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ELECTRONICA IV
1
INSTITUTO TECNOLOGICO DE QUERETARO
DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y
ELECTRONICA
MANUAL DE PRACTICAS DE LA MATERIA DE
ELECTRONICA DE POTENCIA
ELABORADO POR : ING. JOSE LUIS SANCHEZ
PAEZ
ELECTRONICA IV
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INDICE
No. De Practica pagina
1. PWM para fuente conmutada …………………………………………………... 3
2. Control velocidad de motor con PWM ………………………………………… 6
3. PWM con dos timers 555 ………………………………………………………. 10
4. Fuente conmutada con PWM (un timers) ……………………………………….16
5. Fuente conmutada con PWM (dos timers) ……………………………………... 24
6. Fuente conmutada con C.I. UA78S40 ………………………………………….. 26
7. Fuente conmutada con C.I. TL494 ……………………………………………... 31
8. Fuente conmutada con C.I. LM2576T-XX ……………………………………..34
ELECTRONICA IV
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PRÁCTICA 1
CONTROL PWM PARA FUENTE CONMUTADA
OBJETIVO:
La finalidad de esta práctica es la comprender con el diseño e implementación de un control
modulador de ancho de pulso especialmente diseñado para el control de una fuente
conmutada, que se realizara posteriormente. Y se tendrá que diseñar este PWM con un
timer 555 y dos amplificadores operaciones uno conectado de tal manera que sea un
integrador y el otro como un simple comparador, y se tendrán que hacer los ajustes
necesarios para que cuando el Vm tenga un valor de 2.5 tengamos un tiempo alto a la salida
de 11 μs.
RESUMEN:
Implementar cada uno de los circuitos en protoboard’s, y comprobar que realmente sea un
control de fuente conmutada, cuando baje el nivel de Vm el ancho de pulso se incremente,
y cuando Vm se eleve el tiempo alto disminuya.
MARCO TEORICO:
Las fuentes conmutadas son de circuitos relativamente complejos, pero podemos siempre
diferenciar cuatro bloques constructivos básicos:
En el primer bloque rectificamos y filtramos la tensión alterna de entrada convirtiéndola en una
continua pulsante. El segundo bloque se encarga de convertir esa continua en una onda cuadrada de
alta frecuencia (10 a 200 kHz.), La cual es aplicada a una bobina o al primario de un transformador.
Luego el segundo bloque rectifica y filtra la salida de alta frecuencia del bloque anterior,
entregando así una continua pura.
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El cuarto bloque se encarga de comandar la oscilación del segundo bloque. Este bloque consiste de
un oscilador de frecuencia fija, una tensión de referencia, un comparador de tensión y un modulador
de ancho de pulso (PWM). El modulador recibe el pulso del oscilador y modifica su ciclo de trabajo
según la señal del comparador, el cual coteja la tensión continua de salida del tercer bloque con la
tensión de referencia.
Hay que tomar en cuenta que cuando hablamos de ciclo de trabajo es la relación entre el estado de
encendido y el estado de apagado de una onda cuadrada.
Como se puede ver en el siguiente grafico vemos como el ancho de pulso varía según sea necesario,
ya que el ciclo de trabajo esta dado por el comparador que coteja la tensión de a la salida con el
voltaje de referencia.
DESARROLLO:
Diseñe e implemente el circuito PWM que se muestra en la siguiente figura para conseguir
el control de una fuente conmutada:
Requerimientos de diseño:
fosc = 30 kHz – 40 kHz.
Cuando se presente un voltaje Vm = 2.5 V entonces tendremos un ton = 11 μs y además
cuando baje el Vm el t on suba.
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Principio de operación:
El timer generara una señal cuadrada con un ciclo de trabajo del 50%, o sea, el tiempo bajo
y el tiempo alto van a tener el mismo valor, y esta señal pasara a un integrador para que la
convierta en una onda triangular para que sea comparada con un voltaje de referencia en la
siguiente etapa para generar una señal cuadrada a la salida.
En la primera grafica se muestra la señal generada por el timer, una onda cuadrada con un
ciclo de trabajo del 50% y una frecuencia comprendida entre 30 y 40 kHz. Entonces ta y tb
son iguales como en la figura a. En el segundo operacional se generara una onda triangular
como la mostrada en la grafica b, entonces cuando el nivel de Vm supera al nivel de la onda
triangular se generara la siguiente onda cuadrada en el segundo amplificador operacional
que esta conectado en forma de que funcione como comparador como se ilustra en la
grafica c..
