Fuente de Alimentación Conmutada

7/25/2019 Fuente de Alimentacin Conmutada

1/21

[FUENTE DE ALIMENTACION CONMUTADA]

FUENTE DE ALIMENTACIN CONMUTADA

I. INTRODUCCIN

Una fuente de alimentacin es un dispositivo que convierte la corriente elctrica

alterna a corriente elctrica continua.

Tambin llamadas recticadores, transformadores, convertidores,

alimentadores, etc. o siempre correctamente pero igual utili!ados.

Fuente lineal

"as primeras fuentes de alimentacin eran lineales. Un transformador que

reduc#a la tensin de entrada de $$0%1$0 &'( a otra tensin seguida de de un

puente de diodos ) alg*n ltro para estabili!ar la salida.

Figura N1: circuito !"ico #e una $uente lineal."a fuente lineal ofrece al dise+ador tres ventaas principales-

implicidad de dise+o.

/peracin suave ) capacidad de manear cargas. ao ruido de salida )

una respuesta dinmica mu) rpida.

Para potencias menores a 10, el costo de los componentes es muc2o

menor que el de las fuentes conmutadas.

3l inconveniente de las fuentes lineales es su gran tama+o, que disipan gran

parte de la energ#a en calor.

(onsecuentemente su eciencia se reduce ) la vida de los componentes

electrnicos que puedan estar cercanas se ve se ve mermada.

II. O%&ETI'O

(onocer el funcionamiento de una fuente alimentacin conmutada.

(onocer las ventaas ) desventaas de la fuente conmutada.

4denticar su diferencia con otros tipos de fuente de alimentacin.

4denticar las aplicaciones de una fuente conmutada tanto dentro como

fuera de la industria.

5ise+ar una fuente conmutada.

III (LANTIAMIENTO DEL (RO%LEMA


2/21


"as necesidades en la carrera aeroespacial de reducir peso ) consumo de toda

la electrnica llevo al primer desarrollo de fuentes de alimentacin conmutadas.

's# en los a+os cuarenta se dieron los primeros pasos en sistema conmutados

por parte de la ''.

"as desventaas del regulador lineal es su l#mite de aplicacin. lo pueden serreductores de tensin, lo que signica que se necesitar una ca#da de tensin

aceptable para poder controlar la polari!acin de la etapa de potencia lineal ) la

regulacin en la l#nea. 3n aplicaciones de l#nea de 607!, debern utili!arse

transformadores de l#nea adicionales de gran volumen, condicionando su

versatilidad ) practicidad.

egundo, cada regulador lineal puede tener slo una salida. Por esto, para cada

salida regulada adicional necesaria, deber incrementarse el circuito de

potencia.

Tercero, ) qui!s el ms importante es su eciencia. 3n aplicaciones normales,los reguladores lineales tienen una eciencia del 80 al 90:. 3sto signica quepor cada att los costos se irn incrementando. 3sta prdida llamada

)*ea#roo+ lo""), ocurre en el transistor de paso ), desafortunadamente esnecesaria para polari!ar la etapa de potencia ) para cumplir con

las especicaciones de regulacin de l#nea, cuando la ma)or#a del tiempo el

regulador no funcionar en esas condiciones.

(on las fuentes de conmutacin se viene a meorar el factor de eciencia 2asta

en un ;6: tericamente. Por lo cual su implementacin en equipos de

computacin ) video.

III.METODOLO,IA DE TRA%A&O

Fuente #e ali+entaci-n con+uta#a

Una fuente conmutada es un dispositivo electrnico que transforma energ#a

elctricamediante transistoresen conmutacin. 100 ?7! t#picamente@ entre corte =abiertos@ ) saturacin

=(errados@.
http://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistoreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Conmutaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistoreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Conmutaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nico


3/21


Figura N: Diagra+a #e lo/ue" 0ara el #i"eo 0ara una $uente #e0o#er Con+uta#a con (2M

"as fuentes conmutadas tiene por esquema- recticador, conmutador,

transformador, otro recticador ) salida.

"a regulacin se obtiene con el conmutador, normalmente uncircuito P< =Pulse idt2


4/21


transformacin pudiendo funcionar como reductor, elevador, o inversor detensin con m*ltiples salidas.

o es necesario el uso del transformador de l#nea, )a que el elementomagntico de transferencia de energ#a lo puede reempla!ar, funcionando noen 60%90 7!, sino en alta frecuencia de conmutacin, reduciendo el tama+odel transformador ) en consecuencia, de la fuenteF reduciendo el peso, ) el

costo.

