REGULADOR DE TENSION CONMUTADO (FUENTE SWITCHING)

Transcripción

1 REGULADOR DE TENSION CONMUTADO (FUENTE SWITCHING) Cátedra de Dispositivos Electrónicos Departamento de Electricidad, Electrónica y Computación (DEEC) FACET - UNT

2 Fuente de tensión continua regulada R S I L I L V V ripp + V L V Lripp _ REGULADOR V + V L _ Disminuir Rs REGULADOR Disminuir V ripp Estabilizar V L

3 REGULADOR LINEAL SERIE (PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO) Fuente No regulada V R S R I L V ripp Controlador V L R L Para que V L = cte.

4 Esquema Fuente Regulada Lineal V i AC TRAFO AC RECTIFICADOR + FILTRO CC REGULADOR LINEAL CC PROTECCION V L CC R i Vo R 1 - Vi+Viripp + R 2 V ref

5 REGULADOR CONMUTADO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO V med = 1 T 0 Tv 0 t dt V med = 1 T 0 t onv0 dt Vo V med = 1 T V 0t on

6 V med = 1 T V 0t on T = t on + t off = 1 f V med = V 0 t on f V med = V 0 t on t on + t off D = t on t on + t off Vo D = Ciclo de Trabajo V med = V 0 D Si R << R 0 V 0 V CC V med = V CC t on f = V CC D

7 FUENTE REGULADA SWITCHING V i AC RECTIFICADOR + FILTRO CC CONVERTIDOR CC/AC AC TRAFO+RECTIFICADOR + FILTRO SALIDA CC PROTECCION V L CC CONTROLADOR AC CC Vi normalmente red de distribución 220 V 50Hz Convertidor CC/AC entrega una tensión de frecuencia 20 KHz A frecuencia elevada el filtro de salida utiliza componentes de menor valor y se utiliza una configuración L C Se puede además utilizar transformadores de menor peso y volumen El CONTROLADOR puede variar alguna característica de la tensión alterna de alta frecuencia para compensar las variaciones de la tensión de salida V L

8 ESQUEMA GENERAL DE UNA FUENTE CONMUTADA - La tensión de entrada V i se rectifica y se filtra directamente de la red - La tensión continua obtenida se convierte en alterna de alta frecuencia Pulsante (continua + ripple) RECTIFICADOR Y FILTRO - La tensión alterna de alta frecuencia permite reducir el tamaño del transformador y del filtro de salida PWM OSC RECTIFICADOR Y FILTRO DE SALIDA Alta frecuencia (cuadrada) REF - Mediante un circuito de control se varia alguna característica de la tensión alterna de alta frecuencia para compensar las variaciones de la tensión de salida V L CONTROLADOR

9 Convertidores de Energía Entrada C O N V E R T I D O R Salida Entrada Salida Alterna Continua Continua Alterna Alterna Alterna Continua Continua

10 FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS (SWITCHING) También llamadas Fuentes Switching. Se distinguen con ese nombre a los convertidores de Corriente alterna (AC) a corriente continua (DC) o los convertidores DC/DC, cuyo principio de funcionamiento se basa en la conmutación de una llave mas que en un circuito lineal. Las fuentes conmutadas fueron desarrolladas como consecuencia de los problemas de disipación térmica, peso y volumen de los reguladores lineales. Hoy en día son de uso común en aplicaciones industriales y comerciales.

11 Circuitos Inversores V 0 BUCK (V 0 < V) V 0 BOOST (V 0 > V)

12 INVERSOR CC AC Circuito propuesto (Reductor BUCK) Vo

13 Inversor Buck con el interruptor cerrado V = V L + V 0 V = L di L dt + V 0 di L dt = V V 0 L = ΔI L t on I L = V V 0 L t on

14 Inversor Buck con el interruptor abierto V 0 = V L = L di L dt di L dt = V 0 L = ΔI L t off La disminución de corriente será: ΔI L = V 0 L t off

