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Subj: Fuentes de Alimentaci¢n Conmutadas #20
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ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS º
º Por Osvaldo LW1DSE º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
En los dos cap¡tulos anteriores fueron expuestas las nociones b sicas
que hacen a la conmutaci¢n de nuestro noble MOSFET hoy por hoy casi omnipre-
sente en toda fuente conmutada moderna (desde mediados de la d‚cada del '90
al presente), ya sea como elemento discreto o integrado dentro de un circuito
con todas las funciones principales embebidas en el mismo (por ejemplo se pue-
den citar los integrados de la serie L497X de ST Microelectronics, y muchos
otros). Dentro de ellos, el fabricante ha encontrado una soluci¢n casi ¢ptima
en cuanto a la relaci¢n tama¤o-peso-potencia-costo, con la ventaja adicional
que en ese caso no necesita confiarse tan estrictamente en un buen dise¤o de
los trazos de circuito impreso vinculados al circuito de compuerta del MOSFET
que como ya sabemos, aunque parezca algo trivial y de escasa importancia, un
mal dise¤o de esa parte del circuito conlleva a la larga a un serio problema
de confiabilidad del producto (la fuente) terminado.
Vamos entonces a analizar algunas de las soluciones que m s a menudo
son utilizadas por los ingenieros, en fuentes hechas con componentes discretos
(no nos olvidemos que los integrados antes mencionados soportan tensiones del
orden de unos 40 a 60 Volts DC, de manera que son inservibles a la hora de
alimentar un equipo desde una red de canalizaci¢n de AC, como la de 110 o 220
Volts, y adem s generalmente trabajan en topolog¡a buck sin aislaci¢n).
Dijimos que descartamos de plano un transformador de 50Hz como elemento que
proporcione la debida aislaci¢n de la l¡nea.
o +12V
³
³ÄÄ´ MOSFET canal P Figura 1:Driver de MOSFET
ÚÄ´>ÄÙ de altas prestaciones.
³ ³ÄÄ¿
³ ³
IN ³ ³ ÄÄ
oÄÄÄ´ ÃÄÄÄÄÄo OUT = IN
³ ³
³ ³
³ ³ÄÄÙ
ÀÄ´<Ä¿ MOSFET canal N
³ÄÄ´
³
o -12V
En una primera aproximaci¢n a los circuitos exitadores de MOSFET, exa-
minaremos primero aquellos en que no existe aislaci¢n galv nica entre el cir-
cuito driver y el MOSFET propiamente dicho. Este ser¡a el caso de las fuentes
conocidas como "offline", destinadas por lo general a pilotear un solo MOSFET
en configuraci¢n Fly Back o Forward. Luego analizaremos las que deben comandar
2 o m s FET's, caso de las Half y Full Bridge, Push Pull, etc.
La figura 1 ilustra un circuito de muy buenas prestaciones. Se trata
de un inversor hecho con dos transistores MOS complementarios, uno de canal P
y otro tipo N. Cuando la entrada tiene un valor positivo, el transistor infe-
rior se satura, drenando corriente desde la salida hacia la l¡nea de -12V.
Cuando la entrada alcanza un valor negativo, el transistor P conduce e impone
los +12V a la salida; es decir la entrada y la salida est n negadas. Cuando
el duty cycle se aproxima al 50%, se tiene la ventaja extra que se cancelan
los impulsos positivos con los negativos, cancel ndose el valor medio de DC a
la salida. El hecho de imponerle a la compuerta una tensi¢n negativa, tiene 2
ventajas:
1) Los per¡odos de subida y ca¡da de tensiones y corrientes ilustrada en el
cap¡tulo anterior se ven acortados a la mitad que con una exitaci¢n simple, es
decir, +12V y 0V;
2) Se asegura un buen y r pido corte del transistor en el momento de no con-
ducci¢n, particularmente para exitar un sistema Half o Full Bridge, o mejor
a£n, montajes trif sicos o polif sicos.
Sin embargo, carece un defecto. Durante los per¡odos de transici¢n en
que uno de los transistores sale de la conducci¢n para que entre el otro,
ambos transistores est n en conducci¢n, es decir en la regi¢n lineal; en ese
momento se drena un gran pico de corriente desde la l¡nea de +12V a la de -12V
lo cual produce p‚rdidads por calor en ambos transistores. A esto se lo llama
"Cross Conduction" (conducci¢n cruzada). Para alivianar un poco este efecto,
se suelen agregar unos resistores de bajo valor o una perla de ferrite entre
los drenajes de los FET's, RD1 y RD2 que en definitiva, se descuentan luego de
la resistencia anti-oscilaciones de la compuerta (Rg), ver figura 2. Rp deriva
a source cualquier fuga interna o externa desde el Drain hacia el Gate.
o +12V
³
³ÄÄ´ Tipo P Figura 2:Driver de MOSFET
ÚÄ´>ÄÙ de altas prestaciones mejorado.
