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Subj: Fuentes Conmutadas #7 [CP437]
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ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS º
º Por Osvaldo LW1DSE º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
Todas las fuentes de alimentaci¢n conmutadas, a diferencia de las
lineales, trabajan como lo que se denomina "servomecanismo". Algunas lineales,
tambi‚n, como los integrados del tipo del LM317, LM431, LM723, o LM78XX, pero
el simple zener con resistencia en serie y/o un transistor de amplificaci¢n
de la corriente no lo son.
Pero, ¨qu‚ es un servomecanismo?. Para describirlo vamos a citar un
ejemplo de la vida diaria. Los seres humanos, en muchos aspectos, somos servo-
mecanismos, y por lo tanto un circuito o sistema realimentado negativamente.
Una persona normalmente cuando est parada sobre sus piernas, lo hace
en forma vertical. Para eso se vale de las "referencias" que tiene a su al-
rededor, y en su interior. Si la referencia falla, la persona se cae. Pero
supongamos que la referencia est en orden. La persona, busca permanente e
inconscientemente su verticalidad. Si por alguna raz¢n moment neamente pierde
su verticalidad, se ponen en marcha mecanismos para recuperar el equilibrio.
A veces, eso se puede lograr, realizando una `sobrecompensaci¢n', es decir
intentando voltear su cuerpo en el sentido contrario al que se estaba cayendo,
con lo cual, puede terminar volcando, pero en direcci¢n opuesta a la direcci¢n
original de la ca¡da. Otras veces, la mayor¡a, compensa correctamente, reali_
zando las peque¤as correcciones necesarias para reestablecer su posici¢n
original. Esto se denomina compensaci¢n `cr¡tica'. Y otras veces, la persona
puede no recuperar nunca su equilibrio original, a lo que se le denomina con
`subcompensaci¢n'. Si la persona est parada y en equilibrio, y un pulso
`transitorio' o un `ruido', por ejemplo, otra persona que le pega una palmada
fuerte en la espalda sin que lo advierta con anterioridad, al ver que se puede
perder el equilibrio, se ponen en funcionamiento los mismos mecanismo arriba
explicados. Si a la persona, se le taparan los ojos, y se repite la experien-
cia de la palmada fuerte, puede ocurrir que al no tener ya su referencia cor-
recta, los mecanismos de recuperaci¢n fallen y entonces la persona se cae
irremediablemente. En todos los casos, se habla de realimentaci¢n negativa,
pues la persona tiende siempre a oponerse a la p‚rdida del equilibrio. Si en
cambio, se hablara de realimentaci¢n positiva, un muy peque¤o transitorio o
ruido causar¡a un pulso a£n m s grande, no intentando compensar, sin¢ mas bien
acelerar la velocidad de la ca¡da.
Otro ejemplo, aunque m s t‚cnico, es la forma en que un instrumento
anal¢gico (un volt¡metro, amper¡metro, etc; del tipo de aguja) llega al valor
correcto de la medida, en qu‚ manera lo hace y en qu‚ tiempo. Se dice que un
instrumento de este tipo es subcompensado, si ante una variaci¢n brusca en la
se¤al aplicada llega realizando una serie de oscilaciones alrededor de un
valor correcto, para al tiempo (te¢ricamente infinito) detenerse en el valor
correcto. Por otra parte, es sobrecompensado si llega muy lentamente, con lo
cual se aproxima asint¢ticamente al valor que deber¡a indicar y nunca llegar.
La compensaci¢n ideal, la correcta no existe, y es un compromiso muy delicado
entre los dos anteriores. El sobreamortiguado llega muy r pido pero se pasa,
vuelve para atr s, pas ndose nuevamente y as¡ sucesivamente debiendo hacer una
serie interminable de correcciones hasta llegar a su estado final. El subamor_
tiguado por su parte no se pasa, pero nunca llega.
En los ejemplos arriba citados, nos permite describir de qu‚ se trata
un circuito realimentado negativamente.
ÚÄÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿
Si + ³ ³ Si' ³ ³ -> So
oÄÄÄÄÄ´ ä ÃÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´ A ÃÄÄÄÂÄÄo
-> ³ ³ -> ³ ³ ³ Salida
ÀÄÄÄÂÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ³
³ - ³
³ <- Sf ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ³
Figura 1. ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´ ß ÃÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ
Realim. ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ <-
En la figura 1 vemos los elementos necesarios para formar un servo-
mecanismo. Cada bloque cumple una sola funci¢n, pero puede estar compuesto
por muchos elementos. En el bloque definido con la letra griega Sigma (ä)
significa que es un sumador de se¤ales. En este caso como una de las se¤ales
est invertida en fase (indicado con el signo "-") se trata entonces de un
restador.
