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Universidad de Oviedo Lección 3 Circuitos de mando para convertidores Sistemas Electrónicos de Alimentación 5º Curso. Ingeniería de Telecomunicación Ideas generales Etapa de potencia Salida Entrada Circuitos de mando para convertidores + Vg Carga Circuito de mando - Av Realimentación + Vref • En general, los convertidores constan de: - Etapa de potencia - Circuito de mando - Red (redes) de realimentación de variables de entrada y/o salida - Protecciones Ideas generales Etapa de potencia Salida Entrada Circuitos de mando para convertidores + Vg Carga Circuito de mando • En todos los casos, la transferencia de energía entre la entrada y la salida se controla con la conmutación cíclica del interruptor controlado (transistor o tiristor). • En general, cuanto mayor es la parte del periodo total de conmutación en la que el interruptor está cerrado, mayor es la transferencia de energía. • Se puede operar a frecuencia fija, o a tiempo de conducción fijo, o a tiempo de no conducción fijo. Circuito de mando Etapa de potencia + vgs- Circuitos de mando para convertidores Tipos de operación • Operación a frecuencia fija (y tiempo de conducción variable). TS no varía y tc sí lo hace. vgs tC’ tC TS TS • Operación a tiempo de conducción fijo (y frecuencia variable). TS varía y tc no lo hace. vgs tC tC TS’ TS • Operación a tiempo de no conducción fijo (y frecuencia variable). TS varía y tnc=TS-tc no lo hace. vgs tn tC TS c tC’ TS’ tn c Circuitos de mando para convertidores Circuitos de mando con operación a frecuencia fija Circuito de mando Etapa de potencia + vgs- vgs tC’ tC TS TS • Es la más utilizada en convertidores. Las razones para ello son: - Se optimiza el diseño de los componentes reactivos. - Las pérdidas de conmutación son constantes. - Se acota mejor el espectro de interferencias electromagnéticas generadas. • Se genera fácilmente con un modulador de ancho de pulso (Pulse Width Modulator, PWM) El modulador de ancho de pulso Circuitos de mando para convertidores El “corazón” del circuito de mando de los convertidores conmutados es el modulador de ancho de pulso, PWM Definición de ciclo de trabajo: d= tC/TS VP vd VPV VV PWM vgs Generador de rampas tC (oscilador) - vd + - + TS + - vgs d= vd - VV VPV Circuitos de mando integrados basados en modulador de ancho de pulso • Normalmente incluyen más funciones: Circuitos de mando para convertidores - Amplificador de error del lazo de tensión - Comparadores para alarmas - Circuitería lógica de actuación - Amplificación de señales Generador de rampas - Regulador lineal (oscilador) - - Av + vd + Circuitería lógica + “Driver” - - + Reg V + + - vgs Circuitos de mando integrados basados en modulador de ancho de pulso • Algunos circuitos de mando general dos salidas Circuitos de mando para convertidores - Desfasadas 180º - Complementarias Generador + de rampas (oscilador) + Av + vcmp + - Circuitería lógica “Driver” + Reg V - vgs1 + + “Driver” - vgs2 Circuitos de mando integrados basados en modulador de ancho de pulso Generador + de rampas (oscilador) Circuitos de mando para convertidores + Av + vcmp + - Circuitería lógica “Driver” + Reg V + - “Driver” + vcmp vcmp vgs1 vgs1 vgs2 vgs2 Desfasadas 180º - vgs1 - vgs2 Complementarias Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 Circuitos de mando para convertidores Diagrama de bloques del UC 3525 Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 Generador de rampas (oscilador) - Circuitos de mando para convertidores + Av Circuitería lógica + cmp + Reg V + Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 Circuitos de mando para convertidores • Montaje del generador de rampas (oscilador) RT CT Estas “masas” deben estar muy próximas Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 Circuitos de mando para convertidores • Montaje con “tiempo muerto regulable” RT CT RD Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 Circuitos de mando para convertidores • El amplificador de error es de transconductancia (comportamiento como fuente de corriente en la salida) Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 A la salida del convertidor • Montaje habitual del amplificador de error para cerrar el lazo de realimentación Circuitos de mando para convertidores RR1 Al terminal 16 CR RR2 RL Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 Circuitos de mando para convertidores • Montaje del amplificador de error para comprobar el funcionamiento en lazo abierto Al terminal 16 RR Regulación de tensión para modificar el ciclo de trabajo Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Arranque suave Circuitos de mando para convertidores El ciclo de trabajo aumenta lentamente en el proceso de arranque del convertidor vSS La tensión VSS crece con una derivada definida por CSS vss vgs + - CSS Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Tratamiento de las protecciones y de las alarmas Circuitos de mando para convertidores En el UC 3525 se utiliza el terminal 10 (Shutdown”) para esto + val1 - + - valn vgs valn Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 Circuitos de mando para convertidores • Tratamiento de las protecciones y de las alarmas ¿Qué pasa si al cesar los pulsos de control la situación de alarma desaparece? + val1 - + - valn valn vgs Normal Alarma Arranq. Normal Alarma Arranq. Normal Este tipo de operación recibe el nombre popular de “modo hipo” Alarma Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Amplificadores de corriente de salida Circuitos de mando para convertidores No son etapas complementarias, sino montajes “totem pole” Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Amplificadores de corriente de salida Circuitos de mando para convertidores Recomendamos realizar una amplificación posterior externa al “chip” y tan cercana al transistor como sea posible A +VCC 47 W + - 1 mF 100 W “Driver” externo Conexionado críticamente corto Al terminal 12 “Ground” Conexionado no crítico
