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LW1DSE > TECH 26.02.11 21:24l 249 Lines 13351 Bytes #999 (0) @ WW
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Subj: Fuentes de Alimentaci¢n Conmutadas #21
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ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS º
º Por Osvaldo LW1DSE º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
Veamos ahora que sucede cuando nuestra l¢gica de control se halla
aislada el‚ctricamente del MOSFET. Debemos, pues, recurrir a alguna suerte de
mecanismo por el cual realizar la transferencia de la se¤al de apertura y cie-
rre del MOSFET salteando una barrera importante de potencial. Para ello, se
pueden recurrir a varias soluciones. Las 3 m s importantes son:
a) Transformadores;
b) Optoacopladores;
c) Integrados espec¡ficamente dise¤ados para ello.
Entonces, exploremos las tres alternativas arriba expuestas.
a) Transformadores.
Al igual que cualquier otro tipo de transformador, aquel destinado a
transferir la se¤al de control de los MOSFET, debe poseer un primario, uno o
m s secundarios, y un n£cleo de ferrite que permita el acoplamiento magn‚tico
entre los devanados. Con algunas particularidades: que la carga no consume
casi potencia de DC, y requiere un muy buen acoplamiento entre los arrolla-
mientos para permitir el pasaje de los bruscos flancos de subida y bajada, y
que la carga, es adem s altamente capacitiva. Ya vimos que se requiere poder
transferir grandes picos de corriente durante per¡odos muy breves de tiempo,
eso se traduce como una extremadamente baja inductancia de dispersi¢n. Pero,
como pasa casi siempre, esos dos conceptos (buen acoplamiento con bajas in-
ductancias de dispersi¢n contra alta aislaci¢n) son contradictorios. Analice-
mos, pues, el caso de un s¢lo MOSFET, y en la pr¢xima entrega ampliaremos
para el caso de 2 o m s de ellos.
+24V o Cbp
ÃÄÄ´ÃÄÄ¿
³ ³
³ÄÄ´ P Á Figura 1:Driver de MOSFET
ÚÄ´>ÄÙ con fuente simple y acoplamiento
³ ³ÄÄ¿ por transformador.
³ ³ D o
³ ³ ³
ÄÄ ³ ³ ³
IN ³ ³ + - Cg Rg ³ÄÄÙ
oÄÄÄ´ ÃÄÄ´ÃÄÄÄ¿ ÚÄ´Ãı±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET
³ ³ Ca ³ ³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal.
³ ³ ³º³ ³ ± ³
³ ³ øÛºÛø ³ ±Rp ³
³ ³ ÛºÛ ³ ÀÄÄÄÄÄ´
³ ³ÄÄÙ ÛºÛ ³ ³
ÀÄ´<Ä¿ N ³º³ 1:1 À[<ô>ÃÄÄ´
³ÄÄ´ ³ ³ Z1 D1 ³
³ ³ ³ ³
³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´
Á Á o S
Aca vemos un circuito que utiliza dos transistores de efecto de campo
complementarios exitando un transformador de pulsos, generalmente de relaci¢n
de vueltas unitaria, es decir, sin afectar la escala de tensiones. El compor-
tamiento es similar al detallado anteriormente para el circuito con acople
directo, con el adicionado del transformador y un capacitor de acople m s. Ca
evita la presencia de corriente cont¡nua en el primario del trafo, mientras
que Cg se comporta (junto a Z1, D1 y Rp) como un restaurador de DC, permitien-
do que el MOSFET sea gobernado plenamente. El diodo D1 puede suprimirse en
caso de no desear aplicar polarizaci¢n negativa a la compuerta, seg£n lo visto
en el cap¡tulo anterior. De esta manera, la compuerta del MOSFET "ve" una
excursi¢n de ñ12 Volts.
Aqu¡ tambi‚n pueden usarse transistores bipolares, pero con una sal-
vedad. Cuando la compuerta se descarga, impone una corriente por el lado
secundario del transformador. Por lo tanto, el transformador puede en ciertas
condiciones, inviertir el sentido de circulaci¢n de la energ¡a, entreg‚ndola
desde el secundario hacia el primario, es decir se revierten los papeles de
primario y secundario. Es, por lo tanto, necesario que por el lado del pri-
mario se le de una v¡a de circulaci¢n para esa corriente transferida desde la
salida hacia la entrada. En el caso de los MOSFET usados como driver, dicha
circulaci¢n puede darse a trav‚s de los diodos intr¡nsecos de los MOSFET.
+24V o Cbp
ÃÄÄÄÂÄ´ÃÄÄ¿ Figura 2:Driver de MOSFET con
³ ³ ³ BJT's, fuente simple, y acoplamiento
NPN ³ÄÄÙ ³ Á por transformador.
ÚÄ´ ³
³ ³Ä>¿ ³
³ ³ ³ D o
³ ô>ÃÙD1 ³
³ ³ ³
IN ³ ³ + - Cg Rg ³ÄÄÙ
oÄÄÄ´ ÃÄÄ´ÃÄÄÄ¿ ÚÄ´Ãı±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET
³ ³ Ca ³ ³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal.
