CURVAS RLC

1. En la siguiente familia de curvas indicar:

La tensión de salida VOUTPUT sigue con retardo exponencial a la tensión de entrada pulsante VINPUT. ¿A qué tipo de carga está aplicada esta tensión? La tensión VINPUT – VOUTPUT crece repentinamente y luego decrece hasta anularse ¿A qué tipo de componente está aplicada y por qué se anula? ¿Qué tipo de circuito es?

Está aplicada a una resistencia. (Se observa que la corriente I(R1) y la tensión de salida Voutput son proporcionales. La tensión Vinput-Voutput se aplica a un inductor; al principio la tensión reacciona para evitar el cambio de corriente (por eso ésta se establece en forma exponencial y no bruscamente) y una vez establecida la corriente su tensión se anula ya que su Resistencia es casi nula. (Un inductor es como un hilo de conductor ante una corriente continua, no ofrece resistencia y su tensión por tanto es nula). Es un circuito LR.

2. En la siguiente familia de curvas indicar:

La tensión de salida sigue con retardo exponencial a la tensión de entrada. ¿A qué tipo de carga está aplicada esta tensión? La tensión VINPUT – VOUTPUT crece repentinamente y luego decrece hasta anularse ¿A qué tipo de componente está aplicada y por qué se anula? ¿Qué tipo de circuito es?

Se aplica a un condensador por eso la tensión no se establece bruscamente sino de modo exponencial. Vinput-Voutput se aplica a una resistencia. Inicialmente hay un pico de tensión porque la corriente a través de un condensador cuando se produce un cambio de tensión es impulsiva. Luego al establecerse la tensión de salida ya no circula corriente por el circuito y se anula Vinput-Voutput. Es un circuito CR.

3. En un circuito RLC serie sometido a una tensión sinusoidal ¿bajo qué condición se produce la corriente máxima? ¿A qué se denomina la Q de un inductor?

Se produce cuando la frecuencia de la tensión de entrada hace que la impedancia inductiva y la capacitiva sean iguales. A esta frecuencia se le llama frecuencia de resonancia.

4. En un circuito RL serie describe los pasos que seguirías en el laboratorio para medir el desfase entre la corriente y la tensión sinusoidal de entrada de frecuencia angular W. (Se suponen conocidos los valores de R y L).

Hacemos un barrido de frecuencia con el generador de señales de modo que la amplitud de la tensión sinusoidal de entrada se reduce aproximadamente a la mitad en la salida en bornas de R. La tensión de salida en R tiene la misma forma que la intensidad. Con la herramienta cursor se mide la distancia en microsegundos entre el paso por cero de la tensión de entrada y el paso por cero de la tensión de salida (la corriente). Este tiempo en microsegundos hay que pasarlo a valor del ángulo en grados, teniendo en cuenta que 360º es 1/F o periodo de la señal. Este ángulo es el desfase (en este caso en retraso) de la corriente respecto a la tensión de entrada.

5. Exactamente lo mismo que el anterior pero aplicado a un circuito RC.

Hacemos un barrido de frecuencia con el generador de señales de modo que la amplitud de la tensión sinusoidal de entrada se reduce aproximadamente a la mitad en la salida en bornas del condensador C. Medimos como en el caso anterior el desfase entre la tensión de entrada y la de salida. La tensión de salida en el condensador va retardada respecto a la entrada. La corriente a través del condensador va siempre adelantada 90º con respecto a la tensión entre sus bornas o electrodos.

6. Decir en cada caso que tipo de filtro pasivo se forma:

1. Al poner un condensador en paralelo con la carga resistiva de salida. Pasa Bajos

2. Al poner un condensador en serie y delante de la carga resistiva. Pasa altos.

3. Al poner una bobina en serie delante de la carga resistiva. Pasa bajos.

LINTERNA LED

1. En la linterna LED explicar cómo es posible que con una pila de 1.2V se pueda alimentar un led blanco con una VF de 3.2V. Porque se utiliza un IC driver que es un convertidor DC/DC elevador o BOOST que eleva la tensión por encima de 3.2V y además controla (regula) la corriente de salida al led.

