Diseño De Una Fuente Conmutada De Voltaje

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECATRÓNICA

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA FUENTE
CONMUTADA DE VOLTAJE

Introducción.
La necesidad del ingeniero mecatrónico de alimentar circuitos a diferentes voltajes del ofrecido por la red, lo obliga a tener conocimiento en diseño de fuentes de alimentación.
Si se tiene un circuito para encender una bombilla como elque se muestra en la fig.0. al activar el pulsador (A), circulará una corriente por la bombilla haciendo que su filamento muestre su máximo destello, si por el contrario, el pulsador (A) se desactiva, la corriente que pasaba a través de la bombilla dejará de circular haciendo que el bombillo se apague.

Fig.0 Encendido de una bombilla.
Si cambiamos de estado al pulsador (A) (conmutación) a unafrecuencia lo suficientemente alta para no darle tiempo al filamento de encenderse al máximo ni de apagarse totalmente, lo que veremos será la bombilla encendida a luz tenue, y si medimos el voltaje en los terminales de la bombilla no veremos ni 0 voltios, ni 12 voltios, sino el voltaje promedio que para este caso será de 6 voltios, si el tiempo en que el pulsador (A) permanece activo es igual altiempo en que permanece inactivo. Este es el principio de las fuentes conmutadas.

Una fuente de voltaje Conmutada, es una fuente cuya regulación se realiza mediante una cambio de estado, (on-off) como se explicó anteriormente, haciendo que el voltaje que debe entregar la fuente a la carga, sea proporcional al ciclo útil en la conmutación (ciclo en el que el pulsador estaría activo).
Diseño de laFuente Primaria.
Etapa 1.
La fuente de voltaje a diseñar es una fuente de voltaje variable desde 10 a 30V y debe ser capaz de entregar a la carga una potencia de hasta 100W. La etapa 1 del diseño de la fuente consiste en obtener el voltaje en el secundario del transformador, la corriente que atravesará los diodos del puente rectificador, el condensador del filtro de la fuente primaria, y elvoltaje de riso cuando la potencia a entregar sea máxima.
Para esto se deben estimar valores, para poder entregarle a una carga la potencia máxima para la cual estaría diseñada la fuente voltaje.
Primero se estiman los valores para que el voltaje en la carga no sea menor a 32V para tener un pequeño factor de seguridad, debido a que el máximo voltaje que entregará la fuente es de 30V.

Fig.1Esquema Fuente Primaria.
Carga Ficticia.
Debido a que el voltaje mínimo será de 32V y la potencia que deberá entregar está fuente es de 100W, utilizando la fórmula de potencia se tiene:
P=V2R
R=V2P=32V2100W=10.24Ω ≈10Ω
Para efectos de los cálculos se utilizará una carga ficticia de 10Ω.
Voltaje en el secundario del Transformador
Para conocer un valor de voltaje aproximado al que se quiere teneren el secundario del transformador, es necesario tener en cuenta las pérdidas de potencia que se presentan debido a la resistencia interna del transformador, y a la caída de tensión en los diodos del puente rectificador, también se debe tener en cuenta el voltaje de riso deseado, y que el voltaje mínimo con la carga debe ser mayor a 32v
Pérdidas debido a la resistencia interna del transformador:aproximadamente del 10% del voltaje del secundario.
Caída de tensión en los diodos:
VD=0.86V
Voltaje de riso deseado
Vriso=15V
La expresión que representa el voltaje en el secundario está dada por:
Vsec=V0+2VD+Vris0+0.1Vsec
Vsec=V0+2VD+Vris00.9
Vsec=32V+2(0.86)+150.9
Vsec=54.1V
Vrms=Vsec2=38.3V
El voltaje RMS en el secundario del transformador será de 38V
Vsec=Vrms2
Vsec=382=53.74VFig.2 Voltaje de Salida

Condensador del filtro fuente primaria.
La amplitud efectiva es el voltaje en el secundario menos el 10% de pérdidas por la resistencia interna en el transformador y la caída de voltaje en los diodos.
Vo=Vsec-0.1Vsec-2VD
Vo=53.74-(0.1)(53.74)-2(0.86)
Vo=46.65V
Para calcular el condensador se tiene:
Al observar la fig.2, la amplitud máxima es denominada por Vm,...