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LW1DSE > TECH 04.09.17 20:24l 192 Lines 10668 Bytes #999 (0) @ WW
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Subj: Fuentes Conmutadas #6 [CP437]
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ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS º
º Por Osvaldo LW1DSE º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
Hasta ac hemos visto los tres tipos b sicos de fuentes conmutadas,
del tipo que no tienen ni pueden tener aislaci¢n galv nica entre la entrada
y la salida. Esto es un problema que se puede salvar, mediante el uso de las
topolog¡as que s¡ poseen aislaci¢n entre entrada y salida, lo cual conlleva,
adem s, un grado muy alto de confiabilidad, principalmente en cuanto hace a
la seguridad de nuestra carga ante eventuales fallas en la fuente, siempre
posibles.
Pero, vamos a postponer el desarrollo de las fuentes aisladas, para
hacer una descripci¢n de un elemento que vimos en estos 3 tipos de fuentes, y
que no explicamos deliberadamente, por una cuesti¢n de no complicar al lector,
y dado que en cuanto hace a los gr ficos, estando severamente limitados a los
256 caracteres ASCII. Se trata del PWM (Pulse Width Modulator, o modulador de
ancho de pulsos), y que es el encargado de generar las se¤ales que comandan a
los elementos de potencia (MOSFET's) que ya hemos visto.
Normalmente, esta parte del sistema, esta contenida dentro de un solo
circuito integrado, a veces con una potencia, otras veces sin ella.
Las partes escenciales de un circuito destinado al control de fuentes
conmutadas, tienen, por lo menos, las siguientes funciones:
1) Un oscilador: normalmente un circuito RC, que genera la frecuencia de
operaci¢n de la fuente; la mayor¡a de las veces su forma de onda es del
tipo diente de sierra o triangular;
2) Un comparador de tensi¢n: el cual debe ser capaz de conmutar en tiempos
muy breves entre el estado alto y el bajo y viceversa, y de operar a la
frecuencia que impone el oscilador;
3) Un amplificador operacional: destinado a amplificar la se¤al de error de la
fuente, cuanto mejor sea la estabilidad y el ancho de banda, mejor;
4) Una referencia de tensi¢n: de ella depender n las caracter¡sticas finales
de nuestra fuente y nos servira de base para saber que hacer con la tensi¢n
de salida;
5) Un flip-flop: encargado de asegurarnos el no funcionamiento err tico del
circuito;
6) Un circuito de OVP y/o UVP: over y under voltage protection (protecciones
por sobre y baja tensi¢n) destinado a protegerse a s¡ mismo, a la potencia
y a la carga contra exceso o falta de tensi¢n adecuada para funcionar con
seguridad;
7) Una etapa de salida, capaz de comandar directa o indirectamente, a la etapa
de potencia del conversor.
8) Una l¢gica: encargada de superivsar y enrutar las se¤ales internas a la(s)
salida(s).
A su vez, algunos de ellos pueden incorporar funciones auxiliares,
destinadas a mejorar el comportamiento, pero que no son imprescindibles, entre
ellos podemos mencionar:
9) Un mecanismo de apagado remoto (remote shutdown): que permita apagar la
fuente sin necesidad de desconectarla de la l¡nea mediante un interruptor;
10) Circuitos de "power good": destinados a se¤alizar a un dispositivo externo
si la fuente est en falla (por ejemplo, porque perdi¢ el control de lazo,
porque est sobrecargada, etc.);
11) Circuito de sincronizaci¢n: para enganchar la fuente a una se¤al exterior,
y trabajar sincopadamente con ella; por ejemplo, otra fuente;
12) Sistema de detecci¢n de sobretemperatura del integrado: apagan la fuente
si se sobrepasa una temperatura interna del chip que puede tornar insegura
su operatividad o de la etapa de potencia, para lo cual se mide(n) la(s)
temperatura(s) correspondiente(s);
13) Un circuito programable de detecci¢n de sobreconsumo en la etapa externa
de potencia debido a una sobrecarga de la fuente o un mal funcionamiento
de la fuente misma;
14) Una salida de compensaci¢n: para poder estabilizar a la fuente en lazo
cerrado y definir la respuesta en frecuencia de la fuente;
15) Una salida demorada de reset: si la fuente ha de ser utilizada para
alimentar un sistema que incorpora un microprocesador, el PWM le genera
una salida de reset para restituir los registros internos del procesador
a condicione iniciales normales una vez que pas¢ el transitorio de
encendido de la fuente, etc.
Vamos entonces, a describir un controlador de PWM gen‚rico, es decir,
ninguno de los que est n actualmente en plaza, sin¢ uno que solamente contiene
los elementos del 1 al 8, a fin de entender su funcionamiento b sico £nica-
mente, y dejando de lado todas las funciones accesorias y que complicar¡an la
explicaci¢n.
