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Ejercicio Feedback Nº1. Unidad 3

Realizar el diseño de bloques de una fuente conmutada tipo convertidor directo. Explicando el funcionamiento general y las características del filtro de entrada, puente rectificador y condensador volumétrico.

FUENTE CONMUTADA

Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma la energía eléctrica mediante transistores en conmutación de dispositivos de estado sólido (transistostores,etc). 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.

EXPLICACION DE LAS FUENTES CONMUTADAS

Las fuentes conmutadas son circuitos relativamente complejos, pero podemos diferenciar distintos bloques constructivos básicos:

Tenemos un primer bloque en el que rectificamos y filtramos la tensión alterna de entrada convirtiéndola en una continua pulsante. El siguiente bloque se encarga de convertir esa continua en una onda cuadrada de alta frecuencia (10 a 200khz), la cual es aplicada una bobina o al primario de un transformador. Este bloque rectifica y filtra la salida de alta frecuencia del bloque anterior, entregando así una continua pura.

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El cuarto bloque se encarga de comandar la oscilación del bloque anterior. Este bloque consiste de un oscilador de frecuencia fija, una tensión de referencia, un comparador de tensión y un modulador de ancho de pulso (PWM). El modulador recibe el pulso del oscilador y modifica su ciclo de trabajo según la señal del comparador, el cual coteja la tensión continua de salida del tercer bloque con la tensión de referencia.

El segundo bloque es realmente el alma de la fuente y tendrá configuraciones:

BUCK, BOOST, BUCK-BOOST

FUENTE CONMUTADA TIPO CONVERTIDOR DIRECTO

Como hemos visto anteriormente, el bloque dos puede tener tres configuraciones, nos centraremos en convertidor Buck (o reductor) o también conocido como convertidor directo.

El convertidor directo es un convertidor de potencia cc-cc sin aislación galvánica, que obtiene a su salida un voltaje continuo menor que a su entrada. El diseño es similar a un convertidor elevador o Boost, también es una fuente conmutada con dos dispositivos semiconductores (transistor S y diodo D), un inductor L y opcionalmente un condensador C a la salida.

La forma más simple de reducir una tensión continua (DC) es usar un circuito divisor de tensión, pero los divisores gastan mucha energía en forma de calor. Por otra parte, un convertidor BUCK puede tener una alta eficiencia (superior al 95% con circuitos integrados) y autorregulación.

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En las imágenes anteriores podemos ver el esquema básico de un convertidor Buck (izquierda) y la evolución de las tensiones y corrientes con el tiempo en un convertidor Buck ideal en modo continuo (derecha).

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Representación por bloques de una fuente conmutada.

FILTRO DE ENTRADA

CONDENSADOR VOLUMETRICO

El condensador de enlace de CC-CC, más conocido como condensador (o capacitor) volumétrico, reduce la ondulación de voltaje en la entrada de CC-CC. Además proporciona un tiempo de retención durante el cual la alimentación regulada sigue proporcionando la salida del

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voltaje regulado en ausencia del volaje de CA de entrada causada por un apagón momentáneo de energía, es decir, alamcena carga eléctrica y la entrega cuando es necesario.

El capacitador volumétrico se calcula como función de tiempo de detección deseado:

Vd,mín :

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Algunos convertidores de CC-CC (sin aislamiento) con excitación unidireccional del núcleo se pueden modificar para proporcionar el aislamiento eléctrico por medio de la excitación unidireccional del núcleo. Dos de estas modificaciones son las siguientes:

• Convertidor flyback o indirecto(derivado del convertidor elevador/reductor).

• Convertidor directo (derivado del convertidor reductor).

El voltaje de salida de estos convertidores se regula por medio del método de conmutación PWM

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