (270mA RMS)
- Caída de tensión según el termistor y la corriente estable (no encuentro datasheet de NTC que digan que R tienen para una cierta corriente)

Alguien que pueda iluminarme y de paso discutir que tan viable es la alimentación que le estoy dando a los leds.

 

[DOSMETROS]

Idea , y si usas un PTC del tipo de los de bobina desmagnetizadora de TV , pero en paralelo con el led

El capacitor tiene que llevar una resistencia alta en paralelo para descargarlo para la proxima encendida

¿no será eso? Te puede hacer un pico del doble de la tension

 

[cosmefulanito04]

Idea , y si usas un PTC del tipo de los de bobina desmagnetizadora de TV , pero en paralelo con el led

Esa podría ser también, pero tal vez convendía ponerlo en paralelo con el puente.

El capacitor tiene que llevar una resistencia alta en paralelo para descargarlo para la proxima encendida

Buen punto ese

¿no será eso? Te puede hacer un pico del doble de la tension

Sin embargo el problema persiste, ya que nunca sabés en que momento conectas el capacitor y te podés encontrar con que justo conectaste el capacitor cuando habia 311v y estarías en una situación similar.

 

[Fogonazo]

¿ Resistencia limitadora de unas decenas de Ohms y un diodo PIN en paralelo con el LED. ?

 

[DOSMETROS]

Si , el PTC podría ir en paralelo con la entrada del puente.

Sugerencia , ¿ y usar de resistencia serie una lámpara halógena de 500 Watts ?

 

[cosmefulanito04]

...
Sugerencia , ¿ y usar de resistencia serie una lámpara halógena de 500 Watts ?

http://www.solostocks.com.ar/img/lampara-halogena-tipo-j-118mm-500-watt-para-reflector-1153193n0.jpg http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcT9RjPM7dvOBiqi3ckVZB9zBS4k1HvL8aGf1H4e0cLb64f7nNNz&t=1

Justo me enganchaste con la idea del proyecto, que es reemplazar un reflector de 150W usando LEDS para usarlo en fotografía.

Por eso la idea no es solo usar 1 leds, sino 18, que en "teoría" (y siendo un devoto creyente de lo que dice el fabricante del led) debería darme una iluminación símil al de un reflector de 150w.

La idea del diodo PIN (si no me equivoco, variar su resistividad en función de la corriente) también es buena, pero ¿qué tan fácil es conseguir ese diodo? yo hace 3 años tuve que hacer un atenuador RF variable usando estos diodos y no los conseguía.

 

[Fogonazo]

Si , el PTC podría ir en paralelo con la entrada del puente.

Sugerencia , ¿ y usar de resistencia serie una lámpara halógena de 500 Watts ?

http://www.solostocks.com.ar/img/lampara-halogena-tipo-j-118mm-500-watt-para-reflector-1153193n0.jpg http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcT9RjPM7dvOBiqi3ckVZB9zBS4k1HvL8aGf1H4e0cLb64f7nNNz&t=1

Nop, daría el efecto inverso al deseado.

 

[DOSMETROS]

¿ Un PTC de TV de dos patas ¿ no funcionaría como carga inicial y después se apagaría ?

¿ Primero conduce y luego no ?

 

[Eduardo]

El problema es que no tengo la remota idea de cual tendría que comprar, ya que me los confundo con los Termistores para medir ºT.

http://www.gmelectronica.com.ar/catalogo/pag66.html

O para una busqueda general: Google inrush ntc

 

[Gudino Roberto duberlin]

El problema de utilizar un NTC o PTC, radica en que en caso de apagar el dispositivo debemos esperar un tiempo prudencial hasta que el componente mencionado alcance su estabilidad termica inicial, de lo contrario
el problema persistira.

 

[cosmefulanito04]

http://www.gmelectronica.com.ar/catalogo/pag66.html

O para una busqueda general: Google inrush ntc

Bueno justamente, fue la única página que encontré que daba más datos, pero no encontraba lo que buscaba, ya que yo estaría necesitando algo que tenga 1k a 25ºC y el resto de los NTC de esa página están pensados para trabajar como sensores de ºT y ahí estaba mi duda en si puedo usar cualquier NTC.

Por ej. los modelos de Philips no me servirían por la potencia, además la constante de tiempo es mucho menor respecto a los modelos INRUSH, tal vez esto pueda ser beneficioso, ya que la carga serán unos pocos mSeg.

El problema de utilizar un NTC o PTC, radica en que en caso de apagar el dispositivo debemos esperar un tiempo prudencial hasta que el componente mencionado alcance su estabilidad termica inicial, de lo contrario
el problema persistira.

Eso es cierto, si apagara y encendiera de inmediato, es muy posible que se quemen los leds.

En cambio la idea de Fogo no tiene ese problema.

 

[Eduardo]

... ya que yo estaría necesitando algo que tenga 1k a 25ºC y el resto de los NTC de esa página están pensados para trabajar como sensores de ºT y ahí estaba mi duda en si puedo usar cualquier NTC.

