CIRCUITOS DE DISPARO Circuitos de disparo sin aislamiento El circuito de disparo es una parte integral de un convertidor de potencia, y consiste en dispositivos semiconductores de potencia. Las salidas de un convertidor que depende de la forma de onda en que el circuito de disparo se excita a los dispositivos de conmutacin es una funcin directa de la conmutacin por consiguiente, las caractersticas del circuito de disparo son elementos clave para obtener la salida deseada y los requisitos de control de cualquier convertidor de potencia. El diseo de un circuito excitador requiere conocer las caractersticas de compuerta y las necesidades de dispositivos como tiristores apagados por compuerta (GTO), transistores bipolares de unin (BJT), transistores de efecto de campo metal-oxido semiconductor (MOSFET) y transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT). EXCITADOR DE COMPUERTA PARA MOSFET Los MOSFET son dispositivos controlados por voltaje y tienen una impedancia de entrada muy alta. La compuerta consume una corriente de fuga muy pequea, del orden de los nanoamperes. El tiempo de encendido de un MOSFET depende del tiempo de carga de la capacitancia de entrada o de compuerta. El tiempo de encendido se puede reducir conectando un circuito RC como se ve en la figura, para cargar con mayor rapidez la capacitancia de compuerta.

Cuando se conecta un voltaje a la compuerta, la corriente inicial de carga de la capacitancia es IG = V G / R S y el valor de estado permanente de voltaje de compuerta es

VGS = RGVG / (RS + R1 + RG)donde RS es la resistencia interna de la fuente que excita la compuerta. EXCITADOR DE BASE PARA BJT La velocidad de conmutacin se puede aumentar reduciendo el tiempo de activacin, encendido, y el tiempo de desactivacin, apagado. Se puede reducir el tiempo de encendido permitiendo un pico de la corriente de base durante la activacin, dando como resultado una B forzada baja al principio. Despus de la activacin puede aumentar la B forzada baja hasta un valor suficientemente alto como para mantener el transistor en la regin de casi saturacin. El tiempo de desactivacin se puede reducir invirtiendo la corriente de base y permitiendo un pico de la corriente de base durante la activacin. Al aumentar el valor del voltaje de pico de la corriente inversa IB2 disminuye el tiempo de almacenamiento. En la siguiente figura se muestra una forma de onda tpica de la corriente de base.

Aparte de una forma fija de corriente de base, como se muestra en la figura anterior, la B forzada Bf se puede controlar en forma continua para que coincida con las variaciones de corriente del colector. Las tcnicas de uso comn para optimizar la activacin de la base de un transistor son:

1) 2) 3) 4)

Control Control Control Control

de encendido de apagado proporcional en base por antisaturacin

Control de encendido La correccin de la corriente de base se puede proporcionar con el circuito de la figura. Cuando se conecta el voltaje de entrada, la corriente de base se limita con el resistor R1 y el valor inicial de esa corriente es: IB= (VI - VBE)/R1 Y el valor final de la corriente de base es: IBS= (VI - VBE)/R1 + R2

Control de apagado Si el voltaje de entrada de la figura se cambia a V2 durante el apagado, el VC se suma a V2 como el voltaje inverso a travs del transistor. Por lo tanto, habr un pico de la corriente de base durante el apagado. Control proporcional en base. Si la corriente del colector cambia debido a un cambio en la demanda de carga, la corriente de encendido de la base cambia en proporcin a la corriente del colector.

Control de saturacin Si el transistor se excita muy rpido, el tiempo de almacenamiento que es proporcional a la corriente de base, aumenta, y se reduce la velocidad de conmutacin. Se puede reducir el tiempo de almacenamiento operando el transistor con una saturacin gradual, en lugar de muy rpida.

Esto se puede hacer sujetador el voltaje de colector a emisor a un valor predeterminado, la corriente del colector es: IC = (VCC -VCM)/RC Donde VCM es el voltaje sujetador y VCM> VCD(Sat)

2.1

Circuitos de disparo con aislamiento

Necesidad de aislamiento de la Seal Lgica de Control: Tensiones elevadas (lineas rojas). Necesidad de proteccin del personal que maneja los equipos de control. Diferentes niveles de tensin dentro del convertidor y por tanto diferentes referencias para las salidas Base-Emisor (Puerta-Fuente) de los drivers. Se necesitan diferentes fuentes de alimentacin auxiliares para los diferentes niveles de tensin. Existen diferentes mtodos que se estudiarn en los prximos apartados El aislamiento galvnico se consigue empleando optoacopladores transformadores de pulsos. 2.1.1 Acoplados ptimamente

El fotoacoplador permite conseguir un buen aislamiento elctrico entre el circuito de control y el de potencia. Este tipo de aislamiento ofrece como inconveniente la posibilidad de disparos espreos en las conmutaciones del interruptor de potencia, debido a la capacidad parsita entre el LED y el fototransistor. Otro problema se debe a la diferencia de potencial entre las tierras del fotodiodo y del fototransistor que no debe superar la tensin de ruptura. Para minimizar estos dos inconvenientes se pueden usar fibras pticas, (inmunidad al ruido EMI, aislamiento de alta tensin y evitan el efecto inductancia de los cables largos). No permiten transportar potencia, slo seal, por lo que ser necesario una fuente de alimentacin auxiliar y un amplificador.

Circuito de Control de Base, con Aislamiento Optoacoplado de la Seal de Control El diodo DA sirve para evitar la saturacin completa del BJT de potencia y as acelerar su conmutacin.