CALCULOS:
ANALISIS DE RESULTADOS:
CONCLUSIONES:
To
Vm
Ta
Tb a)
b)
c)
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PRÁCTICA 2
PWM CONTROL DE LA VELOCIDAD DE UN MOTOR
OBJETIVO
El objetivo de ésta práctica es hacer uso de un PWM, para controlar con él la
velocidad de un motor de AC, esto es variando el ancho de pulso del PWM. Y verificar las
formas de onda que se tienen en las distintas etapas de este control.
RESUMEN
Implementar el circuito por etapas esto para facilitar el trabajo (rectificación,
comparación, integrador, y el PWM); finalmente controlar la intensidad de un foco y
observar las formas de onda en él, y finalmente comparar con lo que teníamos previsto en
teoría.
MARCO TEÓRICO
Un modulador por ancho de pulso (PWM) es un dispositivo que puede usarse como un
eficiente dimmer de luz o para controlar la velocidad en motores. Los motores grandes son
controlados más eficientemente con tiristores de alta potencia, mientras los motores
pequeños y medianos de imán permanente, son controlados más exitosamente con
transistores de conmutación por ancho de pulso
.Un circuito PWM arroja como resultado una onda cuadrada con ciclo variable de ON y
Off, variando en el tiempo del 0 al 100 %. De esta manera, una cantidad variable de
potencia es transferida a la carga.
La principal ventaja de un circuito de PWM sobre un controlador que se base en la
variación lineal de la potencia suministrada a una carga mediante cambio resistivo es la
eficiencia. A una señal de control del 50%, el PWM usará cerca del 50% de la potencia
total, de la cual casi tosa será transferida a la carga . En un controlador tipo resistivo, de un
50% de potencia que se quiera transferir a la carga se estima que le puede llegar cerca de un
71%. El otro 21% se pierde en forma de calor.
Tambien es una manera digital de codificar niveles de la señal análoga. Con el uso de
contadores de alta resolución , el ciclo de una onda cuadrada se modula para codificar un
nivel específico de la señal análoga. La señal de PWM sigue siendo digital porque, en
cualquier instante dado del tiempo, la fuente completa de la C.C. está apagada
completamente encendido o completamente. El voltaje o la fuente actual se provee a la
carga análoga por medio de una serie de repetición de pulsos por intervalos. El tiempo de
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funcionamiento es el tiempo durante el cual la fuente de la C.C. se aplica a la carga, y el
off-time es el período durante el cual se apaga esa fuente. Dado una suficiente anchura de
banda, cualquier valor análogo se puede codificar con PWM.
La figura 1 demuestra tres diversas señales de PWM. La figura 1a demuestra un PWM
hecho salir en un ciclo de deber del 10%. Es decir, la señal está encendido para el 10% del
período y del otro 90%. Las figuras 1b y ç demuestran salidas de PWM en los ciclos de
deber del 50% y del 90%, respectivamente. Estas tres salidas de PWM codifican tres
diversos valores de la señal análoga, en el 10%, el 50%, y el 90% de la fuerza completa. Si,
por ejemplo, la fuente es 9V y el ciclo de deber es el 10%, una señal análoga 0.9V resulta.
Figura 1
Un diagrama de bloque de un generador análogo de PWM se demuestra abajo:
Fncionamiento
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Un oscilador se utiliza para generar una forma de onda del triángulo. En las frecuencias
bajas la velocidad del motor tiende para ser desigual, en los de alta frecuencia la
inductancia del motor llega a ser significativa y se pierde la energía. Las frecuencias de 30-
200Hz se utilizan comúnmente.
Un potenciómetro se utiliza para fijar un voltaje constante de la referencia (línea azul).
Un comparador compara el voltaje de la onda triangular con el voltaje de la referencia.
Cuando el voltaje de la onda triangular se levanta sobre el voltaje de la referencia, se
enciende (on). Mientras que baja debajo de la referencia, se apaga. Esto da una onda
cuadrada hecha salir al motor de ventilador.
