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LW1DSE > TECH 08.09.17 19:01l 340 Lines 18909 Bytes #999 (0) @ WW BID : 148-LW1DSE Read: GUEST Subj: Fuentes Conmutadas #22 [CP437] Path: IW8PGT<IZ3LSV<IK6ZDE<VE2PKT<N0KFQ<LU4ECL<LU4ADN<LU7DQP Sent: 170908/1743Z @:LU7DQP.#LAN.BA.ARG.SOAM #:18317 [Lanus Oeste] FBB7.00i From: LW1DSE@LU7DQP.#LAN.BA.ARG.SOAM To : TECH@WW [¯¯¯ TST HOST 1.43c, UTC diff:5, Local time: Sun Aug 20 10:39:18 2017 ®®®] ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ» º FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS º º Por Osvaldo LW1DSE º ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ¼ Veamos ahora que sucede cuando nuestra l¢gica de control se halla aislada el‚ctricamente del MOSFET. Debemos, pues, recurrir a alguna suerte de mecanismo por el cual realizar la transferencia de la se¤al de apertura y cie- rre del MOSFET salteando una barrera importante de potencial. Para ello, se pueden recurrir a varias soluciones. Las 3 m s importantes son: a) Transformadores; b) Optoacopladores; c) Integrados espec¡ficamente dise¤ados para ello. Entonces, exploremos las tres alternativas arriba expuestas. a) Transformadores. Al igual que cualquier otro tipo de transformador, aquel destinado a transferir la se¤al de control de los MOSFET, debe poseer un primario, uno o m s secundarios, y un n£cleo de ferrite que permita el acoplamiento magn‚tico entre los devanados. Con algunas particularidades: que la carga no consume casi potencia de DC, y requiere un muy buen acoplamiento entre los arrolla- mientos para permitir el pasaje de los bruscos flancos de subida y bajada, y que la carga, es adem s altamente capacitiva. Ya vimos que se requiere poder transferir grandes picos de corriente durante per¡odos muy breves de tiempo, eso se traduce como una extremadamente baja inductancia de dispersi¢n. Pero, como pasa casi siempre, esos dos conceptos (buen acoplamiento con bajas in- ductancias de dispersi¢n contra alta aislaci¢n) son contradictorios. Analice- mos, pues, el caso de un s¢lo MOSFET, y en la pr¢xima entrega ampliaremos para el caso de 2 o m s de ellos. +24V o ³³ Cbp ÃÄÄ´ÃÄÄ¿ ³ ³³ ³ ³ÄÄ´ P ÄÁÄ Figura 1:Driver de MOSFET ÚÄ´>ÄÙ /// con fuente simple y acoplamiento ³ ³ÄÄ¿ por transformador. ³ ³ D o ³ ³ Cg ³ ÄÄ ³ ³ ³ IN ³ ³ +³³ - ³³ Rg ³ÄÄÙ oÄÄÄ´ ÃÄÄ´ÃÄÄÄ¿ ÚÄ´ÃÄ±±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET ³ ³ ³³Ca ³ ³ ³³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal. ³ ³ ³º³ ³ ± ³ ³ ³ øÛºÛø ³ ±Rp ³ ³ ³ ÛºÛ ³ ÀÄÄÄÄÄ´ ³ ³ÄÄÙ ÛºÛ ³ ³ ÀÄ´<Ä¿ N ³º³ 1:1 À[<Ã´>ÃÄÄ´ ³ÄÄ´ ³ ³ Z1 D1 ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´ ÄÁÄ ÄÁÄ o S /// /// Aca vemos un circuito que utiliza dos transistores de efecto de campo complementarios excitando un transformador de pulsos, generalmente de relaci¢n de vueltas unitaria, es decir, sin afectar la escala de tensiones. El compor- tamiento es similar al detallado anteriormente para el circuito con acople