2. Algunas pistas se trazaron utilizando la herramienta de dibujo poligonal y rellenando cobre y asociada a una red. ¿Recuerdas al menos dos de estas redes cuáles eran? ¿Y cuál es el motivo de usar áreas de cobre en vez de pistas estrechas? La más importante es GND. Y otra por ejemplo Vin que es por donde circula la corriente del circuito de entrada al convertidor. Es una recomendación típica la de hacer pistas cortas y anchas (baja impedancia y pequeña área de circuito para reducir la interferencia electromagnética) por los circuitos por donde circulan corrientes más importantes. Esto se aplica al circuito principal de entrada y de salida de los convertidores DC/DC conmutados. (Un circuito es como una espira por donde circula corriente y por tanto se generan flujos magnéticos que pueden afectar a otros circuitos especialmente si cambian muy bruscamente como en las conmutaciones)

3. Cita cuatro pasos o procesos que son necesarios para hacer la linterna. Esquema, LAY-OUT, Proceso químico de revelado y atacado para obtención de la placa a partir del fotolito y 4º soldadura de los componentes.

CONDENSADORES

1. A la salida de un circuito rectificador MONOFASICO de onda completa se colocan dos tipos de condensadores. Indicar cuáles son estos dos tipos de condensadores. Electrolíticos de alta capacidad para filtrado de baja frecuencia y de plástico (polipropileno) para filtrado de altas frecuencias.

2. Las especificaciones de diseño imponen un rizado máximo de un 10% a la salida del rectificador, una tensión eficaz entre fase y fase máxima en la entrada de 500V y una potencia de salida de 1.5KW. A la vista de estas especificaciones ¿Cuáles son los parámetros a calcular para definir correctamente el filtro del rectificador? (“No hay que hacer cálculos sólo indicar lo que se necesitaría calcular o especificar para hacer el filtro”) Hay que especificar la capacidad de los condensadores y su voltaje. En función de estos parámetros se decide cuántos condensadores en serie (para aumentar la tensión a soportar) y en paralelo (para aumentar la capacidad) se montan.

3. Teniendo en cuenta el semiperiodo de 10 ms indicar de una manera descriptiva aproximada en qué fase conduce cada pareja de diodos. Teniendo en cuenta que detrás de los diodos está el condensador de filtro los diodos conducen únicamente cuando la tensión de entrada está próxima a su máximo y deja de conducir cuando esta tensión ha alcanzado el máximo y comienza a decrecer. (OJO NO CONFUNDIR CON LAS TENSIONES DE UN PUENTE RECTIFICADOR. EN ESTE CASO A CAUSA DEL CONDENSADOR DE FILTRO SOLO CONDUCEN DURANTE UNA PEQUEÑA FRACCIÓN DEL SEMIPERIODO!!!!!)

4. Teniendo en cuenta la expresión de la energía almacenada en un banco de condensadores ¿Qué representan para nuestro caso V1 y V2? V1 y V2 representan los valores máximo y mínimo de la tensión de rizado que soporta el condensador.

5. Esta energía en julios almacenada en los condensadores tendrá que ser mayor o igual que: ¿Qué otra energía? ¿Cuánto vale esta otra energía teniendo en cuenta las especificaciones del apartado 2? La necesaria para alimentar a la carga de 1.5KW durante el intervalo de 10 ms sin que la tensión en el condensador baje por debajo del 10% especificado. Teniendo en cuenta la potencia de la carga de

salida de 1.5KW y teniendo en cuenta el intervalo de 10 ms durante el cual los condensadores tienen que alimentar la carga, la energía es el producto de la potencia 1500 W por el tiempo 0.01s en total 15 julios.

