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7/21/2019 Cálculo de fuente conmutada.pdf
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Electrónica de potencia 1
Cálculo de la fuente conmutada
Selección de semiconductores
Primero se debe conocer la potencia de la carga, que en ese caso es de 12W con A I O 1= y
V V O 12= . Con la información anterior, se pueden conocer las especificaciones eléctricas
del transistor MOSFET utilizado. Enseguida se listan las especificaciones que debe cumplir
el transistor IRF840:
( ) RMS in V V 100min =
( ) RMS in V V 140max =
W P 12=
%80=η
4.0=máxδ
( ) 4.01008.0
122
min
2
⋅⋅
⋅=
⋅⋅=
máxin
O
PK V
P I
δ η
A I PK 75.0=
Por lo tanto, se tiene que:
PK SW I I 2>
A I SW 5.1>
( ) ( )máxV máxV in BW 2>
( ) V máxV BW 280>
(a) Pérdidas de potencia en el transistor IRF840.
Enseguida se listan las especificaciones eléctricas del transistor
( ) ( ) V máxV V in DC 92.1252636.0max =⋅⋅=
A I PK 75.0=
nst r 21= nst f 20=
( ) Ω= 8.0onr DS
sT µ 40= ( kHz f 25= )
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Electrónica de potencia 2
( ) ( ))1040(6
10202175.092.125
6
max
6 6
9
−
−
⋅⋅
⋅+⋅⋅=
+⋅=
+=
T
t t I V
T
t t VI P
f r PK CD f r O
SW
mW PSW
13.16=
(b) Cálculo del condensador filtro 1C
Para conocer el valor del condensador filtro de la fuente conmutada, se requiere conocer el
( ) ( ) V V V in DC 94.89min2636.0min =⋅⋅= , A I I PK O
75.0== , con Hz f 120= .
Se utilizan las siguientes ecuaciones:
( ) V V V CDO 41.1094.891157.0min
11
4=⋅==∆
π
41.101208
75.0
881
⋅⋅=
∆=
∆=
O
PK
O
O
V f
I
V f
I C
V F C 250 / 04.751 µ = (electrolítico)
NOTA: Se debe utilizar un puente rectificador de 4A.
(c) Cálculo del divisor de voltaje 21 / R R
Para calcular el valor del divisor resistivo 21 / R R , se debe conseguir de las hojas de
fabricante, las siguientes especificaciones para limitar la corriente de entrada al
amplificador de error del TL494 sin dañarlo.
( ) ( ) V promV promV in DC 93.1072636.0 =⋅⋅=
mV V IO 2= (voltaje Offset de entrada)
A I IB µ 1.0−= (corriente de polarización de entrada)
V V TH 5.2= (voltaje umbral de entrada para control del ciclo de trabajo del PWM en el pin
1)
Ω=⋅
⋅==
−
−
k I
V R
IB
IO
in 20101.0
10.26
3
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Electrónica de potencia 3
El valor de in R corresponde al arreglo en paralelo de 1 R y 2 R , por lo que, se puede
proponer Ω= k R 472 . Utilizando las siguientes ecuaciones:
A
R
V I TH
R µ 19.53
1047
5.23
2
2 =⋅
==
( )6
2
11019.53
5.293.107−
⋅
−=
−=
R
TH DC
I
V promV R
Ω= M R 982.11
(d) Cálculo de la red de encendido A AC R
Para calcular la red de encendido, se deben conocer las siguientes especificaciones delTL494:
V V CC 15= (voltaje de alimentación)
mA I CC 7= (corriente de alimentación)
( ) V V DC 94.89min =
msT 33.8= (periodo de la señal rectificada con Hz f 120= )
( )3
107
1594.89min−
⋅
−=
−=
CC
CC DC
A
I
V V R
W k R A 2 / 7.10 Ω=
3
3
107.10
)1033.8(5050
⋅
⋅⋅=
⋅==
−
A A
arranque
A R
T
R
t C
V F C A 50 / 92.38 µ = (electrolítico)
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Electrónica de potencia 4
(e) Número de espiras del transformador-limitador
Para calcular el número de espiras del transformador-limitador, se requiere la siguiente
información:
( ) RMS in V V 100min =
A I I PK P 75.0==
W PO 12=
4.0=máxδ
21cm Ae =
G Bm2500=
kHz f 25=
El inductor primario, 1 L del transformador-limitador de la fuente conmutada, se puede
obtener por:
( )mH
f P
V L
O
máxin 33.13)1025(12
4.0100(min)3
22
1 =⋅⋅
⋅==
−
δ
El número de espiras del devanado 1 N del transformador-limitador de la fuente conmutada,
puede calcularse como sigue:
( )
25001
1075.01033.1310 838
11
⋅
⋅⋅⋅==
−
me
P
B A
I L N
9.3991 = N espiras
AWG # 26 para A I PK 375.02 / =
Tomando en cuenta la caída de voltaje del diodo de rápida recuperación 1N4937, con
V V D 2.1= , el número de espiras del devanado 2 N , se consigue por
( ) ( ) ( )4.0100
6.02.1129.399(min)
112
⋅⋅+⋅=
−+
=
máxin
máx DO
V V V N N
δ δ
18.791 = N espiras
AWG # 22 para A I O 1=
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Electrónica de potencia 5
Mientras que para el cálculo del devanado auxiliar 3 N , utilizado para proporcionar la
corriente necesaria al circuito TL494 y activación de la compuerta del IRF840, se deben
conocer las siguientes especificaciones:
V V CC 15= (voltaje de alimentación del TL494)
( ) mA prom I G 300= (corriente de polarización de compuerta para el IRF840)
V V D 2.1= (diodo de rápida recuperación 1N4937)
El número de espiras del devanado 3 N , se consigue por
( ) ( ) ( )4.0100
6.02.1159.399
(min)
11
3⋅
⋅+⋅=
−+=
máxin
máx DO
V
V V N N
δ
δ
19.973 = N espiras
AWG # 28 para mA prom I G 300)( =
NOTA: Como la fuente conmutada funciona con transistores en conmutación, como
consecuencia: 2001 = N espiras, 402 = N espiras, y 503 = N espiras.
(f) Cálculo de la red de amortiguamiento RC
Para calcular la red de amortiguamiento, se requiere la siguiente información:
nst r 21=
nst f 20=
sT µ 40= ( kHz f 25= )
4.0=máxδ
V V DS 500=
( ) sT t ON µ δ 1610404.0 6
max =⋅⋅== −
75.0== PK D I I (diodo de rápida recuperación IN4937)
El condensador, C puede ser calculado por
( )500
75.01041 9 A
V
I t t C
DS
D f r ⋅⋅=
+=
−
V pF C 250 / 5.61=
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Electrónica de potencia 6
La siguiente expresión puede ser utilizada para el cálculo del resistor de descarga.
( )12
6
105.615
1016
5 −
−
⋅⋅
⋅≤≤
C
t R on
Ω≤ k R 03.52
(g) Cálculo del condensador filtro 3C
Para conocer el valor del condensador filtro de salida de la fuente conmutada, se requiere
conocer V V DC 12= , A I O
1= con kHz f 25= .
Se utilizan las siguientes ecuaciones:
V V V CDO 388.1121157.011
4=⋅==∆ π
388.1)1025(8
1
88 33⋅⋅⋅
=∆
=∆
=
O
CD
O
O
V f
I
V f
I C
V F C 50 / 6.33 µ = (electrolítico)