directo, con el adicionado del transformador y un capacitor de acople m s. Ca evita la presencia de corriente cont¡nua en el primario del trafo, mientras que Cg se comporta (junto a Z1, D1 y Rp) como un restaurador de DC, permitien- do que el MOSFET sea gobernado plenamente. El diodo D1 puede suprimirse en caso de no desear aplicar polarizaci¢n negativa a la compuerta, seg£n lo visto en el cap¡tulo anterior. De esta manera, la compuerta del MOSFET "ve" una ex_ cursi¢n de ñ12 Volts. Aqu¡ tambi‚n pueden usarse transistores bipolares, pero con una sal- vedad. Cuando la compuerta se descarga, impone una corriente por el lado secundario del transformador. Por lo tanto, el transformador puede en ciertas condiciones, inviertir el sentido de circulaci¢n de la energ¡a, entreg‚ndola desde el secundario hacia el primario, es decir se revierten los papeles de primario y secundario. Es, por lo tanto, necesario que por el lado del pri- mario se le de una v¡a de circulaci¢n para esa corriente transferida desde la salida hacia la entrada. En el caso de los MOSFET usados como driver, dicha circulaci¢n puede darse a trav‚s de los diodos intr¡nsecos de los MOSFET. +24V o ³³ Cbp ÃÄÄÄÂÄ´ÃÄÄ¿ Figura 2:Driver de MOSFET con ³ ³ ³³ ³ BJT's, fuente simple, y acoplamiento NPN ³ÄÄÙ ³ ÄÁÄ por transformador. ÚÄ´ ³ /// ³ ³Ä>¿ ³ ³ ³ ³ D o ³ Ã´>ÃÙD1 Cg ³ ³ ³ ³ IN ³ ³ +³³- ³³ Rg ³ÄÄÙ oÄÄÄ´ ÃÄÄ´ÃÄÄÄ¿ ÚÄ´ÃÄ±±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET ³ ³ ³³Ca ³ ³ ³³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal. ³ ³ ³º³ ³ ± ³ ³ ³ øÛºÛø ³ ±Rp ³ ³ Ã´<Ã¿ ÛºÛ ³ ÀÄÄÄÄÄ´ ³ ³Ä<Ù Á ÛºÛ ³ ³ ÀÄ´ D2 ³º³ À[<Ã´>ÃÄÄ´ ³ÄÄ¿ ³ ³ 1:1 Z1 D1 ³ ³ ³ ³ ³ PNP ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´ ÄÁÄ ÄÁÄ o S /// /// Dado que dichas corrientes en sentido inverso pueden da¤ar las juntu- ras de los transistores excitadores, es siempre necesario conectar dos diodos (D1 y D2) como muestra la figura 2 para permitir que dichas corrientes cir- culen libremente hacia la fuente auxiliar de 24 Volts, donde quedan "clampe- adas". Es aconsejable que dichos diodos sean del tipo Schotky. o +12V Cbp ³ ³³ ÃÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄ´ÃÄÄ¿ Figura 3: MOSFET gobernado ³ ³ ³³ ÄÁÄ desde un IC y acoplamiento o ³ /// por transformador. ÷ÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄ¿ Á 7 ³ ^ D1 VCC ³ Â D o ³ ³ Cg ³ ³ ³ ³ ³ ³ +³³- ³³ Rg ³ÄÄÙ 6 ÃoÄÅÄÄÄÄ´ÃÄÄÄ¿ ÚÄ´ÃÄ±±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET OUT³ ³ ³³Ca ³ ³ ³³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal. ³ ³ ³º³ ³ ± ³ ³ ³ øÛºÛø ³ ±Rp ³ ³ Á ÛºÛ ³ ÀÄÄÄÄÄ´ UC3842 ³ ^ D2 ÛºÛ 1:2 ³ ³ o similar ³ Â ³º³ À[<Ã´>ÃÄÄ´ ³ ³ ³ ³ Z1 D1 ³ GND ³ ³ ³ ³ ³ 5 ³ ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´ ÷ÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ÄÁÄ ÄÁÄ o S o /// /// ³ ³ ÄÁÄ /// La figura 3 ilustra el caso de un transformador utilizado para acoplar un integrado con salida en Totem Pole, tal como un UC3842 (43, 44 o 45), el cual tiene una corriente de pico de 1 Amper. Como la salida presenta 2 BJT's, tambi‚n se deben colocar los diodos de protecci¢n. Con referencia a los diodos mencionados en los 2 p rrafos anteriores, es importante que sean extremadamamente r pidos. Dado que las corrientes y las tensiones que deben manejar son bajas, se suelen utilizar diodos Schottky de 1 Amper, y de 40 o 45 Volts de pico inverso. Por la misma raz¢n, las conexiones de los diodos deben ser tan cortas como sea posible. Y en el caso del diodo D1, lo m s cerca posible del terminal de alimentaci¢n del IC, y cerca tambi‚n del capacitor de desacople de +VCC del mismo. Si la distancia entre el trans- formador y el integrado fuera algo larga (cosa poco deseable), los diodos deben estar en las proximidades del IC, de manera de descargar simult neamente la inductancia del conexionado. Es posible, tambi‚n, reemplazar al diodo D2 por un zener de una tensi¢n ligeramente superior a la de +B del IC, y suprimir as¡ al diodo D1, lo cual ahorra un componente. Empero, los zener suelen ser un poco m s lentos que los Schotky, y suelen fallar a manera de cortocircuito, lo cual en caso de suceder, puede da¤ar la salida del IC. Para culminar con esta aproximaci¢n a un buen driver de MOSFET de una sola salida, vamos a ver c¢mo ser¡a una implementaci¢n correcta para aquellos casos en que la salida del integrado de control de PWM no ha sido espec¡fica- mente dise¤ada para excitarlos. Tal es el caso de controles PWM algo antiguos, como el caso del TDA 1060, MC 34063, TL 494, o en aquellos dise¤os que rondan alrededor de elemetos discretos, como ser un comparador LM393/339, etc; o una salida CMOS. En todos ellos debe existir un "buffer" adecuado para el correcto manejo de las corrientes demandadas por la compuerta del MOSFET. +12V o ³³Cbp ÚÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÂÄ´ÃÄÄ¿ Figura 4:Driver de MOSFET con ³ ³ ³ ³ ³³ ³ BJT's, acoplamiento por transfor- o oVC ³ÄÄÙ ³ ÄÁÄ mador para IC's con salida "open ÷ÄÁÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄ´ NPN ³ /// emmiter". VCC | ³ ³ ³Ä>¿ ³ ³ ³ ³ ³ ³ D o ³ÄÄÙ ³ ³ Ã´>ÃÙD1 Cg ³ Ä´ ³ ³ ³ ³ ³Ä>¿ ³OUT ³ ³ ³³ ³³ Rg ³ÄÄÙ ÀÄÄÄ---ÃoÄÄÂÄÄÄ´ ÃÄÄ´ÃÄÄÄ¿ ÚÄ´ÃÄ±±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET ³ ³ ³ ³ ³³Ca ³ ³ ³³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal. ³ ³ ³ ³ ³º³ ³ ± ³ TDA 1060 ³ ³ ³ ³ øÛºÛø ³ ±Rp ³ TL 494 ³ ³ ³ Ã´<Ã¿ ÛºÛ ³ ÀÄÄÄÄÄ´ o similar ³ ± ³ ³Ä<Ù ³ ÛºÛ ³ ³ ³ Re± ÀÄ´ D2³ ³º³ À[<Ã´>ÃÄÄ´ GND ³ ³ ³ÄÄ¿ ³ ³ ³ 1:2 Z1 D1 ³ ÷ÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ³ ³ ³ ³ ³ ³ o ³ PNP³ ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´ ÄÁÄ ÄÁÄ ÄÁÄ ÄÁÄ ÄÁÄ o S /// /// /// /// /// +12V o ³³ Cbp ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÂÄ´ÃÄÄ¿ Figura 5:Driver de MOSFET con ³ ³ ³ ³ ³³ ³ acoplamiento por transfor- o ³ ³ÄÄÙ ³ ÄÁÄ mador para IC's con salida ÷ÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄ¿ ³ ÚÄ´ NPN ³ /// "open collector". VCC ³ Rc± ³ ³Ä>¿ ³ ³ ± ³ ³ ³ D o TDA 1060 ³ ³ ³ Ã´>ÃÙD1 Cg ³ TL 494 ³ ³ ³ ³ ³ o similar ³OUT³ ³ ³ ³³ ³³ Rg ³ÄÄÙ ÚÄÄÄÄÄ---ÃoÄÄ´ ³ ÃÄÄ´ÃÄÄÄ¿ ÚÄ´ÃÄ±±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET ³ ³ ³ ³ ³ ³³Ca ³ ³ ³³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal. ³ ³ ³ ³ ³ ³º³ ³ ± ³ ³ÄÄÙ ³ ³ ³ ³ øÛºÛø ³ ±Rp ³ Ä´ ³ ³ ³\ ³ Ã´<Ã¿ ÛºÛ 1:2 ³ ÀÄÄÄÄÄ´ ³Ä>¿ ³ ÀÄ´ OÄÄÄ´ ³Ä<Ù ³ ÛºÛ ³ ³ | ³ ³/ ÀÄ´ D2³ ³º³ À[<Ã´>ÃÄÄ´ | GND ³ ³ÄÄ¿ ³ ³ ³ Z1 D1 ³ ÷ÄÄÂÄÄÄÄÄÂÄÄÙ "NOT" ³ ³ ³ ³ ³ oVE o PNP³ ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´ ÄÁÄ ÄÁÄ ÄÁÄ ÄÁÄ ÄÁÄ o S /// /// /// /// /// Puede observarse que es la misma idea aplicada a los casos generales pero especializada a cada caso particular. En la figura 4 vemos el caso de disponer de una salida open emmiter. Como la salida est en la fase correcta para la excitaci¢n del MOSFET, solamente se agrega el seguidor por emisor con el objeto de disponer de una corriente de pico de alrededor de 1 Amper o m s. La resistencia Re permite la circulaci¢n de la corriente continua de emisor del transistor interno, y permite que al desaparecer ‚sta, la salida adquiera el valor de masa para poder excitar correctamente el transistor PNP de salida. Por otro lado, si se prefiere la salida por open colector de algunos IC's, o de no disponer de la salida por emisor, es preciso invertir la salida, pues de otra manera, la salida quedar¡a en fase contraria a la necesaria para el FET, y por lo tanto la fuente presentar¡a realimentaci¢n positiva en lugar de negativa. La inversi¢n puede realizarse con alguna compuerta l¢gica sobrante (HCF4049, HCF4069, HCF40106, 74C14, etc.) o mediante un transistor adicional. Nuevamente, Rc es la resistencia de carga del transistor interno, que permite que la salida del mismo y, por ende la entrada del inversor, adquiera la tensi¢n de posistivo (1 L¢gico) mientras que el transistor se encarga del 0 l¢gico. Para la figura 4, Re puede tener un valor de entre 1 y 10Kê, y lo mismo es v lido para la Rc de la figura 5. Otra opci¢n interesante que encontr‚ en un driver de motor de DC para una zorra el‚ctrica, de origen japon‚s es la transcribo a continuaci¢n. Usa dos MOSFET, uno de baja potencia, y otro, el de potencia mismo, junto con un par de transformadorcitos driver independientes. En la implementaci¢n original usaban un transformador m£ltiple, de los que se encuenran en placas de redes LAN con cable balanceado (UTP). o D T1 ³ D4 ³ÄÄÙ ÚÄÄÄÂÄÄ¿ ÚÄ´>ÃÄ±±±ÄÄÂÄÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal. ³ ³ ³º³ Rs1 ³ ³ ³ MF1 ³ ³ ÛºÛø ³ ³ MF4 ³ ³ D1³ ÛºÛ ± ³ ³ + IN ³ÄÄÙ Á ÛºÛ Rg1 ± ³ ³ oÄÄÄÄÄ´<Ä¿ Z ø³º³ ± ³ ³ ³ÄÄ´ Â ³ ³ 1:1 ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ Figura 5: MOSFET N ³ ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄ(ÄÄÄÄÄ´ Excitaci¢n de un MOSFET ÄÁÄ ÄÁÄ ³ ³ ³ de potencia por medio /// /// ÃÄ±±±Äo +12V ³ ³ de dos transformadores ³ ³ ³ de pulsos