Electronica Aplicada II


Electrónica Aplicada II : Fuentes Conmutadas


1- INTRODUCCIÓN.

Todos los circuitos necesitan una fuente de potencia. Para unidades de bajo consumo o para operación portable se usan a menudo baterías o, incluso, hasta una célula solar podría aún ser suficiente. Los circuitos de alta potencia son energizados mediante fuentes de corriente alterna. En la mayoría de los casos la alimentaciónnecesita ser convertida al nivel apropiado de tensión continua por una unidad de potencia electrónica, la cual opera usualmente en modo conmutado.
Los avances en el diseño y construcción de fuentes de potencia han tenido que acompañar los avances tecnológicos de los sistemas electrónicos que ellas alimentan. Los requerimientos de portabilidad han ocasionado una demanda de unidades más compactascon pérdidas reducidas, y la tendencia hacia voltajes de operación más bajos han demostrado una particular atención. Además, las regulaciones referidas a seguridad y compatibilidad electromagnética cada vez son más estrictas. Los diseñadores e ingenieros de producción han demostrado superar sus objetivos y un gran rango de innovaciones son hoy estándares en la industria de fuentes de potencia. Eltamaño y el costo por unidad han sido reducidos mientras la confiabilidad ha sido incrementada. La eficiencia ha sido mejorada mediante el uso de nuevos componentes activos, nuevas topologías de circuito y nuevas formas de fabricación.


2- FUENTES CONMUTADAS DE POTENCIA

Las fuentes de alimentación conmutadas conmutan, valga la redundancia, la tensión de línea rectificada y filtrada. Laoperación de la fuente se basa en el hecho que los semiconductores son usados exclusivamente como llaves, por lo que sólo se originan pérdidas de conmutación.
La regulación se lleva a cabo variando el ciclo de trabajo mientras la frecuencia se mantiene constante, o variando la frecuencia mientras el ciclo de trabajo se mantiene constante. La tensión obtenida de este modo puede ser transformada acualquier valor de tensión y luego ser rectificada para obtener el valor de tensión o corriente constante deseado.
Diagrama en bloques

















Vi es la señal de línea rectificada la cual alimenta al circuito conversor de corriente continua a corriente continua. Este está formado básicamente por los transistores y transformadores de potencia y el circuito de rectificacióny filtrado. Existen tres configuraciones básicas:

a- Directa
b- Directa-Retroceso
c- Retroceso

Hemos elegido como configuración objeto de estudio a la configuración Directa.
En primer lugar presentamos una breve descripción del principio de funcionamiento de la configuración Forward o Buck: Conversor Directo (Buck)
Conversor Directo (Buck) con sus formas de onda de corriente y tensiónasociadas


















En el circuito básico mostrado en la Fig. anterior, el transistor T1 es conmutado a alta frecuencia (de 20 khz a 1 Mhz) para producir un voltaje de salida V2 chopeado. Este es luego filtrado por el circuito L-C para producir un voltaje en la carga Vo continuo. El voltaje de salida puede ser variado modificando la relación “ marca – espacio “ de V2, esdecir modificando el tiempo en el cual la salida de V2 esté en alto o en bajo.
El voltaje de salida promedio está dado por:



donde
tiempo de conducción del transistor
ciclo de trabajo del transistor
Es por ello que, en el caso ideal, la salida es independiente de la carga.
Sin embargo, en un circuito real tendremos pérdidas asociadas con:

La caída de tensión en el estado deconducción del transistor
Pérdidas de conmutación del transistor
La caída de tensión en el diodo polarizado directo
La resistencia efectiva del inductor,

Todas estas razones incrementan la dependencia de Vo sobre la carga.
Cuando el transistor T1 es conmutado hacia la conducción, V2 = Vi, el voltaje sobre el inductor es:



Entonces, IL crece linealmente.
Cuando el transistor T1 es...