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LW1DSE > TECHNI 07.10.17 16:29l 301 Lines 16894 Bytes #999 (0) @ WW
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Subj: Fuentes Conmutadas #34 [CP437]
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Sent: 171007/1357Z @:LU7DQP.#LAN.BA.ARG.SOAM #:21165 [Lanus Oeste] FBB7.00i
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ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS º
º Por Osvaldo LW1DSE º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
En esta nueva oportunidad vamos a estudiar algo a lo que normalmente
no se le otorga la debida importancia, tal vez por desconocimiento, de abara-
tamiento excesivo o por decidia. Se trata de los circuitos de filtrado de las
interferencias que de otro modo generar¡an las fuentes conmutadas, como cual-
quier otro dispositivo electr¢nico que haga uso de t‚cnicas de pulsos, de RF,
y sobre todo eso, de ondas rectangulares, altas corrientes de pico y en al-
gunos casos, de frecuencias variables.
Las formas de onda no senoidales, son casi todas, muy ricas en arm¢-
nicas de altas frecuencias, capaces de generar interferencias en otros dis-
positivos electr¢nicos, de comunicaciones, inform tica, de alarmas, etc. Si
dichas se¤ales esp£reas escapan de la fuente, son capaces de provocar severas
interferencias, e incluso mal funcionamiento, que en algunos casos puede no
ser demasiado grave, pero si el equipo interferido llegara a ser alguno de
extrema importancia, como un medio de detecci¢n de emergencias, o alguno de
electromedicina, el falseamiento de las lecturas por ellos generados pueden
tener consecuencias impredeciblemente graves.
En escencia, una onda de cualquier forma no-senoidal, se puede descom-
ner matem ticamente en una se¤al senoidal de frecuencia fundamental de la
misma que la original, con m s un t‚rmino de corriente cont¡nua (DC), el cual
puede no estar, y una serie infinita de arm¢nicos pares, impares, en distin-
tas amplitudes y fases entre s¡, lo cual se explicita en las conocidas `Series
de Fourier'. Por ejemplo, una onda cuadrada, se compone de una fundamental de
la misma frecuencia, y todos sus m£ltiplos (arm¢nicos) impares, es decir, 3a,
5ta, etc, en distintas amplitudes que van decayendo con el ¢rden del arm¢nico
considerado. Una triangular, tambi‚n se compone de una senoidal fundamental,
y sus arm¢nicos impares, pero con fases relativas alteradas con respecto a la
cuadrada. Si, adem s esas se¤ales tienen una componente de DC, es decir, no
est centrada en el eje de cero volts o ampers, la misma se manifiesta en las
Series de Fourier.
Las cosas pueden ser a£n mas graves, si en un mismo recinto deben
coexistir dos o m s fuentes de distintas frecuencias no sincronizadas, o que
no guardan relaci¢n arm¢nica entre si, en cuyo caso hay que considerar las
heterodinas entre ambas frecuencias, y las de sus arm¢nicos entre s¡, lo cual
genera un gran desparramo de se¤ales indeseadas, que pueden incluso perturbar
al mismo equipo que alimentan.
Por £ltimo, si a una misma l¡nea de alimentaci¢n son conectadas dos
o mas fuentes independientes, y si cada una de ellas dejan salir excesivo
ruido el‚ctrico, las mismas puecen heterodinar en la propia l¡nea de cana-
lizaci¢n, y ser propagadas por conducci¢n e irradiaci¢n desde las mismas. Ni
imaginar si adem s existen en esas l¡neas, motores, balastos electr¢nicos,
hornos de inducci¢n o microondas, aparatos radioel‚ctricos, convertidores
tiristorizados, etc.
En una fuente que carezca de PFC, adem s se hace presente una gran
distorsi¢n de la forma de onda de corriente, puesto que se produce conducci¢n
desde l¡nea s¢lo en aquellos instantes en que dicha tensi¢n es superior a la
acumulada en el capacitor principal, y dicha corriente tiende a ser un pico
muy alto de corriente en los m ximos de la onda senoidal de entrada, mientras
que cuando los diodos est n bloqueados no hay demanda de corriente. Dicho pico
de corriente suele alcanzar y superar 10 veces el valor RMS de la corriente de
entrada de la fuente.
