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LW1DSE > TECH 08.09.17 14:23l 207 Lines 10383 Bytes #999 (0) @ WW
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Subj: Fuentes Conmutadas #21 [CP437]
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ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS º
º Por Osvaldo LW1DSE º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
En los dos cap¡tulos anteriores fueron expuestas las nociones b sicas
que hacen a la conmutaci¢n de nuestro noble MOSFET hoy por hoy casi omnipre-
sente en toda fuente conmutada moderna (desde mediados de la d‚cada del '90
al presente), ya sea como elemento discreto o integrado dentro de un circuito
con todas las funciones principales embebidas en el mismo (por ejemplo se pue-
den citar los integrados de la serie L497X de ST Microelectronics, y muchos
otros). Dentro de ellos, el fabricante ha encontrado una soluci¢n casi ¢ptima
en cuanto a la relaci¢n tama¤o-peso-potencia-costo, con la ventaja adicional
que en ese caso no necesita confiarse tan estrictamente en un buen dise¤o de
los trazos de circuito impreso vinculados al circuito de compuerta del MOSFET
que como ya sabemos, aunque parezca algo trivial y de escasa importancia, un
mal dise¤o de esa parte del circuito conlleva a la larga a un serio problema
de confiabilidad del producto (la fuente) terminado.
Vamos entonces a analizar algunas de las soluciones que m s a menudo
son utilizadas por los ingenieros, en fuentes hechas con componentes discretos
(no nos olvidemos que los integrados antes mencionados soportan tensiones del
orden de unos 40 a 60 Volts DC, de manera que son inservibles a la hora de
alimentar un equipo desde una red de canalizaci¢n de AC, como la de 110 o 220
Volts, y adem s generalmente trabajan en topolog¡a buck sin aislaci¢n).
Dijimos que descartamos de plano un transformador de 50Hz como elemento que
proporcione la debida aislaci¢n de la l¡nea.
o +12V
³
³ÄÄ´ MOSFET canal P Figura 1:Driver de MOSFET
ÚÄ´>ÄÙ de altas prestaciones.
³ ³ÄÄ¿
³ ³
IN ³ ³ ÄÄ
oÄÄÄ´ ÃÄÄÄÄÄo OUT = IN
³ ³
³ ³
³ ³ÄÄÙ
ÀÄ´<Ä¿ MOSFET canal N
³ÄÄ´
³
o -12V
En una primera aproximaci¢n a los circuitos excitadores de MOSFET, exa-
minaremos primero aquellos en que no existe aislaci¢n galv nica entre el cir-
cuito driver y el MOSFET propiamente dicho. Este ser¡a el caso de las fuentes
conocidas como "offline", destinadas por lo general a pilotear un solo MOSFET
en configuraci¢n Fly Back o Forward. Luego analizaremos las que deben comandar
2 o m s FET's, caso de las Half y Full Bridge, Push Pull, etc.
La figura 1 ilustra un circuito de muy buenas prestaciones. Se trata
de un inversor hecho con dos transistores MOS complementarios, uno de canal P
y otro tipo N. Cuando la entrada tiene un valor positivo, el transistor infe-
rior se satura, drenando corriente desde la salida hacia la l¡nea de -12V.
Cuando la entrada alcanza un valor negativo, el transistor P conduce e impone
los +12V a la salida; es decir la entrada y la salida est n negadas. Cuando
el duty cycle se aproxima al 50%, se tiene la ventaja extra que se cancelan
los impulsos positivos con los negativos, cancel ndose el valor medio de DC a
la salida. El hecho de imponerle a la compuerta una tensi¢n negativa, tiene 2
ventajas:
1) Los per¡odos de subida y ca¡da de tensiones y corrientes ilustrada en el
cap¡tulo anterior se ven acortados a la mitad que con una excitaci¢n simple,
es decir, +12V y 0V;
2) Se asegura un buen y r pido corte del transistor en el momento de no con-
ducci¢n, particularmente para excitar un sistema Half o Full Bridge, o mejor
a£n, montajes trif sicos o polif sicos.
Sin embargo, carece un defecto. Durante los per¡odos de transici¢n en
que uno de los transistores sale de la conducci¢n para que entre el otro,
ambos transistores est n en conducci¢n, es decir en la regi¢n lineal; en ese
momento se drena un gran pico de corriente desde la l¡nea de +12V a la de -12V
lo cual produce p‚rdidads por calor en ambos transistores. A esto se lo llama
"Cross Conduction" (conducci¢n cruzada). Para alivianar un poco este efecto,
se suelen agregar unos resistores de bajo valor o una perla de ferrite entre
los drenajes de los FET's, RD1 y RD2 que en definitiva, se descuentan luego de
la resistencia anti-oscilaciones de la compuerta (Rg), ver figura 2. Rp deriva
a source cualquier fuga interna o externa desde el Drain hacia el Gate.
o +12V
³
³ÄÄ´ Tipo P Figura 2:Driver de MOSFET
ÚÄ´>ÄÙ de altas prestaciones mejorado.