6. En cada una de las siguientes aplicaciones qué tipo (o tipos si pondrías más de uno) de condensador se pueden utilizar, indicando si se considera importante el tipo de encapsulado:

a) Un circuito de clock de alta precisión Cerámico COG de alta estabilidad

b) Un circuito snubber de tensión elevada y alta capacidad de corriente. Plástico Polipropileno

c) En un filtro de línea entre fase y neutro. Plástico tipo X1 o X2

d) En un filtro LC a la salida de un circuito conmutado DC/DC para alimentación. Tántalo o electrolítico de polímero sólido.

e) En un filtro de línea entre fase y tierra. Plástico tipo Y1 o Y2

f) Entre los bornes de alimentación de un circuito integrado que consume más de 100mA. ¿Qué nombre reciben estos condensadores y explicar cuál es su función? Condensadores de bypass o desacoplo cerámicos de 100nF. Su función es servir de almacén de cargas eléctricas para atender las demandas bruscas de corriente del IC a

7. Se coloca un condensador electrolítico de polímero sólido de 47µF y ESR=5 miliOhm a la salida de un circuito que inyecta una corriente triangular con valores mínimo y máximo de 0 A y 2 A y de frecuencia 200 Khz ¿Cuánto valdrá el rizado pico a pico de la tensión en el condensador sin tener en cuenta la ESR? Lo mismo si se tiene en cuenta la ESR. Dibujar las formas de onda de corriente y voltaje en el condensador. La expresión IC=C dV/dt. Lo primero que hay que tener en cuenta es que por el condensador no puede circular corriente continua, de lo contrario su tensión se haría infinito. Entonces la interpretación que se debe hacer es que el condensador se coloca en paralelo con la carga. Que por la carga circula una corriente media de 1 A y que por el condensador circula una corriente triangular de rizado de ± 1A. (Ver dibujo a continuación). Según esto hay un intervalo igual a la mitad del periodo en el que la corriente triangular es >0 (positiva) y otro medio periodo en el que la corriente es < 0 (negativa). Para calcular la tensión de pico en el condensador se puede hacer por dos métodos. El primero mediante integración: V=Vo+1/C ∫iC(t) dt donde iC(t) en el intervalo de tiempos en que es iC(t)>0 positiva tiene dos tramos, uno es una recta con pendiente positiva 2/2.5*10-6 y otro tramo con pendiente negativa -2/2.5*10-6 y los límites de integración son el tiempo t0=0 y t1=2.5*10-6 en el 1º tramo y t2=2.5*10-6 y t3=5.0*10-6 en el 2º tramo.

La segunda forma más intuitiva y directa es aplicando el concepto de que la carga almacenada en el condensador es el área encerrada por el triángulo correspondiente al intervalo de la corriente triangular positiva. Este triangulo tiene una base de medio periodo 2.5*10-6 y una altura de 1A. Su área vale por tanto 1.25 microculombios. Esta área es la carga en el condensador C =47uF y ahora basta con aplicar la expresión que relaciona la carga almacenada con el incremento de tensión. Q=C∆V y de aquí ∆V=Q/C = 1.25/47=26.6 milivoltios. (∆V representa la tensión de pico en el rizado de la tensión en el condensador y es 26.6 milivoltios, un valor pequeño por tanto de ahí que se usen condensadores de filtrado en las etapas de salida de las fuentes de alimentación para mantener estable la tensión).

Este cálculo se ha hecho sin tener en cuenta la ESR del condensador. Si se tiene en cuenta basta con superponer la tensión V=i(t )*ESR sobre la tensión anterior. Por tanto la tensión máxima de rizado a causa de la ESR sería: V=1(A)*5*10-3 (Ohm)=1.5 mV valor realmente bajo. El valor de pico de la tensión de rizado en el condensador sería 26.6+1.5=28.1 mV.