Si el potenciómetro se ajusta para dar un alto voltaje de la referencia (que levanta la línea
azul), la linea verde nunca la alcanza, así que haga salir es cero. Con una referencia baja, el
comparador está siempre encendido.
DESARROLLO:
El desarrollo de la práctica consiste en obtener cada una de las formas de onda en
cada etapa para diferentes ángulos de disparo es decir para diferentes anchos de pulso del
PWM que se muestra en la siguiente figura.
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PRACTICA 3
PWM CON DOS TIMER 555
OBJETIVO
Diseñar un circuito de control PWM con dos 555 y comprender su funcionamiento, así
como considerar sus diversas aplicaciones.
RESUMEN
En esta práctica se implementa un control PWM por medio de dos timers 555 el cual al
disminuir voltaje se obtenga un aumento en el ancho del pulso y viceversa.
MARCO TEORICO
El método más común de control de la velocidad es modulación de anchura de PWM o de
pulso. La modulación de anchura de pulso es el proceso de cambiar la energía a un
dispositivo por intervalos en una frecuencia dada, con variar épocas por intervalos. Estos
tiempos por intervalos se refieren como "ciclos". El diagrama abajo demuestra las formas
de onda de las señales del ciclos del 10%, del 50%, y del 90%.
Como usted puede ver del diagrama, una señal del ciclo del 10% está encendido para el
10% de la longitud de onda y apagado para el 90%, mientras que una señal del ciclo del
90% está encendido para el 90% y apagado para el 10%. Estas señales se envían al motor
en arriba una bastante frecuencia que la pulsación no tiene ningún efecto en el motor. El
resultado final del proceso de PWM es que la energía total enviada al motor se puede
ajustar desde apagado (ciclo del 0%) a por completo encendido (el ciclo 100% de deber)
con buena eficacia y control estable.
Mientras que muchos constructores de la robusteza utilizan un microcontrolador para
generar las señales requeridas de PWM, el circuito de 555 PWM explicado aquí dará el
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constructor de la robusteza el principiante un fácil construir el circuito, y a buena
comprensión de la modulación de anchura de pulso. Es también útil en una variedad de
otros usos donde el ajuste de PWM necesita solamente ser cambiado de vez en cuando.
El contador de tiempo 555 en el circuito de PWM se configura como oscilador astable. Esto
significa que una vez que se aplique la energía, los 555 oscilarán sin ningún disparador
externo. Antes de la explicación técnica del circuito, vamos mirar el IC sí mismo de 555
contadores de tiempo.
Los pinouts para el paquete de la INMERSIÓN de 8 pernos son como sigue:
Un diagrama de bloque del contador de tiempo 555:
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Descripciones del perno para los 555
PERNO DESCRIPCIÓN PROPÓSITO
1 Tierra Tierra de la C.C.
2 Disparador
El perno del disparador acciona el principio de la
secuencia de la sincronización. Cuando pasa a BAJO,
hace hacer salir el perno para pasar a ALTO. Se
activa el disparador cuando el voltaje baja debajo de
1/3 de +V en el perno 8.
3 Salida
El perno de la salida se utiliza para conducir el
trazado de circuito externo. Tiene "una configuración
del poste del totem", que significa que puede fuente o
hundir la corriente. La ALTA salida es generalmente
cerca de 1,7 voltios más baja que +V cuando corriente
del sourcing. El perno de la salida puede hundirse
hasta 200mA de la corriente. El perno de la salida se
conduce ARRIBA cuando el perno del disparador se
toma BAJO. El perno de la salida se conduce BAJO
cuando el perno del umbral se toma ARRIBA, o el
perno del reajuste se toma BAJO.
4 Reajuste
El perno del reajuste se utiliza para conducir el
PUNTO BAJO de la salida, sin importar el estado del
circuito. Cuando no está utilizado, el perno del
reajuste se debe atar a +V.
5 Controle El
Voltaje
El perno del voltaje del control permite que la entrada
de voltajes externos afecte la sincronización de la
viruta 555. Cuando no está utilizado, debe ser
puenteado a la tierra a través de un condensador
0.01uF.
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6 Umbral El perno del umbral hace la salida ser conducido
BAJO cuando su voltaje se levanta sobre 2/3 de +V.
