Fuentes conmutadas

Instituto Tecnológico de Querétaro

Electrónica Analógica

Eduardo Pecina González

Álvarez Melgar José Francisco

Noguez Cruz Héctor

Iñiguez Lomelí Francisco Javier

CONTENIDO

Introduccion......................................................................................................................................................2

Marco teórico....................................................................................................................................................2

Desarrollo del proyecto.....................................................................................................................................2

Pruebas y analisis de resultados........................................................................................................................2

Simulacion en Multisim..................................................................................................................................2

Mediciones fisicas..........................................................................................................................................2

Bibliografía.........................................................................................................................................................2

Anexos...............................................................................................................................................................2

INTRODUCCION

En las siguientes prácticas se elaborarán dos fuentes conmutadas, una usando amplificadores operacionales para hacer el control y otra con el circuito integrado TL494.

MARCO TEÓRICO

FUENTES CONMUTADAS

Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kilociclos típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados).

La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con núcleo de ferrita (los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias porque tienen muchas pérdidas debido a corrientes de Foucault y sobre todo por las grandes pérdidas por histéresis; hay que recordar que una curva de saturación normal de acero cocido corresponde a un material con característica dura y alta densidad de flujo) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (con diodos rápidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC).

Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia y por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes.

La topología básica de una fuente regulada conmutada está compuesta por una etapa de potencia, compuesta por un convertidor AC/DC y un convertidor conmutado (convertidor DC/DC), así como una etapa de control compuesta por una red de realimentación y su respectivo controlador.

La anterior descripción se representa en el siguiente esquema:

Figura 1. Esquema básico de una fuente conmutada

DESARROLLO DEL PROYECTO

FUENTE CON OPERACIONALES

Figura 2. Fuente conmutada con operacionales

Calculo de la señal triangular con arreglo de OPAMPS

f=

14C∗R1

∗R2

R3, suponiendoC=100 nF , R1=2.2k , R3=8.2k→ (10kHz ) (100nF ) (4 ) (2.2k ) (8.2k )=72.1k

Sujetador

Para una f=10kHz

τ ≥10T→R (1 μF )≥10 (0.0001 )→R≥1k ohm , por lo quese pusode 4.7k , el capacitor fue propuesto .

Para sujetar una onda de alterna con voltaje positivo y negativo igual, se debe poner el valor del voltaje del capacitor igual al voltaje pico de la onda, en nuestro caso 1.2 V (amplitud, no pico a pico)

Vc=Vp, realizando la malla, para el ciclo negativo tenemos

1.2−1.2−0.7+Vf=0∴Vf=0.7V

Después se planteó un divisor de voltaje para 500 mV, para el comparador

V 0=V ¿∗R2R1+R2

→ proponemosR2=4.7k , R1=(2.4 V−500mV )(4.7k )

500mV=17.86k

Calculo de la resistencia de base

Bsat=250 VBEsat=1.5 V VCEsat= 0.7V

Ib=1.5A/250=6mA

El voltaje de alimentación es 10 V aprox. por ley de ohm R=10V/6mA=1.6k, por lo que se uso una R=2.2k

Inductor y capacitor de salida

L≥(1−k )R2 f

=L≥0.5 (3.3 )20kHz

≥82.5μH

C≥1−k

16L f 2→C ≥

0.5

(16 ) (82.5 μH ) (10 k2 )≥3.78μF

Filtro LC

√R2+(nwL)2= 10nwC

, suponiendoC=4700μF→L= 10

(4 π∗60)2∗4700μF=3.7mH

FUENTE CON TL494

Figura 3. Fuente con TL494

Vent= 15 V Vsal= 5 V Isal= 1.5A Vrizopp= 20mV Fosc= 11KHz Bsat=250 VBEsat= 2.2 V

VCEsat= 1.7 V T= 100 us

t c−t o=90.9090 μs

t cto

= 5+0.812−1.7−5

=1.094

t c=1.094 t o

T−t o=t c→90.9090 μs−t o=1.094 t o→t o=43.4140μs

t c=1.094 (43.4140 μs )=47.4950μs

L= 5+0.82 (1.5 A )

(43.4140 μs )=83.9337 μH

C=(3 A)(90.9090 μs)

4 (20mV )=3409.08 μF

I b=I cB→ I b=

3 A250

=12mA

−Vent+2.2+R (12mA )+1.7=0→Rb=12−2.2−1.712mA

=675

R6=2.212mA

=183.333

Voltage de control=2.5 V

IR7 ¿ IR8=1mA∴R8=2.5V1mA

=2.5K ohms

Por divisor de voltaje sabemos que R8= R7

Las resistencias R3 y R4 son iguales para que el divisor de voltaje de la mitad del voltaje de referencia es decir 2.5 V por eso las ponemos de 10K cada una.

Ahora considerando una ganancia de 100 a 500

∆V=Rs

Rx

=300→proponiendo Rx=1k∴Rs=300k

Rsc=0.5V3 A

=0.16

Las resistencias R1 y R2 son otro divisor de voltaje que entran en un comparador donde entra el voltaje de la resistencia Rsc de 0.5 v por lo tanto este divisor debe dar 0.5 V y proponiendo una corriente de 1mA

0.5V1mA

=0.5K=R2→R1=4.5V1mA

=4.5K

Oscilador

1RTCT

=11KHz , proponiendoCT=22nF→RT=[11KHz∗22nF ]−1=4.13k ohms

R sof=T (entre 20 y100)

C s

, proponiendoCs=1uF ,R sof=90.9090us(50)

1uF=4.54K ohms

PRUEBAS Y ANALISIS DE RESULTADOS

SIMULACION EN MULTISIM

Figura 4. Simulación de la fuente con operacionales en condiciones críticas

Figura 5. Simulación de la fuente con TL494 en condiciones críticas

MEDICIONES FISICAS

Figura 6. Fuente con operacionales

OPERACIÓN EN CONDICIONES NORMALES

Figura 7. Voltaje obtenido

Figura 8. Corriente

Figura 9. Forma del PWM

OPERACIÓN EN CONDICIONES CRÍTICAS

Figura 10. Corriente

Figura 11. Forma del PWM

Figura 12. Fuente con TL494