Práctica 5. Prelaboratorio

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1 UNEXPO VICE RECTORADO "LUIS CABALLERO MEJIAS" Departamento de Ingeniería de Sistemas Sección de Electrónica Laboratorio de Electrónica Industrial CONVERTIDORES DC/DC. Práctica 5. Objetivos: Estudio de los convertidores DC/DC (Chopper) reductores y elevadores de tensión con transistores MOSFET o IGBT. Aplicar la técnica de PWM en el control de la velocidad del Motor DC usando el convertidor DC/DC. PARTE A Prelaboratorio P1) El circuito de la figura 1 representa un Chopper Clase A con transistores de efecto de campo (MOSFET), en el cual se usa la técnica de control por modulación del ancho de pulso (PWM). La figura 2 muestra la señal de mando del transistor de efecto de campo VGS(t). Estudie el circuito, explique su funcionamiento y dibuje las señales, VDS(t), Vo(t) y VR(t). Asuma que la inductancia es 0mH y que las caídas de tensión en los transistores son muy pequeñas cuando están en el estado de conducción. Vs=24V, R=100Ω R + D L Vo - Vs D Circuito de Control RC2 GND Aislamiento Y Driver G S MOSFET Figura 1a. Convertidor DC/DC reductor clase A.

2 +12 R1 10K Q1 BC327 VCC1 RC2 R U1 +5V 2 5 OPI R2 1k VCC +5 SALIDA1 R3 1k Q2 BC337 R5 1k D1 1N4148 RG Q4 BC G Aislamiento GND Figura 1b. Circuito de aislamiento y el driver. S P2. Determine una expresión que permita calcular el voltaje promedio aplicado a la carga en función del ciclo de trabajo (CT=Ton/T*100). (ver figura 2). Figura 2. Diagrama de Tiempo del PWM. P3 Complete la siguiente tabla usando la expresión deducida en la pregunta P2. CT(%) Vo(dc) P4. Grafique el voltaje promedio aplicado a la carga Vo en función del ciclo de trabajo con los datos de la tabla anterior. P5. Analice el circuito de la figura 1 con una inductancia L igual a 10mH, una carga igual a R=100Ω y el Ciclo de trabajo de 66.6%. Dibuje la corriente Io(t) a través de la carga. Asuma f=5khz.

3 P6. La Figura 3 representa el circuito de control para el convertidor DC/DC mostrado en la Figura 1. Realice la simulación del circuito de control en proteus, para ello utilice el programa para el microcontrolador que se encuentra en la página web (practica5.hex). Utilice una frecuencia para el reloj del procesador de 48Mhz.Visualice las señales en el osciloscopio mientras cambia el valor del potenciómetro P1. Esta simulación deberá ser mostrada en el laboratorio. P8- Realice la programación y simulación de los proyectos 7 y 8 de la guía de programación de proyectos básicos. P9. Modifique el proyecto 6 de la guía de programación para controlar el reloj digital con el temporizador. Programe el temporizador 2 para generar un retardo de 1ms y a partir de este retardo se debe generar el conteo de los segundos y minutos. Este será evaluado en el laboratorio y en el control respectivo. PARTE B Figura 3. Circuito de control del convertidor DC/DC clase A. P10) El circuito de la figura 4 representa un Convertidor elevador (Boost) con transistores de efecto de campo (MOSFET), en el cual se usa la técnica de control por modulación del ancho de pulso (PWM). La figura 2 muestra la señal de mando del transistor de efecto de campo VGS(t). Estudie el circuito, explique su funcionamiento y dibuje las señales, VDS(t), VL(t) y V0(t). Asuma que la inductancia es 10mH y que las caídas de tensión en los transistores son muy pequeñas cuando están en el estado de conducción. Vs=10V, R=100Ω

4 Figura 4. Convertidor DC-DC Elevador (Boost) P11. Determine una expresión que permita calcular el voltaje promedio aplicado a la carga en función del ciclo de trabajo, considere Modo Continuo (D=ton/T*100). (ver figura 2). P12. Complete la siguiente tabla usando la expresión deducida en la pregunta P11. CT(%) Vo(dc) P13. Grafique el voltaje promedio aplicado a la carga Vo en función del ciclo de trabajo con los datos de la tabla anterior. P14. Analice el circuito de la figura 4 con una inductancia L igual a 10mH, un Condensador C igual a 1000uF una carga igual a R=100Ω y el Ciclo de trabajo de 33.3%. Dibuje la corriente IL(t), Vo(t). Asuma f=5khz. P15. La Figura 5 representa el circuito de control para el convertidor DC/DC mostrado en la Figura 4. Realice la simulación del circuito de control en proteus, para ello utilice el programa para el microcontrolador que se encuentra en la página web (practica5b.hex). Utilice una frecuencia para el reloj del procesador de 48Mhz.Visualice las señales en el osciloscopio mientras cambia el valor del potenciómetro P1. Esta simulación deberá ser mostrada en el laboratorio.

5 Figura 5. Circuito de control del convertidor DC/DC elevador. Parte Experimental PARTE A 1- Monte el circuito de la figura 1. Para un ciclo de trabajo = 50%. a) Grafique el voltaje VGS

6 b) Grafique el voltaje VDS c) Grafique el voltaje Vo(t) d) Grafique el voltaje VL(t)

7 e) Grafique el voltaje VR(t). 2- Modifique los valores del ciclo de trabajo, mida y complete la siguiente tabla. CT(%) Vdc(v) 3. Sustituya la carga RL por el motor DC, repita la parte 1 y complete la siguiente tabla. PARTE B CT(%) Vdc(v) W(rpm) 4- Monte el circuito de la figura 4. Para un ciclo de trabajo = 75%. a) Grafique el voltaje VGS

8 b) Grafique el voltaje VDS c) Grafique el voltaje Vo(t) d) Grafique el voltaje VL(t)

9 5- Modifique los valores del ciclo de trabajo, mida y complete la siguiente tabla. CT(%) Vdc(vo) 6- Proponga un método para medir la corriente en L y Dibuje para un ciclo de trabajo=75%.