7 Descarga
El perno de la descarga pone en cortocircuito para
moler cuando pasa a ALTO el perno de la salida. Esto
se utiliza normalmente para descargar el condensador
de la sincronización durante la oscilación.
8 +V Potencia cc - aplique +3 a +18VDC aquí.
Las ventajas son:
1. El transistor de la salida está apagado encendido o, no en parte encendido como
con la regulación normal, así que se pierde menos energía mientras que el calor y
disipadores de calor más pequeños pueden ser utilizados.
2. Con un circuito conveniente hay poca pérdida del voltaje a través del transistor
de la salida, así que el extremo superior de la gama del control consigue más
cerca al voltaje de fuente que los circuitos lineares del regulador.
3. La acción de pulsación full-power funcionará los ventiladores en una velocidad
mucho más baja que un voltaje constante equivalente.
Desventajas:
1. Sin la adición del trazado de circuito adicional, se pierde cualquier señal de la
velocidad del ventilador, pues la fuente de alimentación de la electrónica del
ventilador es una continua no más largo.
2. El 12v "retrocesos" puede ser audible si el ventilador bien-no se monta,
especialmente en los revs bajos. Una vibración el chascar o el gruñir en la
frecuencia de PWM se puede amplificar por los paneles del caso.
3. Algunas autoridades demandan la energía pulsada ponen más tensión en los
cojinetes y las bobinas del ventilador, acortando su vida.
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Funcionamiento del PWM
Un oscilador se utiliza para generar una forma de onda del triángular (línea verde). Las
frecuencias de 30-200Hz se utilizan comúnmente.
Un potenciómetro se utiliza para fijar un voltaje constante de la referencia (línea azul).
Un comparador compara el voltaje de la linea verde con el voltaje de la referencia. Cuando
el voltaje de la onda triangular se levanta sobre el voltaje de la referencia, se enciende un
transistor de energía. Mientras que baja debajo de la referencia, se apaga.
Si el potenciómetro se ajusta para dar un alto voltaje de la referencia (que levanta la línea
azul, la onda triangular nunca la alcanza.
CIRCUITO
Se implementara el siguiente circuito:
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RESULTADOS:
ANALISIS DE RESULTADOS:
CONCLUSIONES:
U3
LM555CN
GND
1
DIS7
OUT 3RST4
VCC
8
THR6
CON5
TRI2
10K _LIN
Key = B
50%
C1
1.0nF
U5
LM555CN
GND
1
DIS7
OUT 3RST4
VCC
8
THR6
CON5
TRI2
XSC1
A B
G
T
5
0
4
0
1
VCC
12V
VCC
C2
100nF
0
R7
100
7
R6
100
C3
100nF
3
0
6
U1
LM741CN
3
2
4
7
6
51
R1
100k
V1
15 V
V2
15 V
R3
2.2k
R4
10K _LIN
Key = A 22%
V3
5 V
V4
2.5 V
U2
DC 10M
-2.500 V
+-
U4
DC 10M2.500 V
+
-
0
12
0
10
0
0
11
0
0
9
8
2
U6
DC 10M2.568 V
+
-
0
R9
1.0k
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PRÁCTICA 4
FUENTE CONMUTADA CON PWM CON UN TIMER Y 2 OPERACIONALES
OBJETIVO:
El objetivo de esta práctica es diseñar e implementar un control PWM en una fuente
conmutada reductora, y poder hacer un análisis de la fuente, así mismo cumplir con los
requerimientos de diseño.
RESUMEN:
Lo primero que realiza en esta práctica es reconstruir el PWM que había utilizado
en prácticas anteriores que consta de un timmer y de dos operacionales; posteriormente
diseñar con la segunda versión para fuente conmutada reductora y finalmente implementar
tanto el PWM como la fuente conmutada juntas.
MARCO TEÓRICO:
Fuentes conmutadas
Las fuentes conmutadas se desarrollan a partir de la necesidad de mejorar la eficiencia en el
uso de la energía y en la actualidad encuentran aplicación en la mayoría de los equipos
electrónicos que reparamos: televisores, videocaseteras, reproductores de DVD y también
en aparatos portátiles como un discman, un reproductor de MP3, una filmadora, etc.