³ ³ÄÄ¿ Se sugieren los sigientes valores:
³ ³ o D
³ ± RD1 ³ RD1, RD2= .47 a 1 ê « Watt
³ ± ³ Rg = 10 ê « Watt
IN ³ ³ Rg ³ÄÄÙ Rp = 100 Kê ¬ Watt,
oÄÄÄ´ ÃÄÄÄÄı±±ÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET todos no inductivos.
³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal.
³ ± ± ³
³ ± RD2 ± ³
³ ³ ÀÄÄÄÄÄ´
³ ³ÄÄÙ Rp ³
ÀÄ´<Ä¿ Tipo N o S
³ÄÄ´
³
o -12V
Una versi¢n alternativa del mismo circuito, usa una sola fuente de 24V
y acoplamiento capacitivo al gate de MOSFET:
o +24V
³
³ÄÄ´ Tipo P Figura 3:Driver de MOSFET
ÚÄ´>ÄÙ confuente simple.
³ ³ÄÄ¿
³ ³ o D
³ ± RD1 ³
³ ± ³
IN ³ ³ + - Rg ³ÄÄÙ
oÄÄÄ´ ÃÄÄ´ÃÄÄı±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET
³ ³ Cg ³ ³ ³ÄÄ´ principal.
³ ± ³ ± ³
³ ± RD2 ³ ±Rp ³
³ ³ ³ ÀÄÄÄÄÄ´
³ ³ÄÄÙ ³ ³
ÀÄ´<Ä¿ Tipo N À[<ô>ÃÄÄ´
³ÄÄ´ Z1 D1 ³
³ ³
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´
o S
La se¤al de entrada se aplica invertida a nuestro driver realizado con
MOSFET's complementarios. El capacitor Cg aisla la CC de 24V, que de llegar a
la compuerta puede provocar la perforaci¢n de la delgada capa de ¢xido de
silicio. El zener Z1 de unos 12 a 15 V nominales, conduce durante los picos
positivos cargando al capacitor Cg a una tensi¢n de 10 a 12 Volts y limitando
a ese valor la tensi¢n que llega al gate. Cuando el driver deja de conducir,
esa tensi¢n almacenada en el capacitor se hace presente en la compuerta del
MOSFET. El diodo schotky D1 impide la descarga del mismo a trav‚s de la jun-
tura del zener, que de otro modo quedar¡a polarizada en directa, descarg n-
dolo. Es decir, entonces, se tiene una excursi¢n de la exitaci¢n de 0 a 24V
antes del capacitor, y de ñ12Volts, igual al ejemplo anterior. En todos los
casos debe haber un gran capacitor entre los source's de los MOSFET driver,
usualmente un 100 æF electrol¡tico mas un multicapa de 1 æF, mas un cer mico
de .1æF todos en paralelo, y bien cerca de los source's. Dichos capacitores
no se hallan dibujados en las figuras por claridad. Para Cg basta con un
poli‚ster de .47 a 1æF 50V.
Otra opci¢n para driver's discretos resulta de utilizar BJT's comple-
mentarios en configuraci¢n colector com£n, o dos transistores NPN en configu-
raci¢n Totem Pole.
o +12V Figura 4:
³
B³ÄÄÙC Arriba: Driver de MOSFET
ÚÄ´ BJT NPN con par complemetario.
³ ³Ä>¿ Se recomiendan transistores
³ ³E bipolares (BJT) de alta
IN ³ ³ corriente y velocidad.
oÄÄÄ´ ÃÄÄÄÄÄo OUT = IN Los 2SD1207 y 2SA1015
³ ³ permiten en un formato
³ ³E TO92 2 amperes de pico.
³ ³Ä<Ù Los BC337 y 327, hasta
ÀÄ´ BJT PNP 800 mA., y son mas lentos.
B³ÄÄ¿
³C Abajo: la configuraci¢n Totem
o -12V o Source Pole, mas compleja y de menores
prestaciones.
o +12V
³
B³ÄÄÙC
oÄÄÄÄ´ BJT NPN
³Ä>¿
IN ³E
³
ÃÄÄÄÄÄo OUT = IN
³
ÄÄ ³C
IN ³ÄÄÙ
oÄÄÄÄ´ BJT NPN
B³Ä>¿
³E
o -12V
La ventaja de estas configuraciones es la no necesidad de resistores
para compensar la "cross conduction", pues cada transistor se apaga solo antes
de empezara conducir el otro.
Fin del cap¡tulo 20
ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º Osvaldo F. Zappacosta. Barrio Garay (GF05tg) Alte. Brown, Bs As, Argentina.º
º Mother UMC æPC:AMD486@120MHz, 16MbRAM HD IDE 1.6Gb MSDOS 7.10 TSTHOST1.43C º
º Bater¡a 12V 160AH. 9 paneles solares 10W. º
º oszappa@yahoo.com ; oszappa@gmail.com º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
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