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LABORATORIO No.1
Conversor de dc a ac con puente H
ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Por
JAIDER OSPINA ()
ALEXANDER CABALLERO (9710522)
LUIS ANTONIO TORRES
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
Facultad de Ingeniería
Departamento de Electrónica
Santa Fé de Bogotá D.C., Cundinamarca2001
PRACTICA:
La practica consistye en diseñar un circuiton utilizando puente h para obtener a kla
salida una señal cuadrada ac
Primero se va ha diseñar el ciercuito de control para la practica para lo cual vamos a
hacer uso de un pwm en especial el 494 (circuito integrado)
El 494 tiene dos salidas las cuales tiene en particular que son cuadradas y que se
encuatran independientes una de la otra por lo cual lo que se propone es lo siguiente
para el manejo de el puente H.
Frecuencia para ambas salidas de 60 hz con un potenciometro mutuo se va ha
controlas el ciclo util de las salidas con lo cual las salidas serian del siguiente modo
Esta señal es perfecta para alimentar el puente H (los disparos) ya que en ningun
momento vamos a tener las dos señales en Von al mismo tiempo y aseguramos esto
con un tiempo muerto que vemos en las graficas, evitando asi que se dañen los
mosfet.
Con cada señal alimentamos un driver que nos va ha permitir que las señales no se
caigan a la hora de alimentar el gate de los transistores de potencia que utilizaremos
en el puente H.
Configuración en puente.
En electrónica, el término "puente" se emplea rutinariamente para designar una
situación en la cual el dispositivo de interés está conectado entre dos puntos, ninguno
de los cuales es tierra ni VCC, sino que ambos son nodos flotantes.
En el contexto de fuentes switcheadas, en este caso el dispositivo de interés es el
primario del transformador, y la configuración en puente indica que ninguno de sus
terminales va unido a tierra ni a VI , sino que el primario va conectado entre dos
nodos flotantes.
En fuentes switcheadas existen dos modalidades de conexión en forma de puente: El
"medio puente" ("half bridge") y el "puente completo" ("full bridge");
en
particular, la conexión en medio puente es una de las más utilizadas en fuentes
comerciales, por lo que merece especial atención.
La fuente primaria de entrada con doblador de voltaje, que fué descrita al comienzo
de esta sección, y que produce una tensión de salida VI  300V puede visualizarse
también como una fuente dual gigante, con +VCC  150V y con VCC  150V;
- el terminal común sirve de soporte a uno de los extremos del primario y el otro
extremo se conecta a dos transistores en configuración "push-pull":
Figura 3.6.7 Configuración de medio puente.
En la figura se ilustra la estructura básica de la configuración en puente; para no
distraer la atención, en el diagrama se ha omitido el secundario y todos sus circuitos
asociados.
- Por ahora la idea es principalmente entender cómo se realiza la
excitación del primario; posteriormente se hará un análisis detallado del circuito
completo..
El extremo izquierdo de L1 va conectado al terminal común a los dos condensadores
de salida de la fuente primaria. Aunque dicho punto no está físicamente conectado a
tierra, viene a ser una especie de "tierra",
y no es estrictamente hablando un
"nodo flotante", sino que es un punto de voltaje fijo.
El extremo derecho en cambio sí está conectado a un "nodo flotante", cuya tensión
no es fija, sino que depende de las órdenes que reciban los transistores.
Debido a que L1 está conectada entre un nodo fijo y uno flotante, se incumple
parcialmente el concepto de "puente" y de ahí que este montaje reciba la
denominación de "medio puente".
Aunque el circuito guarda muchas similitudes con los diversos montajes estudiados
anteriormente y se basa esencialmente en los mismos principios físicos, su modo
de funcionamiento es bien diferente a todo lo que se ha visto:
Los transistores no se saturan ni se cortan simultáneamente, sino que conducen por
turnos, dejando una pausa entre el intervalo de conducción de uno y el intervalo de
conducción del otro.
Para hacer una descripción más cuantitativa, quizá lo mejor es utilizar un diagrama
de tiempos, en el cual se representan gráficamente las órdenes que reciben los dos
transistores; - un nivel alto significa orden de saturarse y un nivel bajo, orden de
cortarse.
De hecho, el diagrama resultante corresponde exactamente a las señales que debe
generar el circuito de control, con destino a cada una de las bases:
Figura 3.6.8 Diagrama de tiempos de conmutación.
Un ciclo completo abarca desde el comienzo de TA hasta el final de TB y la
secuencia vuelve a repetirse periódicamente. Los semiciclos TA y TB son de la
misma duración y corresponden a los turnos de conducción de los transistores Q1 y
Q2 respectivamente.
En TA , el transistor Q1 recibe orden de conducir durante un tiempo T1 y luego
hay una pausa de duración T2 durante la cual ambos transistores están apagados.
En TB , Q2 recibe orden de conducir durante un tiempo T1 y luego sigue otra
pausa de duración T2 durante la cual también ambos transistores permanecen
apagados, con lo cual se completa el ciclo y la secuencia vuelve a comenzar.
Dado que un ciclo completo corresponde a TA + TB , en principio lo más lógico
sería definir como T a la duración de dicho intervalo;
sinembargo,
al
familiarizarse más con la totalidad del conjunto, en particular con las señales en el
circuito secundario y el funcionamiento interno del circuito de control, se
comprueba que es más conveniente definir como T a la duración de TA = TB, y
de acuerdo con esta definición, un ciclo completo tarda 2T.