Rectificación y filtro de entrada
Las fuentes conmutadas son convertidores cc-cc, por lo que la red debe ser previamente
rectificada y filtrada con una amplitud de rizado aceptable. La mayoría de las fuentes
utilizan el circuito de la Fig.1 para operar desde 90 a 132 Vac o de 180 a 260 Vac según sea
la posición del conmutador.
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1.3 Protección contra transitorios
Además del filtrado de ruidos reinyectados a la red que incorporan las fuentes conmutadas,
es aconsejable la utilización de un varistor conectado a la entrada para proteger contra picos
de tensión generados por la conmutación en circuitos inductivos de las proximidades o por
tormentas eléctricas.
FIGURA 1
En la posición de abierto se configura como rectificador de onda completa obteniéndose
aproximadamente 310 Vcc desde la red de 220 Vac. En la posición de cerrado el circuito
funciona como rectificador doblador de tensión, obteniéndose también 310 Vcc a partir de
110 Vac.
Para evitar sobrecalentamientos los condensadores electrolíticos de filtro (C1 y C2) deben
ser de bajo ESR (baja resistencia interna) y de la tensión adecuada. Es conveniente conectar
en paralelo con estos otros condensadores tipo MKP para mejor desacoplo de alta
frecuencia de conmutación. Los rectificadores deben soportar una tensión inversa de 600v.
1.2 Pico de arranque
Al arrancar una fuente conmutada, la impedancia presentada a la red es muy baja al
encontrarse los condensadores descargados, sin una resistencia en serie adicional la
corriente inicial sería excesivamente alta. En la Fig.1, TH1 y TH2 son resistencias NTC
(coeficiente negativo de temperatura), que limitan esta corriente a un valor aceptable. Las
fuentes de media y gran potencia disponen de circuitos activos con resistencia limitadora
que se cortocircuita por medio de relés o de conmutadores estáticos cuando ya están los
condensadores cargados. En el caso de las fuentes de AMV se utiliza un transistor MOS-
FET de potencia.
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Tipos de fuentes conmutadas
De retroceso (Flyback)
Dada su sencillez y bajo costo, es la topología preferida en la mayoría de los convertidores
de baja potencia (hasta 100 w).
En la Fig.2 se muestran los principios de esta topología de fuente conmutada.
Cuando «T» conduce, la corriente crece linealmente en el primario del transformador,
diseñado con alta inductancia para almacenar energía a medida que el flujo magnético
aumenta.
La disposición del devanado asegura que el diodo «D» está polarizado en sentido inverso
durante este período, por lo que no circula corriente en el secundario. Cuando «T» se
bloquea, el flujo en el transformador cesa generando una corriente inversa en el secundario
que carga el condensador a través del diodo alimentando la carga. Es decir, en el campo
magnético del transformador se almacena la energía durante el período «ON» del transistor
y se transfiere a la carga durante el período «OFF» (FLYBACK). El condensador mantiene
la tensión en la carga durante el período «ON».
FIGURA 2
La regulación de tensión en la salida se obtiene mediante comparación con una referencia
fija, actuando sobre el tiempo «ON» del transistor, por tanto la energía transferida a la
salida mantiene la tensión constante independientemente del valor de la carga o del valor de
la tensión de entrada.
La variación del período «ON» se controla por modulación de ancho de pulso (PWM) a
frecuencia fija, o en algunos sistemas más sencillos por autooscilación variando la
frecuencia en función de la carga.
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Contrariamente al método Flyback, la inductancia cede energía a la carga durante los
períodos «ON» y «OFF», esto hace que los diodos soporten la mitad de la corriente y los
niveles de rizado de salida sean más bajos.
FLYBACK de salidas múltiples
La Fig.3 muestra la simplicidad con que pueden añadirse salidas aisladas a un convertidor
Flyback. Los requisitos para cada salida adicional son un secundario auxiliar, un diodo
rápido y un condensador. Para la regulación de las salidas auxiliares suele utilizarse un
estabilizador lineal de tres terminales a costa de una pérdida en el rendimiento.
Directo (FORWARD)
Es algo más complejo que el sistema Flyback aunque razonablemente sencillo y rentable en
cuanto a costes para potencias de 100 a 250w.