Circuito de Control de Puerta, con Aislamiento Optoacoplado de la Seal de Control Este circuito es til para hacer funcionar interruptores MOS a velocidades bajas (Los circuitos integrados digitales CMOS tienen una impedancia de salida alta). Para velocidades mayores pueden usarse circuitos especializados con impedancia de salida mucho menor, por ejemplo IXLD4425, 3Amp y +/- 15v

2.1.2

Acoplados magnticamente

Seal de Control de Alta Frecuencia, Aislada con Transformador de Pulso

El transformador de pulsos permite transportar una seal de cierta potencia, y a veces puede evitarse el uso de una fuente de alimentacin auxiliar El problema es que no pueden usarse pulsos de baja frecuencia debido a la inductancia de magnetizacin Para pulsos de frecuencias superiores a la decena de kHz y con D0.5 pueden conectarse directamente, conectndose bien a la puerta de transistores de potencia, o en circuitos anlogos a los vistos sustituyendo a fotoacopladores

Seal de Control de Baja Frecuencia Aislada con Transformador de Pulso

La frecuencia del oscilador podra ser por ejemplo de 1MHz, y los diodos rectificadores sern de alta frecuencia, pero de seal.

Circuito de Base con Seal de Control Aislada mediante Uso de Transformadores de Pulso. Aplicacin para Frecuencias de Trabajo Elevadas y Ciclo de Trabajo Aproximadamente Constante. Evita Fuente de alimentacin. Si T1 est conduciendo, ib sera negativa y por tanto, T2 se cortar. La corriente de magnetizacin por el transformador (por Lm) ser transcurrido un tiempo: ipVBB/Rp.

Al cortar T1 cuando por Lm circula ip, se hace circular una corriente por la base, y por tanto por el colector, de forma que al interactuar los devanados 2 y 3 ser:

ib=icN3/N2.

Adems, durante el tiempo que est cortado T1 Cp se descargar por Rp. Si en estas condiciones se vuelve a saturar T1, la tensin aplicada al devanado 1 es VBB y la corriente ip por el transformador podr ser muy alta, de forma que: ib= icN3/N2- ipN1/N2 Si se eligen adecuadamente las relaciones de transformacin, podr hacerse la corriente de base negativa y se cortar el transistor de potencia.

Seal de Control de Baja Frecuencia Aislada con Transformador de Pulso

La frecuencia del oscilador podra ser por ejemplo de 1MHz, y los diodos rectificadores sern de alta frecuencia, pero de seal.

2.2

Circuitos de disparo con dispositivos digitales 2.2.1 Timer

El temporizador 555. Como se muestra en el diagrama de la figura 1, los bloques bsicos de el temporizador 555 son una cadena de 3 resistencia del mismo valor, dos comparadores de voltaje, un flip flop, y un transistor BJT. Las resistencias se colocan en las entradas de los comparadores (este es el pin 6, threshold) en VTH = (2/3) Vcc y VTL = (1/3)Vcc.

Figura 1. Temporizador NE555.

Divisores de Frecuencia y detectores de cruce por cero (comparadores) Microcontroladores Podemos utilizar como referencia a el multiplicador discutido es este tutorial, ya que puede ser usado como un divisor analgico empleando circuitos de retroalimentacin como se muestras en las figuras 1(a) y (b).

2.2.2

Figura 1.Tcnicas de divisin anloga. (a) Voltaje positiio en el denominador, (b) voltaje negativo en el denominador.

Notemos que en slo dos cuadrantes esta operacin es posible porque el voltaje e4 debe ser de una polaridad opuesta a e1. Para e1 < 0, el multiplicador debe proveer una polaridad inversa mientras que para e1 > 0 el multiplicador debe generar +e1e0/10 = -e2 para asegurar una operacin estable (retroalimentacin negativa). La principal limitacin de tal retroalimentacin en el divisor es el gran perodo de error como por ejemplo sera que el valor de e2 tienda a cero. Este error limita severamente el rango dinmico de el divisor; especialmente donde el error de el multiplicador alcance su valor mximo, este se produce cuando le seal de entrada es pequea.

2.2.3

Modulador de Ancho de Pulso (PWM)

Especificaciones Frecuencia de PWM de 400 Hz Capacidad de corriente de 3 amperios con un MOSFET IRF521 Voltaje de 12V Control por potencimetro o por voltaje de entrada Voltaje de control entre 0 y 10 voltios

Un modulador por ancho de pulso (PWM) es un dispositivo que puede usarse como un eficiente dimmer de luz o para controlar la velocidad en motores DC. Los motores DC grandes son controlados ms eficientemente con tiristores de alta potencia, mientras los motores DC pequeos y medianos de imn permanente, son controlados ms exitosamente con transistores de conmutacin por ancho de pulso. El circuito descrito es un dispositivo para controlar motores que manejen unos cuantos amperios o tambin se puede utilizar para controlar el brillo en lmparas.

Un circuito PWM arroja como resultado una onda cuadrada con ciclo variable de ON y Off, variando en el tiempo del 0 al 100 %. De esta manera, una cantidad variable de potencia es transferida a la carga. La principal ventaja de un circuito de PWM sobre un controlador que se base en la variacin lineal de la potencia suministrada a una carga mediante cambio resistivo es la eficiencia. A una seal de control del 50%, el PWM usar cerca del 50% de la potencia total, de la cual casi tosa ser transferida a la carga . En un controlador tipo resistivo, de un 50% de potencia que se quiera transferir a la carga se estima que le puede llegar cerca de un 71%. El otro 21% se pierde en forma de calor. La principal desventaja de los circuitos de PWM es la posibilidad de que exista interferencia por radiofrecuencia (RFI). El RFI puede minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y utilizando un filtrado de la fuente de alimentacin. Este circuito posee una pequea proteccin contra RFI y produce una mnima interferencia.