8. Si en vez de ese condensador se hubiese puesto un electrolítico de aluminio líquido ¿Qué inconvenientes o desventajas se presentarían trabajando a esa frecuencia? Que tiene mayor ESR y por tanto mayores pérdidas y mayor tensión de rizado. Por ejemplo supongamos que un

electrolítico de 47uF tiene una ESR de 100 mOhm. En ese caso la tensión de pico de rizado debido a la ESR sería de 100mV un valor demasiado alto de rizado para muchas aplicaciones que requieren una tensión más estable.

Imin =0A

Imedia =1A=ILOAD Imax =2A

I

IC ∆IL /2

T/2

∆Q Q=CV ∆Q=C∆V ∆Q= Area Triángulo ∆Q=T∆IL/8 ∆V= T∆IL/8C

V

VC

∆V

BOBINAS

1. Se quiere diseñar una bobina para un circuito convertidor de potencia. A la hora de elegir el núcleo

¿Cuál es el primer criterio a cumplir o con otras palabras cuál es la característica que nunca se debe sobrepasar? La Bsat o intensidad magnética de saturación. La bobina no debe saturarse en ningún caso.

2. A la hora de calcular el valor de la inductancia L de la bobina nos especifican un valor de rizado o pico de la corriente. ¿Qué relación se cumple entre este rizado y L? Para obtener menor rizado en la corriente se necesita mayor inductancia L (Recordar que se opone a los cambios en la corriente).

3. Teniendo en cuenta los requerimientos de potencia del conversor seleccionaremos un núcleo con unas dimensiones y un material magnético con un valor de la densidad de flujo magnético de saturación BSAT adecuados. ¿Qué relación hay entre la potencia del conversor y las dimensiones del núcleo? Teniendo en cuenta la curva de magnetización de un material ¿Qué es más conveniente: un BSAT alto o bajo y una permeabilidad µR baja o alta? Dibujar la curva de magnetización indicando como se identifica la BSAT y la µR. A mayor potencia del conversor se necesitara un núcleo de mayores dimensiones. Conviene más una Bsat alta para que no se sature fácilmente y una µR alta también para que con menor corriente de excitación se tenga mayores intensidades de campo magnéticas. En la curva de magnetización Bsat se identifica cuando la curva deja de crecer y µR se identifica por la pendiente B/I, es decir para µR alta (pendiente elevada) con poca excitación se obtiene B alta.

4. Una vez seleccionado el núcleo hay que arrollar en su ventana las N espiras suficientes para obtener la L deseada. ¿Qué relación se cumple entre N y L? A más vueltas más Inductancia. La relación es L proporcional a N al cuadrado

5. Una vez calculada el número de espiras N ¿Cómo sabremos si van a caber en las dimensiones de la ventana? Dependerá del diámetro del conductor de las espiras. Este a su vez dependerá de la corriente que tenga que circular y de la densidad de corriente J admisible que especifiquemos. Por ejemplo si se especifica una densidad máxima J de 2 A por mm2 y la corriente máxima que circula por la bobina es de 10 A se necesitará como mínimo una sección de 5 mm2. Teniendo en cuenta esta sección del conductor, el número de vueltas total a enrrollar y la sección de la ventana podemos saber si va a entrar en esta ventana.

6. Una vez construida la bobina hacemos el siguiente test: La insertamos en un circuito y le aplicamos una tensión PWM de amplitud ±100V y freq= 200KHz y 50% dutycycle. Si la corriente inicial es 0 ¿Cuánto valdrán las corriente máximas y mínimas suponiendo despreciable la R de la bobina? Dibujar las formas de onda de corriente y voltaje en la bobina. La corriente máxima integrando I a partir de V=L dI/dt es Imax=V∆t/L=100*2.5 10-6 / L =2.5*10-4/L. Por ejemplo para L igual a 100 uH la corriente máxima sería 2.5 A.