Cuando el transistor conmutador «T» está conduciendo «ON», la corriente crece en el
primario del transformador transfiriendo energía al secundario. Como quiera que el sentido
de los devanados el diodo D2 está polarizado directamente, la corriente pasa a través de la
inductancia L a la carga, acumulándose energía magnética en L.Cuando «T» se apaga
«OFF», la corriente en el primario cesa invirtiendo la tensión en el secundario. En este
momento D2 queda polarizado inversamente bloqueando la corriente de secundario, pero
D3 conduce permitiendo que la energía almacenada en L se descargue alimentando a la
carga.El tercer devanado, llamado de recuperación, permite aprovechar la energía que
queda en el transformador durante el ciclo «OFF» devolviéndola a la entrada, vía D1.
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FUENTE CONMUTADA REDUCTORA
Veamos a modo de ejemplo el funcionamiento de una fuente switching como la mostrada
en la figura 1.
La entrada es una fuente de corriente continua representada por Ve.
El bloque llamado "control" es el encargado de llevar al transistor a la saturación y al corte.
Fig. 1
Cuando el transistor conduce, la corriente i recorre el camino indicado por la flecha
cargando al condensador C y circulando por la resistencia la carga de R. El diodo no
conduce por estar polarizado en forma inversa.
Además, mientras circule corriente por la bobina, se acumulará en ella una cierta cantidad
de energía electromagnética.
La figura 2 nos muestra la situación cuando el transistor no conduce:
Fig. 2
Cuando se produce el corte del transistor, se genera en la bobina una alta tensión que se
opone al cambio invirtiendo la polaridad, como se indica en la figura 2.
De esta manera se polariza el diodo en forma directa, cerrando el camino que permite
entregar al circuito la energía electromagnética acumulada en la bobina.
El circuito visto anteriormente se comporta como una fuente reductora, su tensión de salida
siempre será menor a la entrada. Existente también otras configuraciones de fuentes
conmutadas conocidas como: elevadoras, inversoras, flyback, forward, push-pull, half-
bridge, full-bridge, cada una encuentra una aplicación específica según sean las
características de la carga y del suministro de energía.
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Regulación por ancho de pulso (PWM)
El circuito para lograra la regulación por control de ancho de pulso consta de un oscilador
que envía a la base del transistor conmutador los pulsos de control con una frecuencia fija.
Si el transistor es NPN conducirá saturado durante los niveles altos de dicho pulso y
permanecerá cortado durante los niveles bajos.
Para ejercer la regulación variamos el tiempo de conducción del transistor sin modificar la
frecuencia de los pulsos.
Vayamos a la figura 3 (a) para mayor claridad. En ella observamos una fuente conmutada
reductora con su bloque de control, el oscilador de este bloque envía a la base del transistor
conmutador los pulsos que muestra la figura 3 (b). Si la tensión de salida tiende a subir,
podemos aplicar a la base un pulso como el de la figura 3 (c), de esta manera el tiempo
promedio de conducción será menor y bajará la tensión de salida Vs.
Fig. 3 (a, b, c, d)
En la figura 3 (d) superpusimos la forma de onda original (b) y la modificada (c), para
hacer notar que las dos tienen la misma frecuencia.
En la figura 3 (d) superpusimos la forma de onda original (b) y la modificada (c), para
hacer notar que las dos tienen la misma frecuencia.
Si nuevamente queremos elevar la tensión de salida, tendremos que aumentar el ancho del
pulso para provocar que el transistor conduzca por más tiempo, como nos muestra la figura
3 (e).
Analizando detenidamente las figuras 3 (b, c, d, e) podemos notar que solamente se varía el
ancho del estado alto de cada ciclo en la base del transistor de conmutación.
Este tipo de método no es el único utilizado, es común ver circuitos comerciales de fuentes
conmutadas que realizan la regulación variando la frecuencia del oscilador y también la
inductancia del transistor de conmutación.
