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

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3

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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4

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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5

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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6

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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RESULTADOS

ANÁLISIS DE RESULTADOS

CONCLUSIONES

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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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21

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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22

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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23

ANÁLISIS DE RESULTADOS:

CONCLUSIONES:

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24

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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25

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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27

Diagrama a bloques del LM78S40

Fuente reductora

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28

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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29

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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30

CALCULOS:

RESULTADOS

ANALISIS DE RESULTADOS.

CONCLUSIONES

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31

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

33

DESARROLLO:

ANALISIS DE RESULTADOS:

CONCLUSIONES:

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