7. Al medir con el osciloscopio la corriente a través de la bobina observamos que esta evoluciona en forma lineal lo cual nos indica que no se ha producido la saturación del núcleo. ¿Podemos afirmar que la L de la bobina se mantiene constante? Si la evolución de la corriente fuese cuadrática o cúbica ¿Qué le estaría sucediendo al núcleo y al valor de la inductancia L? Sí se mantiene constante. Se estaría saturando y la inductancia L sería muy pequeña.

DIODOS

1. En la entrada de un circuito hay riesgo de sobretensiones muy elevadas. Para protegerlo ¿Cuál de estos cuatro tipos de diodo seleccionarías: un zener, un schottky, un TVS, un ultrarápido? Un TVS

2. En un convertidor reductor ¿Cuál es la ventaja de un diodo schottky respecto a un diodo ultrarrápido? Dos son las principales ventajas: La Vf del schottky es menor (depende de la corriente pero aproximadamente es 0.5V) y por tanto las pérdidas de conducción son menores. La segunda ventaja es que no tiene el fenómeno de recuperación inversa. (No hay corriente negativa de cátodo a ánodo en la conmutación ONOFF)

3. En un circuito rectificador de puente de diodos con condensador como filtro de salida se han medido corrientes máximas de 10A. En la hoja de características de los diodos se especifica una Intensidad nominal continua de 2A. Explicar si es posible que los diodos no se destruyan. Sí es

posible porque hay otros dos parámetros como la intensidad de pico repetitivo y la Intensidad máxima que son mucho mayores que la Intensidad continua.

4. En un circuito inversor trifásico de alta tensión (>300V) alimentando cargas inductivo-resistivas.

1. ¿Cuál es la función de un inversor trifásico? Convertir una señal de tensión continua en una señal alterna trifásica. Es lo que se usa en los motores de alterna y en las conversiones de los generadores fotovoltaicos, eólicos…

2. ¿Por qué es necesario colocar diodos en paralelo a los IGBTs? Cuando se alimentan cargas inductivas (motores y bobinas en general) las corrientes no se deben interrumpir bruscamente de modo que cuando se conmuta a OFF un transistor MOSFET o IGBT la corriente debe tener un camino para seguir circulando en el mismo sentido. Este camino lo proporcionan los diodos de recirculación o diodos volantes (“flying-wheel diodes”) que se colocan en paralelo con los transistores de potencia.

3. ¿Qué tipo de diodos se emplean? Los ultrarrápidos para minimizar el efecto de la recuperación inversa. (Debido a este efecto, después de que uno de estos diodos conduce la corriente de recirculación, ha de pasar al estado OFF en el momento que un nuevo transistor de potencia entra en conducción. El efecto de recuperación inversa hace que se produzca fuertes picos de corriente que circulan en el sentido cátodo ánodo de estos diodos. Los ultrarrápidos reducen este tiempo por lo que también se reduce la carga (Q=I*t) en sentido inverso.

4. ¿Por qué no se pueden utilizar schottkys? Los Schottkys tienen una limitación importante que es la tensión de pico inversa que alcanza como máximo los 150 Voltios y que es insuficiente cuando convertimos tensiones continuas de 300 o 500 V a tensiones alternas.

TRANSISTORES EN CONMUTACION

Una carga resistiva de 100 Ohm se alimenta a una tensión de 48V DC. Se quiere diseñar un interruptor electrónico que pueda ser activado / desactivado con señales pulsantes de 5V. En cada uno de los siguientes casos contestar:

1. Si la carga está conectada a la tensión positiva.

1. ¿Qué tipo de transistor bipolar se utilizaría para conmutar la carga? NPN

2. Y ¿Qué tipo de MOSFET? Canal N

2. Si la carga está conectada a masa (0V):

1. ¿Qué es más fácil: conmutar la carga conectada a masa o la conectada a tensión? ¿Por qué? La carga conectada a tensión porque es más fácil conmutar un transistor cuyo emisor o surtidor esté conectado a masa ya que al controlador le basta con generar una señal de 5 voltios a través de una resistencia y hacer circular corriente base-emisor.