independientes ÄÁÄ R1 ³ ³ y un MOSFET de apagado extra. ÄÂÄ ³ ³ ³ C1 ³ ³ ÄÁÄ ³ ³ /// ³ ³ D3 ³ÄÄÙ ³ ÚÄÄÄÂÄÄ¿ ÚÄ´>ÃÄ±±±ÄÂÄ´<Ä¿ MF3 ³ MOSFET ³ ³ ³ ³ ³ ³ÄÄ´ ³ auxiliar. ³ ³ ³º³ Rs2 ³ ³ ³ MF2 ³ ³ ÛºÛø ³ ³ ³ ³ D2³ ÛºÛ T2 ± ³ ³ - IN ³ÄÄÙ Á ÛºÛ Rg2 ± ³ ³ oÄÄÄÄÄ´<Ä¿ Z ø³º³ ± ³ ³ ³ÄÄ´ Â ³ ³ 1:1 ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ MOSFET N ³ ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄ´ ÄÁÄ ÄÁÄ ³ ³ /// /// ÃÄ±±±Äo +12V o S ³ ÄÁÄ R2 ÄÂÄ ³ C2 ÄÁÄ /// En este caso, las se¤ales de comando (Encendido y apagado) del MOSFET pricipal provienen de un microcontrolador y pasan previamente por sendas sec_ ciones de un CI s‚xtuple inversor 74HC14, luego activan las compuertas de dos MOSFET tipo SMD, los cuales a su vez comandan dos transformadorcitos indepen_ dientes, T1 y T2. Como en el trafito m£ltiple hab¡a 4 de ellos iguales, los otros dos se usaban para disparar el otro MOSFET del puente H. Cada trafito opera en modo Forward, es decir, al entrar en conducci¢n MF1, conduce T1 el cual polariza al diodo D4 en directa, y llegando una tensi¢n de cerca de 12V a MF4. Adem s, est n dise¤ados para saturarse r pidamente, para lo cual existe una malla RC en serie en el primario del transformador, lo cual evita la des_ trucci¢n de los drivers. Esto provoca la aparici¢n de un pulso muy breve en el secundario de cada transformador. Los diodos zener D1 y D2 limitan el pico de FCEM cuando MF1 o MF2 sean sacados de conducci¢n. De esta manera, cuando una se¤al positiva se hace presente en IN +, el trafo traslada este pulso positivo al gate de MF4 v¡a D4 y RS1, encendi‚ndolo. Este pulso corto, carga las capacidades de compuerta, manteniendo el MOSFET MF4 activo a£n tras la desaparici¢n del pulso desde el trafo. Mientras tanto, MF2 y MF3 se hallan inactivos. Cuando se desee apagarlo se aplica otra se¤al similar en IN-, haciendo el mismo proceso, pero ahora v¡a D3, Rs2 y MF3, el cual r pidamente descarga las capacidades de MF4, sac ndolo violentamente de la conducci¢n. Los resistores RG1 y RG2, de elevado valor (100Kê) permiten la descarga ante una eventual ausencia de se¤ales en alguno de los MOSFET, de forma tal de mantenerlos apagados mientras el sistema est‚ inhabilitado. Si los tiempos que es necesario mantener MF4 activo son relativamente prolongados, puede repetirse esta operaci¢n para recargar la capacidad de la compuerta, aplicando un tren de pulsos a MF1 o MF2 durante el tiempo deseado. No s‚ que pueda pasar con este mecanismo a altas velocidades, pero la simplicidad, robustez y peque¤o espacio ocupado, me resultan muy interesantes. 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 ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ¼ Fin del cap¡tulo #22. 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 ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ¼
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24.12.2024 04:14:30l

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