Cla"i3caci-n"as fuentes conmutadas pueden ser clasicadas en cuatro tipos-

'limentacin (', salida ((- recticador, conmutador, transformador,recticador de salida, ltro

=3emplo- fuente de alimentacin de ordenador de mesa@

'limentacin (', salida ('- &ariador de frecuencia, conversor de Grecuencia.=3emplo- variador de motor@

'limentacin ((, salida ('- 4nversor=3emplo- generar $$0v%60ciclos a partir de una bater#a de 1$v@

'limentacin ((, salida ((- conversor de voltae o de corriente.=3emplo- cargador de bater#as de celulares para auto@

DI4E5O

E"tu#io 6 #i+en"iona+iento #e lo" ele+ento".Una ve! elegida la topolog#a Pus2>Pull como la ms apropiada procederemos a

anali!ar cada uno de los bloques constituidos en el sistema, como se muestra

Gigura $, a continuacin se listan los cuatro bloques ms importantes-

1. Aecticador de entrada.

$. (ircuito inversor Pus2>Pull

8. Aecticadores de salida

H. (ontrolador T"H;H

1. Recti3ca#or #e entra#a.(omo sabemos una parte esencial de las fuentes conmutadas es el bus 5( que

se obtiene al tomar la tensin de la red ='(@ que en Per* es de $$0 &rms a 90

7! ) convertirla en corriente continua =5(@ a travs de un circuito de potencia

llamado recticador, para esto se 2a elegido una recticacin no controlada,

adems en esta recticacin se utili!an cuatro diodos en una conguracin

llamada en puente completo como se ve en la Gigura $.8 de esta manera

siempre trabaan $ diodos simultneamente dependiendo de la polari!acin,

esta conguracin es ms costosa en comparacin con una recticacin de

media onda con un solo diodo, debido a su n*mero de componentes, pero

eIisten encapsulados que )a traen los cuatro diodos en un solo paquete.
http://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inversorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inversor


5/21


Figura N7: Con3guraci-n en 0uente co+0leto

3n esta conguracin se obtiene una componente continua alrededor del 98:

del valor de pico, ) un rendimiento aproIimado del E1:.Por claras ra!ones el

rendimiento de esa conguracin es el doble que el recticador de media

onda, es por esta ra!n que se 2a planteado utili!ar este tipo de recticador,

que adems contar con un ltrado con capacitor.

Para dic2o proceso se uso un puente recticador ?"006 )a que se puede usar

un solo encapsulado permitindonos ocupar menos espacio en la placa =P(@.

' continuacin se presenta la Gigura $.H que es el esquema de dic2a

conguracin a utili!ar en la fuente.

Figura N8

'2ora debemos determinar los valores del voltae pico inverso de bloqueo del

puente recticador, para esto sabemos que es el doble de la tensin recticada

3l puente recticador que vamos a utili!ar deber soportar un &oltae en

polari!acin inversa sin entrar en avalanc2a

V

( D )

que es el doble del

voltae pico = 2VI establecido por la siguiente ecuacin-

VD=22VI=22220=622 .254V


6/21


Filtra#o'dems para la parte de ltrado se uso un condensador electrol#tico )a que

poseen altas capacidades para as# poder reducir al mIimo el ri!ado de salida.

3l condensador utili!ado es de HJ0uG

Figura N9: Ca0acitor (ana"onic 8;u$.

'dems de la capacitancia debemos tener en cuenta el voltae al cual el

condensador debe trabaar, sta ser igual al voltae de recticacin.

VC=2VI=2220=311.127V

5onde-VC - es voltae en la carga en este caso ser el voltae mIimo que tendr

que soportar el condensador.

VI: 3s el voltae de la l#nea =$$0v@.

Figura N


7/21


Figura N: ,ra3ca #e o"cilo"co0io #e la recti3caci-n #e entra#a.

Figura N=: 'alore" +e#i#o" #el >olta?e 6 corriente en larecti3caci-n #e entra#a.

. In>er"or."a conguracin Pus2>Pull es la cual vamos a utili!ar como inversor partiendo

del bus 5( para obtener un voltae alterno a la salida del secundario del

transformador.


8/21


Figura N@: E"/ue+a #elcircuito in>er"or.

(omo se puede observar eIisten cuatro partes importantes dentro de esteproceso.

5river

4KT

Aed nubber

Transformador

Dri>er

Proporcionar aislamiento entre los circuitos de control ) los altos niveles de

tensin ) corriente maneados por los dispositivos electrnicos de control

de potencia.

Kenerar las formas de onda de voltae ) corriente necesarias para que los

dispositivos de potencia operen 2asta en las condiciones mIimas de

voltae ) corriente denidas por el fabricante.

Proporcionar proteccin local contra fallas.