2. ¿Qué tipo de transistor bipolar se utilizaría para conmutar la carga? PNP

3. ¿Qué es y qué función tiene el componente llamado “Gate Drive”? Es un IC especializado en activar y desactivar las puertas de los MOSFETs y los IGBTs.

2.1 En D hay 0.7 Voltios que es la Vbe de TR2. La corriente por D Id vale (5-0.7)/10K=0.43 mA

2.2 En F hay 0,2V (Vcesat) porque TR2 está en saturación. La demostración es la siguiente: Si por D circulan 0.43mA por F circulan 0.43*120=51.6mA, que multiplicado por R3=1K da una caída de tensión 51.6V que es mayor que la tensión de alimentación 48V luego se concluye que TR2 está en saturación y su tensión Vce es la de saturación.

2.3 En B habrá 48-0.7=47.3V y la corriente es la calculada anteriormente 51.6mA.

2.4 En C habrá 48-0.2= 47.8V ya que TR1 está en saturación. La demostración es la misma que para TR2. Si por el circuito de base de TR1 circulan 51.6 mA y la β de TR1 es 100 la corriente por C y la carga es de 5.16 A que multiplicados por R=100 Ohmios de la carga da una tensión de 516 Voltios > 48 V.

3. Al no circular corriente por la base de TR2 éste está en corte y por tanto en F hay una tensión igual a 48V. No circula corriente por F y TR1 está también en corte luego la

5V 0V

TR1

TR2 R1

R3

R2

R4 Power Supply

Load

Control Input

48V 47.8v

47.3v

0.2v 0.7v

1. ¿Para qué sirve este circuito? Conmutar 2. Cuando Control Input es 5 V:

1. ¿Qué voltaje hay en D y qué corriente circula por D si R1 vale 10K? 2. ¿Qué voltaje hay en F si la β de TR2 es 120 y R3 vale 1K? ¿En qué

estado se encontraría TR2? 3. ¿Qué voltaje hay en B y qué corriente circula por B? 4. Si la β de TR1 es 100 y la carga es de 100 Ohm ¿Qué voltaje habrá

en C? y ¿En qué estado se encuentra TR1? 3. Responder las cuatro mismas preguntas para el caso en que Control

Input es 0V. 4. Si la carga fuese de 10 Ohm ¿Sería buena solución que TR1 fuese un

transistor Darlington? Explicar. ¿Cuál es la función de R2 y R4?

B

C

D F

corriente por la carga es 0 y la tensión en C es 0 voltios. Los transistores en corte se pueden modelar como un circuito abierto o una resistencia de valor infinito.

4. El transistor TR1 del ejemplo anterior trabaja a una temperatura ambiente de 30ºC tiene una RΘ(J-C) de 0.5ºC/W y una R Θ (C-A) de 40ºC/W. Si la V CE_SAT es de 0.3 V y la carga es de 100 Ohm ¿Qué temperatura máxima alcanzará? ¿Para qué valor de la carga sería necesario montar un disipador si la temperatura máxima de la unión es de 120ºC?

La corriente de salida es aproximadamente 48/100=0.48A y la Vcesat es 0.3V por lo que la potencia de pérdidas P son 144mW. El gradiente o incremento de temperatura es ΔT=P*R Θ (J-A) = 0.144*40.5=5.832 ºC. Como parte de una temperatura ambiente de 30ºC la temperatura máxima sería 35.8ºC. Es decir apenas se calienta.