Analizando la tensión aplicada por los transistores al primario L1, cuando se satura
el transistor Q1, aplica +VCC al extremo derecho de la bobina, y cuando se satura
el transistor Q2, dicho extremo recibe VCC;
dado que el extremo izquierdo
permanece en "cero", el efecto resultante es un voltaje alterno aplicado al primario:
Figura 3.6.9 Tensión aplicada al primario.
A diferencia de todos los montajes estudiados, tanto el voltaje positivo como el
negativo que hay en L1 son voltajes impuestos externamente, mientras que en
todos los demás circuitos sólo el voltaje positivo es impuesto externamente, y el
negativo "aparece por sí mismo", satisfaciendo la condición de que el voltaje
promedio debe ser cero en estado estacionario.
En el conversor indirecto el voltaje negativo es el voltaje del secundario reflejado al
primario y en el conversor directo es un voltaje limitado por el "snubber" o por el
devanado terciario; - en ninguno de los dos casos se trata de un voltaje impuesto
externamente sino que es una tensión que se auto-induce en el mismo transformador.
El hecho de que en la configuración puente ambos voltajes sean impuestos
externamente requiere de una pequeña modificación del circuito:
En estado estacionario se requiere que el voltaje promedio en la bobina sea cero, y
ningún circuito es tan infinitamente perfecto que sea capaz de hacer que el área
positiva sea exactamente igual de grande que la negativa; por una parte, no hay
garantía de que +VCC sea igual a VCC, y tampoco de que el intervalo T1 en TA
sea idéntico al intervalo T1 en TB ; aparte de ello habría que tener en cuenta la
caída VQ en cada uno de los transistores, la cual no necesariamente es igual en
ambos.
La más mínima diferencia entre las dos áreas hace que el voltaje promedio no sea
cero y ésto da origen a una corriente neta  0 al finalizar un ciclo completo. Esta
corriente estará presente como corriente inicial al comenzar el siguiente ciclo y a
ella se le añadirá la corriente neta  0 originada durante este nuevo ciclo, y así
sucesivamente; - es un proceso acumulativo en el cual la corriente irá creciendo
hasta provocar la saturación del núcleo.
Dado que es utópico pretender perfeccionar el circuito hasta lograr imponer áreas
exactamente iguales,
hay que buscar alguna solución por otro lado
y
afortunadamente la solución es muy simple: conectar un condensador en serie con la
bobina.
La misma corriente neta  0 se encarga de cargar o descargar dicho condensador
hasta que su tensión hace cumplir la igualdad de áreas;
- el mismo circuito se
encarga de encontrar el punto de equilibrio.
O visto de otra forma, quizá algo artificial, pero igualmente efectiva: - El
condensador en serie bloquea el paso de la corriente DC.
Debido a la configuración del circuito, para aplicar las respectivas señales a las bases
(o gates) de los transistores, es necesario utilizar transformadores en el acople entre
el circuito de control y cada uno de los transistores.
Una posibilidad es usar dos transformadores, uno para cada transistor, y excitar los
dos primarios con las dos señales de salida del circuito de control, pero también es
posible utilizar un sólo transformador con dos secundarios bien aislados (uno para
cada transistor) y conectar el primario entre los dos terminales de salida del circuito
de control:
Figura 3.6.13 Transformador de excitación.
En cada secundario se induce una señal que corresponde a la diferencia entre las dos
señales de entrada, consistente en un tren de pulsos positivos alternados con pulsos
negativos. Los pulsos positivos ponen en conducción al transistor y los negativos
no hacen nada, con lo cual se consigue el efecto deseado.
Por las mismas razones que en el caso del primario del transformador de potencia
L1, aquí también se requiere de un condensador en serie con el primario.
Es particularmente importante que los dos transistores reciban señales en contrafase,
lo que en la figura se representa invirtiendo la polaridad de uno de los secundarios.
La otra modalidad de configuración en puente, aunque menos utilizada en fuentes
comerciales, es la de "puente completo" ("full bridge"). El principio empleado es
exactamente el mismo que se usa para cuadruplicar la potencia de un amplificador
"push-pull":
Figura 3.6.15 Configuración puente completo.
Aquí la bobina L1 sí va conectada entre dos "nodos flotantes", satisfaciendo
plenamente el concepto de puente; el condensador C1 en serie es necesario para
evitar la saturación del núcleo, tal y como se explicó en el circuito de medio puente.
Los transistores trabajan por parejas, Q1 con Q3 y Q2 con Q4, en el sentido de
que los dos transistores que forman una pareja reciben simultáneamente las órdenes
de cortarse y saturarse.
El principio de funcionamiento es idéntico al circuito de medio puente y el
secundario junto con el circuito de salida es exactamente el mismo, al igual que el
funcionamiento del circuito de control y todas las formas de onda asociadas.
La única diferencia entre los dos montajes es que aquí se duplica la tensión aplicada
al primario sin aumentar la tensión máxima que deben soportar los transistores.
En este caso no hubo necesidad de colocar transistor ya que el voltaje que se
nesacitaba era directamente el de la salida de el puente.
CONCLUCIONES
Al realizar el montaje es recomendable ir mirando la salida de cada cosa que se va
montando antes de hacer la prueba general esto con el fin de evitar que se le ocacione
algun daño a el puente o correr el riesgo de dañarlo, lo cual seria demaciado costoso
para a la hora de adquirir unos nuevos integrados.
Tambien es aconsejable utilizar una buena bateria generalmente recargable que nos
entregue una buena corriente del orden de 5 A para evitar que la fuente se cauga a la
hora que el circuito enpiece a pedir corriente.
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