9/21

Para el circuito de disparo o driver,

se 2a utili!ando el circuito

integrado 4L5490HP4 como se

muestra en la gura $.11. Ma que este driver pueden alimentar dos er IDIerIDI 10Q '

(orriente de salida 4/UT > R '

Tala 1: caracter"tica" #ri>er IDI


10/21

"a eficiencia =V@ estimada en un convertidor Pus2>Pull es de J6: ) un ciclo de

trabao mIimo =5maI@ es de 0.; (on este valor, se puede estimar la mIima

potencia de entrada.


11/21

5onde es la potencia estimada de salida 60S, la V es la eciencia )a

especicada.

P=

50W

0.75=66.66

w

Para el clculo de los valores del 4KT para un convertidor Pus2>Pull

5onde &in 10 '

Potencia de

disipacin total a

P5 > 190 S

Tala : Caracter"tica" #e I,%T ,T,9N1;%ND


12/21

Re# 4nuer3n la conmutacin, cuando el 4KT se apaga eIiste un alto voltae en el

colector debido a la inductancia de dispersin del transformador, que puede

provocar un mal funcionamiento del interruptor. Por tanto, se necesita de un

camino alternativo para descargar esa energ#a, cu)a funcin cumple la red

nubber A( .

Figura N17: Re# "nuer RC 0ara I,%T

3l obetivo es encontrar una red A( capas de atenuar el pico de tensin en el

instante que este se da, debido a que el periodo donde aparece este pico que

es para nuestro caso en particular un aproIimado de 0.6: de un ciclo de

trabao total de 88.888Qs, que en nuestro caso es 0.19996 Qs, por esta ra!n el

valor del capacitor ) resistencia deben de ser de valores mu) baos para

alcan!ar este tiempo, pero mientras ms bao el valor de la resistencia eIiste

ms disipacin de potencia, entonces debemos elegir un capacitor estndar

para snubber que adems de ser del rango de los nano faradios debe soportar

un voltae de al menos 1?v como es com*n en capacitores dise+ados para

este propsito, para la resistencia calculamos dependiendo de la constante de

tiempo que requerimos

5onde A( el producto de la resistencia ) la capacitancia ) ? es una constante

que viene eIpresada en segundos=s@

? X0.19996Qs (X1.1nf

3ntonces-

R=K

C=

0.16665

1.1nf =150ohms


13/21

&4

'1; ' 8;; ';.1alor #e la

0otencia #i"i0a#a 0or la re"i"tencia.


14/21

eg*n los valores simulados se establecen una potencia estimada de8.HJ0 Por ende los valore de la red snubber queda de la siguientemanera-

CX 1.1nf Z 1?v RX 160[ > 6S

Tran"$or+a#or3l transformador utili!ado es un Pus2>Pull J60E11880 de SeZ


15/21

Figura N18: Rectificador de salida con filtrado LC


16/21

Dio#o 4c*ottG6.5ebido a que en la recticacin de salida se necesita menos ca#da de tensin )

prdidas de potencia producidas por el n*mero de diodos se opt por una

recticacin de media onda. 'dems dic2os diodos deben ser capaces de

recticar a altas frecuencias ) tener baa ca#da de tensin nodo ctodo, porello se planteo la utili!acin de unos diodos sc2ott)


17/21

que la inductancia si cumple con lo establecido ) as# el inductor adquirido es

un T(7$0>$9 de n*cleo de ferrita como se ve en la Gigura $.$$ apto para

aplicaciones de fuentes sSitc2eadas.

Figura N1 In#uctor toroi#al TC; AC=

I

fVr=

0.5A

30000Hz0.075V 220uf

Figura N: Circuito "i+ulaci-n "ali#a" H19>


18/21

Pgina 1J

Figura N7: O"cilo"co0io >olta?e #e "ali#a H19>

eg*n los clculos ) las simulaciones debemos adquirir los capacitores

correspondientes tomando en cuenta cada una de las caracter#sticas

necesarias, entonces elegimos los capacitores cermicos de T75 series de4PP/ (73 (/ Gigura $.80 \2oa de datos del fabricante] que estn

fabricados espec#camente para fuentes sSitc2eadas-

Figura N8: Ca0acitor cer!+ico TD

8. De"cri0ci-n #el Controla#or Utilia#o

3l integrado usado para el control es el T"H;H que es un controlador por

anc2o de pulso P< de frecuencia a mu) utili!ado en el dise+o de fuentes

conmutadas, posee dos salidas complementadas entre s# lo que resulta


19/21

Pgina 1J

ptimo para reali!ar la conguracin Pus2>Pull.

3n la Gigura $.81 se puede apreciar la distribucin de pines con los que cuenta

este controlador.

Figura N9: Di"triuci-n #e 0ine" #el controla#or TL8@8

Caracter"tica" #el [email protected] controlador utili!ado para la construccin de la fuente consta con 19 pines,

conocer la funcin que cumplen cada uno de ellos dentro de la operacin de

este es de suma importancia puesto que por medio de ellos se pueden alterar

el comportamiento del controlador ) tambin es *til para aprovec2arlo al

mIimo en la aplicacin a ser utili!ado.

