Electronica de potencia

Fuentes de Poder Conmutadas


Resumen- En este trabajo, se presenta una aplicación de los convertidores C.D. a C.D. para cambiar el voltaje de una batería automotriz de +12V en +5V, +24V y -24V y así disponer de una fuente de poder con salida triple a partir de un solo nivel de corriente directa. Se presentan los resultados experimentales obtenidos. Bajo ciertas condiciones se obtuvo unaeficiencia de cerca de 84%.

I. ANTECEDENTES

Todos los equipos electrónicos necesitan de fuentes de poder, que son responsables por la conversión de la energía alterna, disponible en las tomas comunes, a la energía en forma de corriente directa, a los niveles de voltaje y corriente según las necesidades del equipo.
Básicamente se emplean dos técnicas de obtención de corriente directa en lasfuentes de poder: 1) regulador simple o "lineal" y 2) regulador conmutado o "switching".
Los reguladores lineales necesitan de etapas de rectificación y filtrado, que involucran el uso de transformadores de potencia de 50/60Hz y diodos, cuyas dimensiones son determinadas por la potencia que se necesita. Estos reguladores no presentan buena eficiencia, lo que se vuelve un obstáculo a vencer en fuentesde alta potencia. Por otro lado, los reguladores conmutados emplean transistores que se saturan y cortan alternadamente. Debido a esto la disipación de potencia en el transistor es muy baja y con esto se incrementa la eficiencia.
La elevada eficiencia de una fuente conmutada hizo común su uso en equipos espaciales desde hace muchos años. Actualmente, con la aparición de componentes de bajo costoy de tecnología avanzada, se pueden desarrollar buenos proyectos al alcance del gran público. Para tener una idea de la evolución de esta técnica, basta decir que, mientras en 1975, una fuente conmutada sólo se volvía rentable en relación a una fuente lineal para potencias por encima de 500 W, hoy este valor cayó a apenas 5W, según información de Texas Instruments.

II. OBJETIVO
Desarrollaruna fuente de poder conmutada a base de convertidores C.D. a C.D. con entrada de +12V y salidas de +5V, +24V y -24V.
III. METODOLOGIA
Los convertidores de corriente directa a corriente directa (C.D. a C.D.) pueden trabajar en tres configuraciones básicas: reductor, elevador o inversor.


Figura 1. Convertidores de C.D. a C.D. a) Reductor, b) Elevador, c) Inversor.

La versión reductora seobserva en la figura 1(a). Los pulsos rectangulares de la base saturan y cortan alternadamente el transistor durante cada ciclo. De este modo se produce una señal cuadrada en la entrada del filtro LC. Este filtro bloquea la componente alterna, pero permite el paso de la componente directa hacia la salida. A causa de la conmutación corte-conducción, el valor medio es siempre menor que el voltaje deentrada. Por ello el circuito constituye la versión reductora.
La figura 1(b) muestra la versión elevadora. De nuevo, el transistor se satura y corta alternadamente. Cuando el transistor está saturado, la corriente circula por el inductor. Cuando el transistor se corta de repente, el campo magnético inducido en el inductor se colapsa e induce un voltaje a través del núcleo con polaridad opuesta.Esta situación mantiene la corriente circulando en la misma dirección, en este lapso el voltaje de salida es igual a la suma del voltaje de entrada y del voltaje del inductor, por lo tanto el circuito constituye la versión elevadora.
La figura 1(c) presenta la versión inversora. Cuando el transistor está saturado, la corriente circula a través de el inductor. Cuando el transistor entra en la zonade corte, el campo magnético se colapsa y mantiene la corriente circulado en la misma dirección. Como el transistor está en corte, el único camino posible es a través del condensador y de la carga. Si se verifica la dirección de la corriente de carga a través del condensador, se verá que el voltaje de salida es negativo.
La fuente de poder desarrollada utiliza los tres convertidores C.D. a...