Para que se alcancen 120ºC el gradiente ha de ser 90ºC y la potencia de perdidas P=90/40.5=2.22W que para una Vcesat de 0.3 V requiere una corriente igual a I=2.22/0.3=7.4A y para esta corriente el valor de la carga sería Load=48/7.4=6.5 Ohm

CADENA ANALÓGICA DE LA SEÑAL

Se quiere medir una señal que tiene un rango de tensiones desde 0 a 10mV y un rango de frecuencias desde 0 hasta 50KHz. Se quiere digitalizar esta señal en un convertidos ADC de 14 bits alimentado a 5V.

1. Qué integrado se necesita para hacer posible esta operación. Los operacionales

2. ¿Cuánta ganancia se requiere? G=5/10-2 = 500

3. En la hoja de datos del integrado hay un parámetro llamado VOS=250µV ¿Qué significa? Es la tensión de offset (muy alta, se trata de un operacional standard de baja precisión)

4. ¿Cuánto valdrá el error máximo en la salida en términos absolutos en unidades de milivoltios cuando se aplica la ganancia calculada en el apartado anterior Nº 2? ¿Y en ppm relativo a la tensión máxima de 5V? ¿Y en tanto por ciento? El error en términos absolutos es de 250uV*500=125mV. En términos relativos en ppm (250uV/10mV) * 106= (125mV/5V) * 106 =25000 ppm y en tanto por cien

5. Teniendo en cuenta este error en ppm y el error del ADC en ppm (106 /214=61ppm) ¿Se adapta adecuadamente a la resolución del ADC? No se adapta porque el error introducido por el offset es muy superior al del convertidor ADC. Para ese error de offset se adaptaría mejor un ADC MENOR de 8 bits (106 /28=4000ppm). EVIDENTEMENTE ESTE OPERACIONAL NO ES EL ADECUADO PARA AMPLIFICAR UNA SEÑAL DE ENTRADA TAN PEQUEÑA. Es un operacional de baja precisión.

6. En la hoja de datos del integrado hay un parámetro llamado GBW que vale 20MHz y otro parámetro llamado frecuencia de corte o ancho de banda que vale 10KHz. Según estos parámetros ¿Cuál es la ganancia en lazo abierto AO? ¿Cuánto valdría la ganancia de una señal de frecuencia igual a 50KHz? ¿Con qué nombre se le conoce al Diagrama que representa la respuesta en frecuencia de un sistema. La expresión GBW es igual al producto de la ganancia a baja frecuencia Ao por el ancho de banda. Por tanto la ganancia en lazo Abierto Ao=2000. Para una señal de 50KHz la ganancia disminuye a razón de 10 veces (-20dB) por cada década de frecuencia a partir de la frecuencia de corte 10KHz. El producto GBW se mantiene constante de modo que si para 10KHz la ganancia vale 2000 para 50 KHz valdrá 400. El diagrama donde se representa la respuesta en frecuencia de un sistema es el diagrama de Bode.

7. Teniendo en cuenta la ganancia de la señal de 50KHz ¿A qué conclusión se llega respecto al valor de la ganancia calculado en el apartado 2? ¿Qué posible solución se puede adoptar en el caso de que no se alcanzase la ganancia necesaria? La conclusión es que este operacional NO es capaz de dar la ganancia de 500 necesaria para amplificar señales de frecuencia hasta 50 KHz. La posible solución sería utilizar dos amplificadores conectados en cascada con una ganancia cada uno de 22 cada uno.

GESTIÓN DE POTENCIA

Sobre el esquema doble (a) y (b) a continuación, responder a las siguientes preguntas: 1. ¿Qué representa el esquema (a)? Es una fuente de alimentación lineal con transformador de

red, puente rectificador, filtro y regulador de tensión lineal 2. ¿Qué representa el esquema (b)? Es una fuente de alimentación conmutada del tipo Flyback

con un pequeño transformador, una etapa de PFC corrección de factor de potencia, un diodo rectificador y un sistema de regulación con realimentación.

