BricoSportsterChopper o Como Hacer Una Chopper a Partir de Un Motor de Sportster
Electrónica Industrial “A” -...
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Convertidores CD-CD Electrónica Industrial “A” Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez SMPS
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Electrónica Industrial “A”
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
SMPS
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Electrónica Industrial “A”
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Convertidores CD-CD para fuentes de alimentación
•Los convertidores CD-CD empleados en fuentes de alimentación
reciben el nombre de fuentes conmutados o SMPS por sus siglas en
inglés. Las potencias de estos sistemas están en un rango típico
inferior a 2500 W.
•De acuerdo a la estructura y funciones existen tres esquemas
básicos:
• Convertidor reductor (Buck)
• Convertidor elevador (Boost)
• Convertidor reductor - elevador (Buck - Boost)
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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Convertidores CD-CD reductor (Buck)
Fuente de
alimentación
VCD
Interruptor
de potencia L
D1
vO
CargaC
La tensión de salida es menor o igual que la tensión de entrada. El valor y
la regulación de la tensión en CD en la carga se obtiene con el interruptor
de potencia, que conmuta en alta frecuencia (superior a 20 kHz). También
existe un “ciclo de trabajo” en este tipo de convertidores.
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Electrónica Industrial “A”
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Convertidores CD-CD elevador (Boost)
Fuente de
alimentación
VCD
Interruptor
de potencia
L D1
vO
CargaC
Este tipo de convertidores generan una tensión de salida en CD igual o
superior a la tensión de entrada. Su uso está ampliamente difundido en
sistemas telefónicos y en equipos de cómputo. De manera similar al
convertidor Buck, el interruptor de potencia controla la tensión de salida.
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Electrónica Industrial “A”
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Convertidor CD-CD reductor - elevador (Buck - Boost)
Fuente de
alimentación
VCD
Interruptor
de potencia
L
D1
vO
CargaC
Este tipo de convertidor genera una tensión de salida menor, igual o
mayor que la tensión de entrada, pero con polaridad invertida. A través del
ciclo de trabajo en el interruptor de potencia se regula la tensión de salida.
Su uso está restringido debido a los esfuerzo en tensión y corriente que
sufre el interruptor de potencia.
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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Aplicaciones
• El desarrollo de sistemas digitales ha impulsado el uso masivo de las
fuentes de alimentación conmutadas.
• El objetivo es conseguir sistemas más eficientes, de menor volumen y
menor peso, asociados a un costo menor.
• Los sistemas de alimentación conmutados, entre mayor sea la frecuencia
de operación, mayor es la densidad de potencia y fisicamente son más
pequeños los componentes discretos como inductores y condensadores.
• El dispositivo más empleado para la conmutación es el MOSFET.
La evolución de estos convertidores ha sido notoria:
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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Choppers o troceadores
Convertidor reductor de 1 cuadrante
Convertidor reductor de 2 y 4 cuadrantes
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Electrónica Industrial “A”
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Choppers o troceadores
Motor
en CD
VCD
Interruptor de
potencia
iL
iCD
vL
S1
Los “choppers” o troceadores son
convertidores CD-CD que sirven
para elevar o reducir una tensión
en corriente directa.
Su principal campo de aplicación
es para control de motores de
corriente continua y para fuentes
de alimentación.
Un convertidor de 1 cuadrante
sólo puede entregar potencia a la
carga.
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Usos de los choppers
• En lugares donde es necesario controlar procesos a velocidad continua con
gran precisión (industria del papel).
• En sistemas donde es necesaria un alto par de arranque a velocidad
variable (industria minera).
• En sistemas de posicionamiento de gran exactitud, como en CNCs y
robótica.
• En sistemas de tracción: vehículos eléctricos, metro, trolebus, etc.
Choppers o troceadores
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Convertidor reductor de 1 cuadrante
La regulación de velocidad del motor de CD la realiza el “ciclo de
trabajo”
• La velocidad del motor se regula a partir de la tensión en CD que
entrega el convertidor.
• Esta tensión es controlada por medio del interruptor de potencia
que se cierra y abre (conmutación) en alta frecuencia, entre 1 y 5
kHz.
• La relación entre el tiempo en que está cerrado y el tiempo en que
esta abierto se conoce como ciclo de trabajo, y su valor determina
directamente la velocidad de giro del motor
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Convertidor reductor de 1 cuadrante
S1
VCD VL
Motor
en CD
VCD
Interruptor de
potencia
iL
iCD
vL
S1
iL
idiodo
iCD
Con el ciclo de trabajo
en S1 se regula la
corriente en el motor y
la tensión promedio
(CD)
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Convertidor reductor de 1 cuadrante
S1
VCD VL
iL
idiodo
iCD
Al reducir el ciclo de trabajo en
la señal de control S1, el tiempo
que dura encendido el
interruptor de potencia
disminuye.
Al disminuir el tiempo de
conducción, se reduce la
corriente que recibe el motor de
CD.
La reducción de la corriente
implica una disminución de la
velocidad.
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Convertidor reductor de 1 cuadrante
Restricciones de los choppers de un cuadrante
• El flujo de corriente sólo puede ser hacia el motor.
• La tensión en terminales del motor sólo puede ser positiva (no se
permite frenado regenerativo ni cambio de sentido de giro).
• Los puntos anteriores restringen al sistema para poder absorber energía
cuando el motor regenera. Esta situación se presenta en sistemas con
gran inercia mecánica.
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Convertidor reductor de 2 y 4 cuadrantes
Motor
en CD
VCD
S1
S2
iL
iCD
El chopper de dos cuadrantes
permite el frenado dinámico
del motor de corriente directa.
El interruptor de potencia S1
regula la velocidad del motor,
y el interruptor S2 control el
frenado, al desviar la corriente
generada por el motor durante
el frenado, evitando que
circule hacia la fuente de
tensión.
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Convertidor reductor de 2 y 4 cuadrantes
En caso de que la fuente de alimentación permita el regreso de energía, el
chopper de dos cuadrantes puede controlar el flujo de esta.
• En sistemas donde se puede regresar energía a la fuente de alimentación,
como en el caso de baterías, el interruptor S2 regula el flujo de energía del
motor hacia la fuente durante el frenado regenerativo.
• En sistemas alimentados desde un rectificador (monofásico o trifásico), no
es posible regresar energía a partir del frenado regenerativo. En este caso,
el interruptor S2 cierra el lazo de corriente.