Figura N($: Diagra/a de !lo,ues del Controlador %L#9#


20/21

Pgina 1J

3n el diagrama de bloques de la Gigura $6 se puede observar los diversos

componentes con los que cuenta el T"H;H.

3ste integrado posee dos amplicadores de error cu)os ingresos seencuentran ubicados en los pines 1, $, 19 ) 16F puesto que solo

tendremos una se+al de retroalimentacin se utili!a un amplicador deerror ) el otro se lo in2abilita, esto se consigue conectandodirectamente estos ingresos a tierra. 3l amplicador de error tiene lafuncin de reali!ar la comparacin entre una se+al de referencia=partidor de tensin formado con dos resistencias ) la alimentacin dereferencia@ ) la se+al deseada =toma directa de tensin de una de lassalidas del secundario@F ) generar una se+al de error en caso de eIistirdiferencia entre las dos se+ales.

3l pin denominado /utput (ontrol =pin 18@ tiene la nalidad deestablecer las condiciones de funcionamiento para los dos transistoresde salida ^1 ^$, si este pin es conectado a K5 los transistores se

comportan como una salida paralela lo que quiere decir que los dos seactivan en los mismos lapsos de tiempoF si se conecta el pin al voltaede referencia, la cual es la condicin usada, los transistores funcionanen una conguracin normal Pus2>Pull es decir solo uno a la ve!, esto asu ve! in_u)e en la frecuencia a la que trabaan los transistores ^1 )^$, )a que si est en conguracin Pus2>Pull la frecuencia dada por elproducto de (t ) At se divide para dos .

"os transistores de salida que se pueden observar en el diagrama debloques son los encargados de generar las se+ales P< que controlana los elementos de potencia, estos son de tipo open colector ra!n porla que necesitan la a)uda de una resistencia en el colector que en

nuestro caso se coloc resistencias de $.$[ a 0.6S )a que la corrientenecesaria para activar al driver debe ser un m#nimo de 10Q'.CONCLU4IONE4:

(omprendemos el funcionamiento de la fuente con alimentacin

conmutada sus principales ventaas para la aplicacin en la industria

gracias a su gran eciencia 2ace que esta fuente tenga aplicaciones

m*ltiples ) necesaria en el desarrollo de la industria para de esa

manera tener una opcin ms para meorar la productividad de una

industria relacionado o anes.3ste trabao proporciono las caracter#sticas de las fuentes

conmutadas, su funcionamiento, dise+o, construccin, aplicaciones.Tambin nos se+al las principales diferencias entre una fuente

conmutada ) una fuente com*n. 4ndico la utilidad ) ecacia de una

fuente conmutada.

%I%LIO,RAFJA:

>2ttp-%%destec.com%blog%fuentes>de>alimentacion>conmutadas>01%


21/21

> 2ttp-%%procesadordisipador.blogspot.pe%$01$%11%memoria>ram>)>fuente>de>alimentacion.2tml> 2ttp-%%a)udaelectronica.com%fuente>lineal>vs>fuente>conmutada%> 2ttp-%%cosasdeaudio.com%fuentes>de>alimentacion>reguladas>)>no>reguladas%> 2ttp-%%SSS.!onamaer.com%electronica%intro>electronica%instrumentacion%fuente>de>alimentacion
http://procesadordisipador.blogspot.pe/2012/11/memoria-ram-y-fuente-de-alimentacion.htmlhttp://procesadordisipador.blogspot.pe/2012/11/memoria-ram-y-fuente-de-alimentacion.htmlhttp://ayudaelectronica.com/fuente-lineal-vs-fuente-conmutada/http://cosasdeaudio.com/fuentes-de-alimentacion-reguladas-y-no-reguladas/http://www.zonamaker.com/electronica/intro-electronica/instrumentacion/fuente-de-alimentacionhttp://www.zonamaker.com/electronica/intro-electronica/instrumentacion/fuente-de-alimentacionhttp://procesadordisipador.blogspot.pe/2012/11/memoria-ram-y-fuente-de-alimentacion.htmlhttp://procesadordisipador.blogspot.pe/2012/11/memoria-ram-y-fuente-de-alimentacion.htmlhttp://ayudaelectronica.com/fuente-lineal-vs-fuente-conmutada/http://cosasdeaudio.com/fuentes-de-alimentacion-reguladas-y-no-reguladas/http://www.zonamaker.com/electronica/intro-electronica/instrumentacion/fuente-de-alimentacionhttp://www.zonamaker.com/electronica/intro-electronica/instrumentacion/fuente-de-alimentacion

Fuente de Alimentación Conmutada

Documents

Transcript of Fuente de Alimentación Conmutada