Pará,pará... el circuito así como lo dibujaste sigue siendo riesgoso para el led, porque con un chispeo en el toma ya vas a tener picos de corriente.

Lo que tenés que agregar es un electrolítico de ~330u (unas 100 veces el Cserie) y ponerle al led una R de ~10ohm en serie para que el electrolítico morfe mejor los picos.
De esa forma, con un NTC de 120ohm o en su lugar una sola R comun de 10ohm estás hecho.

 

[cosmefulanito04]

Pará,pará... el circuito así como lo dibujaste sigue siendo riesgoso para el led, porque con un chispeo en el toma ya vas a tener picos de corriente.

Lo que tenés que agregar es un electrolítico de ~330u (unas 100 veces el Cserie) y ponerle al led una R de ~10ohm en serie para que el electrolítico morfe mejor los picos.
De esa forma, con un NTC de 120ohm o en su lugar una sola R comun de 10ohm estás hecho.

¿Cómo sería eso?, sacando el capacitor de 3,3u y reemplazarlo o agregando ese capacitor, de todas formas un capacitor de 330u que se aguante 311v es un lindo tanque que debe estar después del puente.

 

[Fogonazo]

¿Cómo sería eso?, sacando el capacitor de 3,3u y reemplazarlo o agregando ese capacitor, de todas formas un capacitor de 330u que se aguante 311v es un lindo tanque que debe estar después del puente.

No es necesario que sea para 311V
El tiempo de carga de este va a ser >>> que el de 3,3µ así que la tensión no va a llegar a valores altos, además el propio LED no permite un aumento de tensión.

 

[Eduardo]

¿Cómo sería eso?, sacando el capacitor de 3,3u y reemplazarlo o agregando ese capacitor, de todas formas un capacitor de 330u que se aguante 311v es un lindo tanque que debe estar después del puente.

Me refiero a algo así:

- Como la relacion entre capacitores es 100:1 , ante un escalon de 311V el electrolítico solo se incrementa en ~3V . La tensión en el electrolítico es solo un poco mas alta que el led debido a a la R10ohm

- La R10ohm está para que el C100u le filtre mejor las variaciones.

- La R22ohm limita el peor pico de carga a 311/22 = 14A y está disipando poco mas de 1W.
Ese pico de corriente parece alto pero no pasa nada porque al ser corto no hay problema con los diodos mientras que el led ni se entera porque a el no le llega nada.
Igualmente, quedaría mucho mejor con un NTC de 120ohm

 

[cosmefulanito04]

Muchas gracias Eduardo por el circuito, en estos días lo pruebo y comento como fue.

Una última duda, si sobre los leds tengo algo cercano a 65v, el capacitor de 330uF ¿lo puedo reemplazar por 2 de 680uFx50v en serie?

 

[Eduardo]

Si, preferiblemente con un par de resistencias grandes en paralelo c/u para asegurar el reparto de la tensión.

Tené en cuenta que con 65V vas a tener menos corriente, en esa fuente la corriente de salida es:

Isal[mA] = 0.004*(311-2*Vsal)*f*C[uF]​

Por lo tanto vas a necesitar usar 2 de 3.3u en paralelo para 65V@240mA a la salida.

 

[cosmefulanito04]

Probé el circuito que mencionó Eduardo, pero con algunas modificaciones en los valores de los componentes (no tenía esos valores) y un par de componentes más:

- R1=22 Ohms -> usé 15ohm de 5W
- R2=10 Ohms -> usé 3,9ohm de 5W
- C2=330uF -> usé 2 capacitores en serie de 1000uFx50v
- Agregué 2 resistencias de 10kohm en paralelo a los 2 capacitores en serie como sugirió Eduardo.
- Agregué una resistencia de 6k8 Ohm de 2w en paralelo con C1 como sugirió Dosmetros -> sirvió para probar un rato, ya que debería bancarse más potencia.

El led encendió bien, lo apagué y encendí un par de veces y no voló, con lo cual el arreglo de Eduardo sirvió para frenar la corriente de carga del capacitor C1. Lamentablemente no tengo en mis manos un tester, por lo cual no pude medir que corriente pasa por R2 (ya sé que la medición solo sirve en continua, pero por lo menos me dá una idea).

La resistencia de 6k8 la voy a reemplazar por una más grande, podría ser de 22kohm 2W o algo mayor.

Ahora con el circuito ya probado, quisiera saber como funciona esa mejora. ¿Cuál es la función de C2 y por qué debe ser 10veces mayor a C1?

Lo único que se me ocurre es frenar el exceso de corriente que circula por el led debido a la carga de C1 haciendolo a través de C2 y si C2 fuera del mismo valor que C1 en "teoría" los dos se cargarían en el mismo tiempo, pero al hacer C2 mucho más grande, se le da mayor tiempo a que cargue C1, sin que el led se entere, ¿es correcto?