Es, por ello, necesario intercalar filtros a la entrada y en las sa-
lidas de las fuentes, con el objeto de atenuar lo m ximo posible la fuga de
esos ruidos, compatibles con el espacio f¡sico y el costo adicionados por el
filtro. Adem s, el dise¤o correcto de un filtro de este tipo, implica varias
horas-hombre-maquinaria, y el desconocimiento exacto de algunos par metros
puede llevar a un resultado err¢neo. Por ejemplo, los filtros LC deben ser
dise¤ados teniendo en cuenta factores ajenos al filtro mismo, por ejemplo
impedancias de entrada y de salida al mismo. Si tenemos en cuenta que una
fuente conmutada normal tiene una impedancia de entrada negativa (Al aumentar
la tensi¢n de entrada disminuye su demanda de corriente, suponiendo potencia
constante durante la medici¢n), y que la impedancia vista desde los terminales
de entrada de la fuente y el filtro hacia la l¡nea es casi totalmente desco-
nocida, se puede apreciar la dificultad en el tratamiento del problema.
L ÍÍÍÍÍÍ ÍÍÍÍÍÍ
oÄÄÄÂÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÛÛÛÛÄÄÄÄÂÄÄÄo
³ ø ³ ø ³ Figura 1: Filtro de l¡nea
³ ÄÁÄ ³ t¡pico para fuentes
ENTRADA ÄÁÄ ÄÂÄ ÄÁÄ conmutadas de modo com£n
220VAC ÄÂÄ L1 ³ L2 ÄÂÄ SALIDA de 2 etapas.
³ ÄÁÄ ³
³ /// ³
³ ÍÍÍÍÍÍ ÍÍÍÍÍÍ ³
oÄÄÄÁÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÛÛÛÛÄÄÄÄÁÄÄÄo
N ø ³ ø
1æF ÄÁÄ 1æF
400V ÄÂÄ 400V
C1 ³ C3,C4 C2
ÄÁÄ 10nF
/// 1KV
L ÍÍÍÍÍÍ
oÄÄÄÂÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄo
³ ø ³ Figura 2: Filtro de l¡nea
³ ÄÁÄ t¡pico para fuentes
ENTRADA ÄÁÄ ÄÂÄ conmutadas de modo com£n
220VAC ÄÂÄ L1 ³ SALIDA de 1 etapa.
³ ÄÁÄ
³ ///
³ ÍÍÍÍÍÍ
oÄÄÄÁÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄo
N ø ³
1æF ÄÁÄ
400V ÄÂÄ
C1 ³ C2,C3
ÄÁÄ 10nF
/// 1KV
Existen dos tipos de interferencias que pueden escapar de una fuente
conmutada (O de cualquier otro dispositivo que trabaje con se¤ales que puedan
ser irradiadas o conducidas por los conductores, y fugar): se¤ales de modo
com£n y de modo diferencial.
Las se¤ales de modo com£n se denominan de esa manera, porque pueden
viajar por dos o m s conductores con la misma fase e intensidad en todos
ellos, y ser irradiadas por dicho manojo de conductores, actuando desde este
punto de vista como si fueran uno solo. Un ejemplo de este caso son los ca-
bles de la salida de la fuente, que pasen cerca del campo disperso generado
por un inductor sometido a gran intensidad de campo, como puede ser un induc-
tor Fly Back, un Buck o Boost. Si los dos cables de salida pasan por las cer-
can¡as del flujo irradiado, se inducir n en ambos una FEM de igual valor y
direcci¢n, que se convierte en una corriente que retorna por la capacidad de
estos conductores a la tierra, y entoces se genera un campo electromagn‚tico
de similares caracter¡sticas a los de una antena. As¡, ambos cables irradian
la misma se¤al, y se comportan al un¡sono.
Como contrapartida, las de modo diferencial, circulan por el grupo
de conductores involucrados, con fases tales que en total, resultar¡an cance-
ladas dentro del grupo, pero que pueden circular en fase por el generador de
tensi¢n de entrada. En este tipo se encuentran los ruidos generados por la
propia conmutaci¢n del transistor de potencia en un circuito Buck, de no me-
diar la acci¢n de un capacitor de entrada como ya he explicado. Dichas cor-
rientes pulsantes, circulan por ambos conductores de entrada a la fuente con
direcciones contrarias, y por tanto deber¡an cerrarse por un circuito de alta
impedancia, como ser un transformador de una subestaci¢n de la red de distri-
buci¢n, y al no poder hacerlo, buscan uno de menor impedancia, como ser otro
aparato el‚ctrico que presente dicha baja impedancia, y por lo tanto, causar-
le distintinas anomal¡as, si no est dise¤ado a tal efecto.