3. Suponiendo que el trafo en (a) tiene una relación de vueltas 1:10 ¿A qué tensión inversa de pico trabaja el puente de diodos en (a)? ¿y en (b)? La relación más bien es 10:1 de modo que en el secundario hay 22 V rms o 31 V pico que sería la tensión inversa de pico de los diodos rectificadores. En (b) soportarían 220 rms o 310V pico.

4. ¿Cómo es la forma de onda de la corriente por los diodos en (a) y en (b)? En (a) los diodos conducen de forma impulsiva porque su intervalo de conducción es muy pequeño. En (b) sin embargo conducen de modo más continuo ya que no hay filtro por condensador a la salida del rectificador. Durante un semiciclo conduce una pareja y durante el otro semiperiodo la otra pareja.

5. En (a) ¿Qué componente o componentes pondrías dentro del bloque filtro? Uno o más condensadores

6. En (b) ¿Hay filtro a continuación del rectificador? ¿Por qué? No porque lleva un corrector de factor de potencia

7. ¿Cuál es la diferencia principal entre los dos transformadores y por qué? El flyback es pequeño porque trabaja a altas frecuencias. El de red es más grande, su núcleo está formado por paquetes de chapas de acero al carbono separadas por láminas aislantes para disminuir las pérdidas.

8. En (b) ¿Cuál es la función del integrado NCP1651? Es un IC controlador del PFC. Su función es generar los pulsos de conmutación del MOSFET canal N para que la corriente de entrada y la tensión de entrada estén en fase.

9. En (b) ¿Qué es el EMI Filter y qué tipo de componentes lleva? El filtro EMI o filtro de red es un conjunto de componentes que evita, por una parte la entrada al dispositivo de ruido de alta frecuencia y por otra parte evita la emisión de ruido de alta frecuencia a la red. Sus componentes son bobinas y condensadores de tipo X1 y X2.

En el siguiente esquema doble (a->izq.) y (b->dcha.) responder a las siguientes preguntas:

(a)

(b)

TL431

1. A cada una de las etiquetas en (a) indicar qué etiquetas o componentes le correspondería en (b)

Referencia de tensión Vref; Amplificador de error Amplificador operacional; Señal de entrada no regulada Vi; Elemento de control Transistores Q1 y Q2 (Darlington); Señal de salida regulada Vo; Circuito de muestreo R1 y R2.

2. ¿A qué tipo de circuito integrado IC corresponde el esquema? ¿Cómo se llama a la configuración de los dos transistores Q1 y Q2? Es el circuito correspondiente a un regulador lineal de tensión implementado con componentes discretos.

3. Describe que reacción se desencadena si de repente la resistencia RL pasa de valer 100 Ω a valer 50Ω. Al bajar la resistencia (“incremento de la carga”) a la mitad, el voltaje Vo desciende a la mitad lo mismo que la tensión de muestreo en el divisor R1 y R2, es decir V- en la entrada inversora del operacional (amplificador de error). Produciéndose un diferencia de tensión entre las dos entradas del operacional Vref (V+) y V-. Como el operacional trabaja de modo que fuerza su salida para que ambas entradas tengan la misma tensión su reacción es aumentar la corriente de salida del operacional y en consecuencia la corriente en la salida de los transistores Q1 y Q2 en configuración Darlington. Al aumentar esta corriente de salida la tensión Vo crece manteniéndose estable.

4. ¿Cuál es la expresión matemática que relaciona a Vo y a Vref? Según la ley del divisor de tensión V-=V+=Vref = Vo [(R1/(R1+R2)] Vo= Vref ( 1+R2/R1)

5. ¿Cuál es más eficiente: un regulador lineal o un conmutado y por qué? El regulador conmutado es más eficiente ya que un regulador lineal tiene mayores pérdidas internas (Vi-Vo)*ILOAD

Elemento de control

Circuito de muestreo

Señal de salida regulada

Señal de entrada no regulada

Amplificador de error

Referencia de tensión