Por otro lado, efectivamente se ve en la simulación como la tensión en C2 sube de a poco hasta llegar a la tensión de los leds.

Otra cosa, no sé como obtuviste esto:

Isal[mA] = 0.004*(311-2*Vsal)*f*C[uF]

Admito que me cuesta analizar un poco el comportamiento del circuito con el agregado de C2, por lo cual intenté simularlo, reemplace la caída de tensión de los leds con una fuente de 65v y en esa situación la corriente sobre esa fuente se mantenía, no caía a la mitad.

 

[Eduardo]

La resistencia de 6k8 la voy a reemplazar por una más grande, podría ser de 22kohm 2W o algo mayor.

Esa resistencia normalmente se pone para descargar el capacitor el capacitor después de la desconexión. Caso contrario, si uno agarra el enchufe se liga una patada.
Solamente cuando es de un valor comparable a la impedancia del capacitor influye en la corriente de salida, pero como en esta condición disipa bastante potencia no es aconsejable --> para eso meté un transformador.

Como en sus extremos hay mas de 200V, si se usa una R de carbón comunarda (para que más?) es recomendable que sean dos en serie. Yo pongo dos de ~150k para 220Vac.

Ahora con el circuito ya probado, quisiera saber como funciona esa mejora. ¿Cuál es la función de C2 y por qué debe ser 10veces mayor a C1?

Para una determinada tensión de salida, la relación C1/C2 es la que te define ripple.
Si bien hay un margen amplio, C2 no puede ser de cualquier valor, porque si es muy chico no sirve pa' na' + el pico de conexión y si es muy grande el transitorio va a demorar segundos o minutos.

Para circuitos de onda completa y poca tensión, C2/C1 = 100 es una relación empírica que da un ripple y un transitorio "satisfactorios".

Para circuitos de media onda (y poca tensión), la relación satisfactoria es C2/C1 = 200

Por supuesto, estos criterios están orientados a fuentes, donde uno le pone después un regulador.

En este caso es un led, y por lo tanto el ripple es secundario, solamente interesa limitar los picos máximos.
Como el peor pico puede darse la conexión o un chispeo del contacto embocando la tensión en el máximo (311V), un margen "seguro" te lo dan relaciones tipo 100:1 .
Fijate que en esos instantes, lo que tenés es un escalón excitando un divisor de tensión capacitivo.
Por supuesto que podés usar relaciones menores y tunear la resistencia en serie con el led.

Otra cosa, no sé como obtuviste esto:
Isal[mA] = 0.004*(311-2*Vsal)*f*C[uF]

Veo que escribí mal la fórmula (y calculé mal) , se me mezclaron las expresiones de media onda y onda completa.
Habría que editar eso para evitar confusiones.

Eso sale (cuando está bien escrito ) suponiendo régimen estacionario y C2>>C1 , que implica que la tensión de salida es prácticamente constante.
Se integra la corriente en C1 durante un ciclo de carga (fácil porque i = C1 dV/dt) y se multiplica por 100 (porque es onda completa a 50Hz).
Como Gauss no falla, este valor debe ser igual a la corriente de salida.

Es ideal para hacerlo como ejercicio

Admito que me cuesta analizar un poco el comportamiento del circuito con el agregado de C2, por lo cual intenté simularlo, reemplace la caída de tensión de los leds con una fuente de 65v y en esa situación la corriente sobre esa fuente se mantenía, no caía a la mitad.

Para simular algo equivalente a los leds te conviene ponerle un diodo + una R en serie, porque si no en algunos casos la fuente entregaría corriente.

Corrigiendo la fórmula:

Para onda completa es:

Isal[mA] = 0.004*(Vpk-Vout)*f*C1[uF]​

Y para media onda:

Isal[mA] = 0.002*(Vpk-Vout/2)*f*C1[uF]​

Nota: En media onda, la máxima tensión de salida es el doble de la de entrada.

Entonces para OC,311Vpk,50Hz,Isal=270mA,Vsal=65V --> C1 = 5.5uF

Simulado con LTSpice:

Si C2 fuera mucho menor la corriente promedio se mantendría igual y aumentaría el ripple, en régimen permante no habría problema, pero durante la conexión se produce un pico de corriente, es cuesti'onn de evaluar si no pone en riesgo nada.

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De paso agrego una tabla comparativa media pedorra de la característica desalida de estas fuentes capacitivas para diferentes configuraciones.

En todas la entrada es 220Vca por fase a 50Hz y el Cs=1uF .
Las que interesan son:

1f_MO : Monofásica, media onda.
1f_OC : Monofásica, onda completa.

Las otras corresponden a diferentes configuraciones en trifásica.

El detalle curioso es que para tensiones de salida mayores de ~200V es mejor usar media onnda que onda completa.

 

[cosmefulanito04]

Muchas gracias Eduardo, como siempre dando catedra .

Por cierto, probé simulando con el diodo como hiciste y efectivamente se dá lo que decís.