La figura 1 muestra el esquema de un filtro de l¡nea de uso habitual
en fuentes conmutadas, denominado `de modo com£n'. Los capacitores de alto
valor C1 y C2 act£an asegurando iguales potenciales de la se¤al interferente
en ambos conductores, pues presenta una baja reactancia a esa frecuencia y sus
arm¢nicos. Los inductores L1 y L2 est devanados con iguales cantidades de
vueltas en ambas secciones, y con el mismo sentido de giro de la bobinadora,
lo cual es expresado en el esquema por el s¡mbolo (ø) que marca los termina-
les hom¢nimos del inductor. A veces suele ser un toroide con dos debanados
bifilares. De esta manera, se comporta como un £nico inductor en serie con el
conexionado, presentando una elevada reactancia a las frecuencias en cuesti¢n.
Los capacitores C3 y C4 de relativamente bajo valor, se encargan de hacer
circular la misma corriente por el conductor de tierra que en los vivos, y de
esa manera evita una diferencia de potencial capaz de generar un campo el‚c-
trico oscilatorio entre ellos. C1 y C2 se denominan capacitores grado o tipo
X, por estar entre conductores de l¡nea, y por lo tanto sometidos a un ele-
vado potencial alterno, unos 310V pico pico para redes de 220VCA (Eficaces).
A los C3 y C4 se los denomina Y (Y griega) por estar vinculados a tierra,
tienen una aislaci¢n mucho mayor, siendo usual de 1KV. La raz¢n es de seguri-
dad: si uno se pusiera en corto, puede provocar graves da¤os al usuario y a
los equipos que se supone debe proteger y alimentar, puede estar sometido a
grandes picos de tensi¢n en caso de descargas atmosf‚ricas sobre el tendido
el‚ctrico en la entrada del equipo. Y los inductores L1 y L2 (Que no necesa-
riamente tienen que ser iguales entre si), deben tener baja resistencia ¢hmica,
y una buena aislaci¢n entre los dos medios bobinados, a la vez de una induc_
tancia tan alta como sea posible y baja inductancia de dispersi¢n entre ellos.
En la figura 2 se ve un filtro de una sola etapa, el cual no es tan
poderoso como el de la figura 1, pero en virtud de su menor tama¤o y costo,
es uno de los circuitos m s ampliamente utilizado.
L ÍÍÍÍÍÍ ÍÍÍÍÍÍ
oÄÄÄÂÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÄÂÄÄÄo
³ ø ³ ³ Figura 3: Filtro de l¡nea
³ ÄÁÄ L2 ³ t¡pico para fuentes
ENTRADA ÄÁÄ ÄÂÄ ÄÁÄ conmutadas de modo com£n
220VAC ÄÂÄ L1 ³ ÄÂÄ SALIDA de 1 etapa, y de modo
³ ÄÁÄ ³ diferencial de 1 etapa
³ /// ³ combinados.
³ ÍÍÍÍÍÍ ÍÍÍÍÍÍ ³
oÄÄÄÁÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÄÁÄÄÄo
N ø ³
1æF ÄÁÄ L3 1æF
400V ÄÂÄ 400V
C1 ³ C3,C4 C2
ÄÁÄ 10nF
/// 1KV
La figura 3 nos muestra un esquema de un filtro de l¡nea combinado de
modo com£n (L1 y C1), y de modo diferencial (L2, L3, C2). L2 y L3 no est n vin_
culados magn‚ticamente, y por lo tanto actur n de manera independiente. Su
funci¢n es presentar un circuito de alta impedancia sobre cada uno de los con_
ductores de la l¡nea de entrada de modo de dificultar la circulaci¢n de las
mismas por estos cables. C3 y C4 operan de igual manera a lo ya descripto.