15 Tensión continua de salida del convertidor Buck Energía almacenada en el inductor Energía almacenada durante t on Energía entregada durante t off V V 0 L t on = V 0 L t off V V 0 t on = V 0 t off V = V 0 + V 0 t off t on V = V t off t on + t off V = V t 0 V = V 0 on t on D Tensión continua de salida

16 Tensión de ripple de salida La tensión de salida tiene una componente de alterna, producto de la corriente variacional ΔiL (zumbido de corriente en el inductor) que circula por el capacitor suponiendo (Xc<<RL). El ripple de la tensión de salida es la tensión en el capacitor consecuencia de ΔiL: i L t = i C t V 0

17 i1 C t = I L t I L t on 2 t on = DT i2 C t = I L t + I L t off 2 t off = 1 D T I C ΔI L v C V CP(+) V CP(-) 0 t on t off T V CP = v1 C t cuando t = t on 2 V CP + = v2 C t cuando t = t on + t off 2 v C t = 1 C i C t dt

18 V cp = 1 C i 1c t dt t = t on 2 V cp = 1 c I L DT t I L 2 dt t = DT 2 V cp = 1 C I L 8 DT V cp + = 1 C i 2c t dt V cp + = 1 c I L 1 D T t + I L 2 dt t = 1 D T 2 V cp + = 1 C I L 8 1 D T V pp = V cp(+) + V cp( ) V pp = 1 C I L 8 T

19 V pp = V cp(+) + V cp( ) V pp = 1 C I L 8 T ΔI L V pp 0 t on T V cp( ) = 1 C I L 8 D. T V cp(+) = 1 I L C 8 1 D T

20 Circuito de Prueba (Simulador) Filtro Fuente SW D = 0.5 T = 20 μs t on = 10μs V 1 = 20V V 0 = 10V I L = V 1 V 0 L t on I L = I L = 1 A (333 ma) 3 V pp = 1 C I L 8 T V pp = V pp = 1 V (42 mv) 24

21 Esquema de la Fuente Regulada con el circuito de Control I cc I L V o V I D I c Comparador + - Amp. Error R R 2 V ref Gen. Rampa

22 PWM Modulador de ancho de Pulso Generador Diente de Sierra Verror V OUT V OUT Verror Verror V OUT Verror

23 PWM VCONT V1 VERROR t VCONT t

24 Simulación Modulador Ancho de Pulso (PWM) Diente de Sierra V1

25 Simulación Fuente SWITCHING Diente de Sierra V2

26 ESQUEMA GENERAL DE UNA FUENTE CONMUTADA: I L V o V I D I c R 4 Comparador + - R 3 Amp. Error R R 2 V ref Gen. Rampa

27 ESQUEMA GENERAL DE UNA FUENTE CONMUTADA TIPO DIRECTA (Forward) Vcc Ip D1 D2 Lo Io V 0 Rectific. Puente V 1 n 1 n 3 n 2 V 2 D3 C o R 0 Comparador + - Amp. Error - + R 1 R 2 V ref Gen. Rampa

28 TL494 Circuito de control por PWM El TL494 incorpora en un solo chip todas las funciones requeridas para la construcción de un circuito de control por modulación de ancho de pulso (PWM) Diseñado principalmente para el control de fuentes de alimentación.

29 TL494: Esquema de pines

30 Características Frecuencia fija (RT y CT). Dos amplificadores de error. Oscilador de frecuencia ajustable Comparador para el control de tiempo muerto (DTC). Flip flop D para el control de los transistores de salida. Dos transistores de salida. Rango de temperatura: 0 a 70 C (TL494C) o -15 a 85 C (TL494I)

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32 PRINCIPIO DE OPERACIÓN La modulación de los pulsos de salida se logra mediante la comparación de una forma de onda diente de sierra (creada internamente por el CI) con las señales de control: DTC y la salida de los amplificadores de error. La etapa de salida se habilita durante el tiempo en el cual el voltaje de la diente de sierra es mayor que el de las señales de control.

33 PRINCIPIO DE OPERACIÓN

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36 TL494: Diagrama interno

37 Ejemplo de aplicación TL494

38 Ejemplo de aplicación TL494

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