³ ³ÄÄ¿ Se sugieren los sigientes valores:
³ ³ o D
³ ± RD1 ³ RD1, RD2= 1 a 10 ê « Watt
³ ± ³ Rg = 10 ê « Watt
IN ³ ³ Rg ³ÄÄÙ Rp = 100 Kê ¬ Watt,
oÄÄÄ´ ÃÄÄÄÄı±±ÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET todos no inductivos.
³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal.
³ ± ± ³
³ ± RD2 ± ³
³ ³ ÀÄÄÄÄÄ´
³ ³ÄÄÙ Rp ³
ÀÄ´<Ä¿ Tipo N o S
³ÄÄ´
³
o -12V
Una versi¢n alternativa del mismo circuito, usa una sola fuente de 24V
y acoplamiento capacitivo al gate de MOSFET:
o +24V
³
³ÄÄ´ Tipo P Figura 3:Driver de MOSFET
ÚÄ´>ÄÙ confuente simple.
³ ³ÄÄ¿
³ ³ o D
³ ± RD1 ³
³ ± ³
IN ³ ³ +³³- Rg ³ÄÄÙ
oÄÄÄ´ ÃÄÄ´ÃÄÄı±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET
³ ³ ³³Cg ³ ³ ³ÄÄ´ principal.
³ ± ³ ± ³
³ ± RD2 ³ ±Rp ³
³ ³ ³ ÀÄÄÄÄÄ´
³ ³ÄÄÙ ³ ³
ÀÄ´<Ä¿ Tipo N À[<ô>ÃÄÄ´
³ÄÄ´ Z1 D1 ³
³ ³
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´
o S
La se¤al de entrada se aplica invertida a nuestro driver realizado con
MOSFET's complementarios. El capacitor Cg aisla la CC de 24V, que de llegar a
la compuerta puede provocar la perforaci¢n de la delgada capa de ¢xido de
silicio. El zener Z1 de unos 12 a 15 V nominales, conduce durante los picos
positivos cargando al capacitor Cg a una tensi¢n de 10 a 12 Volts y limitando
a ese valor la tensi¢n que llega al gate. Cuando el driver deja de conducir,
esa tensi¢n almacenada en el capacitor se hace presente en la compuerta del
MOSFET. El diodo Schotky D1 impide la descarga del mismo a trav‚s de la jun-
tura del zener, que de otro modo quedar¡a polarizada en directa, descarg n-
dolo. Es decir, entonces, se tiene una excursi¢n de la excitaci¢n de 0 a 24V
antes del capacitor, y de ñ12Volts, igual al ejemplo anterior. En todos los
casos debe haber un gran capacitor entre los source's de los MOSFET driver,
usualmente un 100 æF electrol¡tico mas un multicapa de 1 æF, mas un cer mico
de .1æF todos en paralelo, y bien cerca de los source's. Dichos capacitores
no se hallan dibujados en las figuras por claridad. Para Cg basta con un
poli‚ster de .47 a 1æF 50V.
Otra opci¢n para driver's discretos resulta de utilizar BJT's comple-
mentarios en configuraci¢n colector com£n, o dos transistores NPN en configu-
raci¢n Totem Pole.
o +12V Figura 4:
³
B³ÄÄÙC Arriba: Driver de MOSFET
ÚÄ´ BJT NPN con par complemetario.
³ ³Ä>¿ Se recomiendan transistores
³ ³E bipolares (BJT) de alta
IN ³ ³ corriente y velocidad.
oÄÄÄ´ ÃÄÄÄÄÄo OUT = IN Los 2SD1207 y 2SA1015
³ ³ permiten en un formato
³ ³E TO92 2 amperes de pico.
³ ³Ä<Ù Los BC337 y 327, hasta
ÀÄ´ BJT PNP 800 mA., y son mas lentos.
B³ÄÄ¿
³C Abajo: la configuraci¢n Totem
o -12V o Source Pole, mas compleja y de menores
prestaciones.
o +12V
³
B³ÄÄÙC
oÄÄÄÄ´ BJT NPN
³Ä>¿
IN ³E
³
ÃÄÄÄÄÄo OUT = IN
³
ÄÄ ³C
IN ³ÄÄÙ
oÄÄÄÄ´ BJT NPN
B³Ä>¿
³E
o -12V
La ventaja de estas configuraciones es la no necesidad de resistores
para compensar la "cross conduction", pues cada transistor se apaga solo antes
de empezara conducir el otro.
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 31 de agosto de 2017. º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
Fin del cap¡tulo #21.
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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