A la salida del filtro, normalmente se conecta indirectamente con el
puente rectificador o de Graetz, compuesto de 4 diodos de silicio (O 6 en caso
de una fuente que sea dise¤ada para recibir una l¡nea trif sica). He dicho in_
directamente pues se coloca entre estos, un dispositivo limitador de la cor_
riente de conexi¢n de la fuente, o limitador de `Inrush current', cosa que se
ver en detalle en el cap¡tulo siguiente.
R ÍÍÍÍÍÍ ÍÍÍÍÍÍ
oÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÛÛÛÛÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄo
³ ø ³ ø ³ Figura 4: Filtro de l¡nea
³ ÄÁÄ ³ para fuentes conmutadas
ÄÁÄ ÄÂÄ ÄÁÄ trif sicas, de modo com£n
ÄÂÄ L1 ³ L2 ÄÂÄ de 2 etapas. Los C1's y
³ ÄÁÄ ³ C2's han sido conectados
³ /// ³ en estrella.
³ ÍÍÍÍÍÍ ÍÍÍÍÍÍ ³
AC oÄÄÄ(ÄÄÄÂÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÛÛÛÛÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄ(ÄÄÄo SALIDA
S ³ ³ ø ³ ø ³ ³
380V ³ ÄÁÄ ÄÁÄ ÄÁÄ ³
³ ÄÂÄ ÄÂÄ ÄÂÄ ³
³ ³ ³ ³ ³
ÀÄÄÄ´ ÄÁÄ ÃÄÄÄÄÄÙ
³ /// ³
ÄÁÄ ÄÁÄ
ÄÂÄ ÄÂÄ
³ ³
³ ÍÍÍÍÍÍ ÍÍÍÍÍÍ ³
oÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÛÛÛÛÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄo
T ø ³ ø
1æF ÄÁÄ 1æF
400V ÄÂÄ 400V
C1's ³ C3's C2's
ÄÁÄ 10nF
/// 1KV
La figura 4 muestra un circuito apto para fuentes de alta potencia
energizadas de una red trif sica (3 * 380VCA en Argentina). Los 3 inductores
integrantes de L1 est en un mismo n£cleo, y bobinados en el mismo sentido y
con la misma cantidad de espiras. Lo mismo para L2, aunque no necesariamente
tiene el mismo valor que L1. Si se dispone del neutro, el centro de la es-
trella formada por los C1's y los C2's puede ir conectado a ‚l, y con un
capacitor Y contra tierra, y eventualmente tener su inductor L1 y L2, pero
no es un disposici¢n muy usual. Y la figura 5 uno m s simple, con una sola
etapa.
R ÍÍÍÍÍÍ
oÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÄo
³ ø ³ Figura 5: Filtro de l¡nea
³ ÄÁÄ para fuentes conmutadas
ÄÁÄ ÄÂÄ trif sicas, de modo com£n
ÄÂÄ L1 ³ de 1 sola etapa.
³ ÄÁÄ
³ ///
³ ÍÍÍÍÍÍ
AC oÄÄÄ(ÄÄÄÂÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÄo SALIDA
S ³ ³ ø ³
380V ³ ÄÁÄ ÄÁÄ
³ ÄÂÄ ÄÂÄ
³ ³ ³
ÀÄÄÄ´ ÄÁÄ
³ ///
ÄÁÄ
ÄÂÄ
³
³ ÍÍÍÍÍÍ
oÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÄo
T ø ³
1æF ÄÁÄ
400V ÄÂÄ
C1's ³ C2's
ÄÁÄ 10nF
/// 1KV
Todo lo visto es v lido tambi‚n para los conductores de salida de la
fuente. El lector ususario de dispositivos electr¢nicos habr observado en la
salida de las fuentes para LapTop, cargadores de celulares, etc., un `bulto'
o agrandamiento del cable de salida en la cercan¡a de la salida del cable de
la fuente, y otras veces tambi‚n en proximidades de la ficha de entrada a la
carga, lo mismo que en el cable de los monitores de PC. All¡ adentro, inmerso
en un material pl stico que lo proteja de golpes y lo fija al conductor, se
halla un tubo de ferrite de alta permeabilidad, por donde pasan los conducto-
res de salida de la fuente. Esto genera una elevada inductancia de modo com£n
en ambos cables simult neamente, reduciendo de esa manera, las corrientes de
RF que pudieran en ellos estar presente.
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 02 de septiembre de 2017. º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
Fin del cap¡tulo #34.
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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