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DESARROLLO
Esta práctica la podemos dividir en su desarrollo en dos etapas, una que el la
implementación nuevamente del PWM compuesto por un Timmer y dos Operacionales, y
la segunda etapa que sería el diseño de la fuente así como la unión de las dos etapas y
probar que los requerimiento de diseño sean los correctos. Así que el circuito que se debe
implementar es el que se observa en la figura 1:
Figura 1
Diagrama del PWM con un Timmer
REQUERIMIENTOS DE DISEÑO:
Vent = 15V
Vsal = 5V
Isal = 3A
Vrizo (p-p) = 150mA
Fosc = 35kHz
CÁCULOS:
RESULTADOS:
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PRÁCTICA 5
FUENTE CONMUTADA CON PWM CON UN TIMER Y 2 OPERACIONALES
OBJETIVO
El objetivo de esta práctica es diseñar e implementar un control PWM en una fuente
conmutada reductora, y poder hacer un análisis de la fuente así mismo cumplir con los
requerimientos de diseño dados.
RESUMEN
Lo primero que se realizara en esta práctica es utilizar el PWM que se habia
utilizado en prácticas anteriores que consta de un timmer y de dos operacionales; y
finalmente implementar tanto el PWM como la fuente conmutada juntas.
MARCO TEÓRICO
DESARROLLO
Esta práctica se puede dividir en dos etapas, una que el la implementación
nuevamente del PWM compuesto por un Timmer y dos Operacionales, y la segunda etapa
que sería el diseño de la fuente así como la unión de las dos etapas y probar que los
requerimiento de diseño sean los correctos. Así que el circuito que se implementara es el
que se observa en la figura 1:
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Figura 1Diagrama del PWM con un Timmer
REQUERIMIENTOS DE DISEÑO:
Vent = 15V
Vsal = 5V
Isal = 3A
Vrizo (p-p) = 150mA
Fosc = 35kHz
CÁCULOS:
RESULTADOS:
ANÁLISIS DE RESULTADOS:
CONCLUSIONES:
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PRACTICA 6
FUENTE CONMUTADA CON EL CI UA78S40
OBJETIVO:
El objetivo de esta práctica es implementar una fuente conmutada reductora con el circuito
integrado UA78S40 según las ecuaciones de diseño de las hojas de datos de este integrado
y requerimientos de diseño.
RESUMEN:
Para esta práctica ya que el circuito integrado la corriente máxima era de 1.5A se debe usar
externamente un diodo y un impulsor con un transistor PNP .
MARCO TEORICO:
Una fuente ADC es regulada usualmente por un tipo de circuito de retroalimentación que
sensa cualquier cambio en la salida de DC y desarrolla una señal de control para compensar
el cambio. Esta retroalimentación mantiene una salida constante.
En un regulador monolítico el voltaje de salida es muestreado y la alta ganancia del
amplificador diferencial compara una porción de este voltaje con un voltaje de referencia.
La salida del amplificador es usada para modular el elemento de control, el transistor, por la
variación del punto de operación con la región linear o entre puntos extremos.
Cuando el transistor opera solo en saturación el circuito es un regulador de switcheo
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Ecuaciones de diseño para implementar la fuente reductora en el LM78S40
Cuando S1 se cierra el voltaje en el nodo A seria de:
Donde Vsat es el voltaje de saturación del swicht
El diodo es polarizado inversamente y la corriente en la bobina se incrementa de acuerdo a:
La corriente de la bobina sigue incrementándose mientras que el swicht permanece cerrado
y la bobina no se satura. Por lo que la corriente en la bobina seria de:
La corriente pico a través del inductor que depende de ton esta dada por:
Al final del tiempo de encendido el swicht se abre y como la corriente no alcanza a cambiar
instantáneamente se genera un voltaje que polariza directamente al diodo previendo una
corriente por la bobina
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La corriente a través de la bobina empieza a decrementarse de acuerdo a:
Por lo que cuando el interruptor esta abierto la corriente de la bobina seria:
Asumiendo que la corriente de la bobina se va a cero en toff:
Por lo que resulta una relación entre ton y toff de:
Para que el voltaje de salida permanezca constante IL=Isalmax
Las formas de onda según la fuente con el circuito serian
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PRACTICA 7
FUENTE CONMUTADA CON EL CI TL494
OBJETIVO:
El objetivo de esta práctica es implementar una fuente conmutada reductora con el circuito
integrado TL494 según las ecuaciones de diseño de las hojas de datos de este integrado, y
requerimientos de diseño.
RESUMEN:
Para esta práctica ya que el circuito integrado la corriente máxima es de 1A y se debe usar
externamente un diodo y un impulsor con un transistor PNP ya que los requerimientos de
corriente son 2A. Para el voltaje de salida era de 5 volts.
