Amplicadores

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BASES PARA EL DISEÑO DE
AMPLIFICADORES PWM*

Traducido por:
Rafael Fino**

Introducción

E

sta nota se divide en tres secciones. La primera provee información general sobre amplificadores PWM y examina un diagrama de bloque típico. La segunda sección, acerca del
diseño con PWM, no es obligatoria. En la familia de amplificadores PWM las características de protecciónno son iguales, y algunos de los errores de diseño que puede causar oscilación destruirían los amplificadores menos protegidos. La última sección examina algunas maneras de usar amplificadores PWM.
Los circuitos PWM tienen el mismo desarrollo seguido por los amplificadores operacionales y
otras funciones electrónicas. Los conceptos nacieron usando componentes discretos y fueron
seguidos pormódulos, circuitos híbridos y monolíticos. Los primeros híbridos en el escenario
de la tecnología PWM fueron el SA01, el SA50 y SA51 de Apex. El SA01 y SA50 contienen
todas las funciones necesarias para implementar una amplia variedad de circuitos de control. El
SA01 ofrece circuitos de tres niveles de protección, y el SA50 y SA51 ofrecen el empaque
pequeño TO-3. El SA51 acepta entradas digitales,a diferencia de las entradas análogas de los
otros dos modelos.

*

Notas de aplicación: Pulse Width Modulation Amplifier AN30U REV. B FEBRUARY 1998 © 1998
Apex Microtechnology Corp.- www.apexmicrotech.com

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Ingeniero electrónico Universidad Distrital FJC. Docente adscrito a la Facultad Tecnológica de la
Universidad Distrital.

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El Por qué y el Cómo del PWM
Alaumentar los niveles de potencia la tarea de diseñar
controles variables se complica bastante. Mientras que
el conjunto de componentes lineales disponibles con
suficiente capacidad de voltaje y corriente es impresionante, un proyecto puede volverse inmanejable cuando
al calcular la disipación de potencia interna se muestra el
tamaño de los componentes de refrigeración necesarios.
Una etapa desalida de 20A a menudo requiere varios
semiconductores de 20A montados en grandes disipadores, usualmente unos ventiladores ruidosos y algunas
veces líquido refrigerante.

Figura 1. Suministro lineal de potencia

La Figura 1 muestra el modo lineal de entregar potencia
a la carga. Cuando se ordena dar la máxima potencia, el
control reduce al mínimo la resistencia del elemento
de paso. A estenivel de salida las pérdidas en el circuito
lineal son relativamente bajas. Cuando se ordena una
salida de cero, el elemento de paso tiende a infinito y las
pérdidas tienden a cero. La desventaja del circuito lineal
aparece en la mitad del rango de niveles de salida y,
normalmente, es peor cuando se entrega una potencia
de salida del 50%. A este nivel la resistencia del elemento de paso esigual a la resistencia de carga, lo cual significa que el calor generado en el amplificador es igual a la
potencia entregada a la carga. Hemos encontrado que el
circuito lineal tiene una eficacia máxima del 50% cuando
maneja cargas resistivas en niveles de potencia medios.
Cuando la carga es reactiva, su eficiencia cae aún más.
La Figura 2 muestra la operación PWM más simple. El
bloque decontrol PWM convierte un nivel de entrada
análogo en una señal de control del interruptor con
ciclo útil variante. Mientras mayor salida se requiera, el
interruptor se mantiene encendido una porción mayor

Figura 2. Suministro PWM de potencia

del período. Usualmente el interruptor está encendido
y apagado una vez durante cada ciclo de la frecuencia de
conmutación, pero muchos diseños soncapaces de mantener un ciclo útil de 100%. En este caso, las pérdidas
son simplemente un factor de la resistencia del interruptor encendido más la resistencia de la bobina. Cuando se requiere menos potencia, el ciclo útil o porcentaje de tiempo encendido se reducen. Las pérdidas incluyen el calor generado en el diodo volante; en la mayoría
de fuentes prácticas esta pérdida en el diodo es...