El bloque identificado con la letra "A" nos indica que se trata de un
amplificador o un actuador. Colocaremos all¡ dentro a todos los elementos in_
volucrados (no necesariamente electr¢nicos: pueden ser brazos de palanca, mo-
tores, sistemas hidr ulicos o neum ticos) necesarios para obtener la salida
buscada. Normalmente ah¡ se consume cierta potencia de corriente cont¡nua para
alimentar a una posible carga con corriente cont¡nua (por ejemplo un solenoide
o electroim n, una v lvula proporcional, un motor, etc.) o convertida en una
corriente alterna (Un parlante, un motor de AC, etc.)
El bloque nombrado como ß (Beta) es tal vez, el mas delicado. Esta
compuesto generalmente por elementos pasivos, es decir no existe ah¡ ninguna
amplificaci¢n de la se¤al, s¢lo se encarga de muestrear y acondicionar lo que
pasa en la salida, y reinyectar esa muestra a la entrada. Puede, en ciertas
ocaciones, ser un simple pedazo de cable, con lo cual se realimenta toda la
salida, y todo nuestro sistema se transforma en un simple seguidor de ¢rdenes,
pues la salida es igual en magnitud a la referencia. Cabe citar como ejemplo
de esto £ltimo, lo que se llama un "Cathode Follower" valvular, o un operacio_
nal con la salida conectada a su entrada inversora. El valor de ß es un n£mero
adimensional (sin unidades) que puede ir entre 0 y 1 o tener unidades de con_
versi¢n. Es un porcentaje (si se quiere) que expresa cu nta parte de la salida
va a ser realimentada a la entrada. En t‚rminos de audio, se suele hablar de
dB (decibeles) de realimentaci¢n.
Analicemos un poco este sistema, pero perm¡taseme -un poquito nom s-,
recurrir al auxilio de las matem ticas.
Si, Si', So y Sf, representan a magnitudes (sin importar de que tipo
son, pueden ser temperaturas, voltages, corrientes, presiones, intensidades
luminosa, no importa) de entrada sin realimentar, realimentadas, de salida,
y de realimentaci¢n respectivamente.
Definimos A a la ganancia de la etapa A como el valor de la magnitud
de la se¤al de salida con respecto a la de entrada:
A = So / Si' (1)
Si moment neamente anulamos el lazo de realimentaci¢n, se tiene
Si = Si' (2)
Entonces la ganancia sin realimentar del conjunto completo vale
Aol = So / Si' (3)
Ahora, reconectamos el circuito de realimentaci¢n, una porci¢n ß de
la salida se inyecta a la entrada, entonces la (2) ya no vale y se hace:
Si' = Si - Sf = Si - ß So => Si = Si' + ß So. (4)
Donde se puede ver que una parte ß de la se¤al de salida se sustrae
de la de entrada, como dijimos al principio.
Ahora, la ganancia con el lazo cerrado vale:
Afb = So / Si (5)
Sustituyendo:
So So / Si' Aol
Afb = ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ = ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ = ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ (6)
Si' + ß So 1 + ß So / Si' 1 + ß Aol
Si la ganacia de lazo abierto es grande comparada con la unidad
(A>>1) podemos despreciar el 1 en el denominador, y la (6) se reduce a:
Afb = 1 / ß (7)
Este resultado es de fundamental importancia para nuestras fuentes
switching. Si nuestra entrada es una fracci¢n de la tensi¢n de la referencia
provista por el circuito integrado generador de PWM, la ganacia del sistema es
grande, la salida de la fuente va ser 1/ß veces m s grande independientemente
del tipo de topolog¡a, de los semiconductores utilizados, y lo que es m s que
importante, independiente de cualquier perturbaci¢n que tenga la entrada de la
fuente.
Ac se justifica lo dicho m s arriba en lo que respecta a que la cali-
dad de la fuente terminada depende de la referencia de tensi¢n (expresado en
el cap. #6) y de la calidad de los componentes elegidos para implementar la
red de realimentaci¢n (ß).
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 #7.
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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