RT ÚÄÄÄÄ¿
ÚÄÄÄÄoÄÄÄÄ´ O ³ Reloj -> ->
± ³ S ÃÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿
± ³ C ³ ³ ³
ÃÄÄ´ÃoÄÄÂÄ´ . ³ Comparador ³ ³
³ CT ³ ÀÄÄÄÄÙ -> ÚÄÄÄÄ¿ ÚÄÁÄÄ¿ ÚÄÁÄÄ¿ ÚÄÄÄÄ¿
³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´ ³ -> ³ R ³ -> ³ L ³ ³Eta ³ Salida 1
Á Diente de sierra ³ ÃÄÄÄÄÄÄÄÄ´S ÃÄÄÄÄÄÄÄ´ O ÃÄÄÄÄ´ pa ÃÄÄÄo
³ ³ ³ ³ ³ G ³ ³ ³
ÚÄÄÄÄÄÄÄ´ ³ ÀÄÄÄÄÙ ³ I ³ ³ Sa ³
³ -> ÀÄÄÄÄÙ Flip Flop ³ C ÃÄÄÄÄ´ li ÃÄÄÄo
ÚÄÄÄÄ¿ ³ ³ A ³ ³ da ³ Salida 2
+ oÄ´OP. ³ ³ ÀÄÂÄÄÙ ÀÄÄÄÄÙ
³ ÃÄÄ´ ³
³AMP.³ ³ Se¤al de error ³<- Se¤al de Over/Under
- oÄ´ ³ ³ -> ÚÄÄÄÄ¿ -> ³ voltage
ÀÄÄÄÄÙ ³ ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´ ÃÄÄÄÄÄÄÙ
<- ³ ³ ³ ³ Fuente interna
oÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ³ ³ ³ ->
Salida de compensaci¢n ³ ³ ÃÄÄÄÄ¿
³ ÀÄÂÄÄÙ ³
o o o
Figura 1 + Vcc ³ Salida
Á referencia
Masa 0V
En el dibujo muestra un CI gen‚rico imaginario destinado a una fuente
de alimentaci¢n conmutada con sus funciones m¡nimas deseables. El oscilador
provee dos se¤ales internas diferentes. Una salida diente de sierra destinada
a la generaci¢n del PWM, y un clock de onda rectangular encargada de comandar
el flip flop. La frecuencia de trabajo se fija mediante 2 componentes pasivos
conectados a dos pines `ad hoc' en el IC, ellos son un capacitor (CT) y un
resistor (RT). El funcionamiento de este oscilador no es complicado, pero se
aleja mucho de la intenci¢n de este art¡culo. Nos conformaremos con saber que
opera como un oscilador de relajaci¢n controlado por la corriente drenada por
RT.
Por otro lado, un amplificador operacional, de alta calidad (esto im-
plica buen ancho de banda, alta ganacia y bajo ruido), se encarga de ampli-
ficar la diferencia entre una muestra de la salida de la fuente (cerca de la
carga, despu‚s de atravesar la etapa de potencia) atenuada mediante un divisor
de tensi¢n; y una referencia obtenida a partir de la salida dispuesta a tal
efecto. Ese error entra en el comparador donde se contrasta contra el diente
de sierra. Si la se¤al de error es m s grande que la tensi¢n instant nea pro-
vista por el oscilador, su salida es m xima (unos 5 Volt) y nula a la inversa.
A la salida del comparador no se admiten valores de tensi¢n que no sean 0 o 5
Volts (es decir, est "digitalizada"). Imaginemos esto como un "sube y baja",
donde la salida pasa a 1 si el sube y baja esta por encima de un cierto nivel,
o 0 si esta por debajo. No se admiten posiciones intermedias del mismo.
La salida del comparador entra a un flip flop en donde ocurrir n dos
cosas: por un lado, el flip flop se dispara en cada flanco de ascenso de la
tensi¢n del comparador y es reseteado por el oscilador (esto se hace a efectos
de garantizar que no existan salidas err ticas, por efecto de ruidos captados
por la circuiter¡a interna del CI, sus conexiones, o inducidos desde los cir-
cuitos de potencia), y por otro lado se divide la salida a la mitad de la
frecuencia para proveer salidas push pull (en las topolog¡as ya analizadas no
es necesario, pero en otras aisladas, s¡).
Un regulador lineal interno acepta la tensi¢n de alimentaci¢n (+Vcc),
y la estabiliza a unos 5V para que funcionen las secciones internas del CI.
Si +Vcc es muy bajo o muy alto (esto surge de comparar la +Vcc con dos se¤ales
derivadas de la referencia, se genera una se¤al de baja o alta tensi¢n, que se
conduce hacia la l¢gica. Si esta salida est activa, se anula la salida del CI
para evitar da¤os a la etapa de potencia o una p‚rdida de regulaci¢n.
Finalmente, una etapa de baja potencia, eleva la corriente para las
salidas de control, hasta niveles de 1 amper con el objeto de poder controlar
directamente la compuerta de un MOSFET. Otros CI mas antiguos, solo poseen
una o dos salidas a colector abierto (tipo TDA 1060 o TL494 respectivamente).
Otros m s actuales, presentan una configuraci¢n "Totem Pole" que nos entregan
tensiones de cero o positivo a su salida, tambi‚n en una o dos salidas (UC3842
y UC3524 resp.)
ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º Redacci¢n y dibujos en ASCII por LW1DSE Osvaldo F. Zappacosta. º
º Barrio Garay, Almirante Brown (1846), Buenos Aires, Argentina. º
º Realizado con Editor de Texto de MSDOS 7.10's (edit.com) en mi AMD's 80486.º
º 26 de mayo de 2012. º
º Revisado y actualizado 27 de agosto de 2017. º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
Fin del cap¡tulo #6.
ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º Osvaldo F. Zappacosta. Barrio Garay (GF05tg) Alte. Brown, Bs As, Argentina.º
º Mother UMC æPC:AMD486@120MHz 32MbRAM HD SCSI 8.4Gb MSDOS 7.10 TSTHOST1.43C º
º 6 celdas 2V 150AH. 18 paneles solares 10W. º
º lw1dse@yahoo.com ; lw1dse@gmail.com º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
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