MARCO TEORICO:
El circuito TL494 incorpora todas las funciones requeridas para la construccion de un
circuito de control por modulación de ancho de pulso en un simple integrado. Diseñado
principalmente para el control de fuentes de poder, este dispositivo ofrece la flexibilidad de
adaptar el control de fuente de poder a una aplicación especifica.
El TL494 contiene dos amplificadores de error, un oscilador ajustable integrado, un
comparador de control de tiempo muerto, una precisión de regulación de 5%, y circuitos de
control de la salida de voltaje.
El oscilador integrado provee una onda diente de sierra con la ayuda de una resistencia y un
capacitor.
La etapa de salida esta habilitada durante la porción de tiempo que el voltaje del diente de
sierra es mayor a las señales de control. Conformen las señales de control aumentan, el
periodo de tiempo en que el diente de sierra en mayor decrece, por lo que el tiempo que
dura el pulso de salida disminuye.
Las señales de control provienen de dos fuentes: el circuito de control de tiempo muerto
(tiempo de apagado) y del circuito amplificador de error. La entrada de control de tiempo
muerto es comparada directamente en el comparador de control de tiempo muerto. Este
comparador tiene un voltaje de OFFSET fijo de 110 mV, esto provee un tiempo muerto
mínimo de 3 %. EL comparador PWM compara la señal de control creada por los
amplificadores de error, la función de estos es la de monitorear el voltaje de salida y
proveer una ganancia suficiente de modo que, milivoltios de variación resulten en una señal
de control de suficiente amplitud para que la modulación se realice. Los amplificadores de
error también se usan para monitorear la corriente de salida y proveer una limitación de
corriente de carga.
ELECTRONICA IV
32
El diagrama interno se muestra a continuación:
Este es el circuito a implementar:
Vent
TL494
R5
R6
+V
Vref
R7
+V
Vref
RT
CT
Cs Rs
t1
t7
t8
t4
t3
t2
t6
t5
R8
Vsal
R3R4
+V
Vref
t16
t14
t13
t12
t15
t9
t10
t11 Rsc
R2
R1
+
L1
1uH
RB
RA
Q1
PNP
ELECTRONICA IV
34
PRÁCTICA 8
FUENTE CONMUTADA CON LM2576
OBJETIVO
La finalidad de esta práctica es diseñar una fuente conmutada reductora ajustable
por medio del integrado LM2576, hacer un análisis de la misma y comparar con resultados
de otros circuitos anteriores para ver cual funciona mejor.
RESUMEN
Lo primero que se hace es probar que realmente el LM2576 funcione en forma fija,
posteriormente hacer que el circuito sea ajustable para poder demandar distintos voltajes en
la salida y que los requerimientos de diseño sean cumplidos.
MARCO TEÓRICO
El circuito integrado LM2576 es un circuito integrado monolítico que provee todas
las funciones de un regulador reductor, capaz de manejar 3A en demanda de corriente, este
dispositivo esta disponible en varios voltajes de salida y también existe una versión
ajustable, aunque este dispositivo en si es fácil con dispositivo externos hacerlo ajustable.
Además que cuenta con un mínimo de componentes externos necesarios para su
funcionamiento. Además de contar con un oscilador a frecuencia fija.
El LM2576 ofrece alta frecuencia reemplazando al popular regulador de tres
terminales este reduce sustancialmente el tamaño del disparo y en algunos casos no es
requerido, otra característica es que garantiza un 4% de tolerancia de voltaje de salida con
los voltajes de entrada y cargas a la salida especificadas, y un 10% en el oscilador de
frecuencias también, incluye un limitador de corriente así como un interruptor térmico para
protección total ante conexiones de falla.
ELECTRONICA IV
35
DESARROLLO
Implementar en circuito regulador conmutado que se muestra en la siguiente figura
y comprobar su funcionamiento como regulador fijo y después modificarlo para que sea
variable en un rango de voltajes de 1.5 a 12 volts con demandas de corrientes de 3 A:
Figura 1
LM2576 para Fuente Conmutada Reductora
RESULTADOS
ANÁLISIS DE RESULTADOS
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA:
.CONCLUSIONES