³ ³ ³º³ ³ ± ³
³ ³ øÛºÛø ³ ±Rp ³
³ ô<ÿ ÛºÛ ³ ÀÄÄÄÄÄ´
³ ³Ä<Ù Á ÛºÛ ³ ³
ÀÄ´ D2 ³º³ À[<ô>ÃÄÄ´
³ÄÄ¿ ³ ³ 1:1 Z1 D1 ³
³ ³ ³ ³
PNP ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´
Á Á o S
Dado que dichas corrientes en sentido inverso pueden da¤ar las juntu-
ras de los transistores exitadores, es siempre necesario conectar dos diodos
(D1 y D2) como muestra la figura 2 para permitir que dichas corrientes cir-
culen libremente hacia la fuente auxiliar de 24 Volts, donde quedan "clampe-
adas".
o +12V Cbp
³
ÃÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄ´ÃÄÄ¿ Figura 3: MOSFET gobernado
³ ³ Á desde un IC y acoplamiento
o ³ por transformador.
÷ÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄ¿ ³
7 ³ D1 ³
VCC ³ ÚÄ´>ÃÙ D o
³ ³ ³
³ ³ ³
³ ³ + - Cg Rg ³ÄÄÙ
6 ÃoÄÅÄÄÄÄ´ÃÄÄÄ¿ ÚÄ´Ãı±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET
OUT³ ³ Ca ³ ³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal.
³ ³ ³º³ ³ ± ³
³ ³ øÛºÛø ³ ±Rp ³
³ ÀÄ´<ÿ ÛºÛ ³ ÀÄÄÄÄÄ´
UC3842 ³ D2 ³ ÛºÛ 1:2 ³ ³
o similar ³ ³ ³º³ À[<ô>ÃÄÄ´
³ Á ³ ³ Z1 D1 ³
GND ³ ³ ³ ³
5 ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´
÷ÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÙ Á o S
o
³
³
Á
La figura 3 ilustra el caso de un transformador utilizado para acoplar
un integrado con salida en Totem Pole, tal como un UC3842 (43, 44 o 45), el
cual tiene una corriente de pico de 1 Amper. Como la salida presenta 2 BJT's,
tambi‚n se deben colocar los diodos de protecci¢n.
Con referencia a los diodos mencionados en los 2 p rrafos anteriores,
es importante que sean extremadamamente r pidos. Dado que las corrientes y las
tensiones que deben manejar son bajas, se suelen utilizar diodos Schottky de 1
Amper, y de 40 o 45 Volts de pico inverso. Por la misma raz¢n, las conexiones
de los diodos deben ser tan cortas como sea posible. Y en el caso del diodo
D1, lo m s cerca posible del terminal de alimentaci¢n del IC, y cerca tambi‚n
del capacitor de desacople de +VCC del mismo. Si la distancia entre el trans-
formador y el integrado fuera algo larga (cosa poco deseable), los diodos
deben estar en las proximidades del IC, de manera de descargar simult neamente
la inductancia del conexionado. Es posible, tambi‚n, reemplazar al diodo D2
por un zener de una tensi¢n ligeramente superior a la de +B del IC, y suprimir
as¡ al diodo D1, lo cual ahorra un componente. Empero, los zener suelen ser
un poco m s lentos que los Schotky, y suelen fallar a manera de cortocircuito,
lo cual en caso de suceder, puede da¤ar la salida del IC.
Para culminar con esta aproximaci¢n a un buen driver de MOSFET de una
sola salida, vamos a ver c¢mo ser¡a una implementaci¢n correcta para aquellos
casos en que la salida del integrado de control de PWM no ha sido espec¡fica-
mente dise¤ada para exitarlos. Tal es el caso de controles PWM algo antiguos,
como el caso del TDA 1060, MC 34063, TL 494, o en aquellos dise¤os que rondan
alrededor de elemetos discretos, como ser un comparador LM393/339, etc; o una
salida CMOS. En todos ellos debe existir un "buffer" adecuado para el correcto
manejo de las corrientes demandadas por la compuerta del MOSFET.
+12V
o Cbp
ÚÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÂÄ´ÃÄÄ¿ Figura 4:Driver de MOSFET con
³ ³ ³ ³ ³ BJT's, acoplamiento por transfor-
o oVC ³ÄÄÙ ³ Á mador para IC's con salida "open
÷ÄÁÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄ´ NPN ³ emmiter".
VCC | ³ ³ ³Ä>¿ ³
³ ³ ³ ³ ³ D o
³ÄÄÙ ³ ³ ô>ÃÙD1 ³
Ä´ ³ ³ ³ ³
³Ä>¿ ³OUT ³ ³ Cg Rg ³ÄÄÙ
ÀÄÄÄ---ÃoÄÄÂÄÄÄ´ ÃÄÄ´ÃÄÄÄ¿ ÚÄ´Ãı±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET
³ ³ ³ ³ Ca ³ ³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal.
³ ³ ³ ³ ³º³ ³ ± ³
TDA 1060 ³ ³ ³ ³ øÛºÛø ³ ±Rp ³
TL 494 ³ ³ ³ ô<ÿ ÛºÛ ³ ÀÄÄÄÄÄ´
o similar ³ ± ³ ³Ä<Ù ³ ÛºÛ ³ ³
³ Re± ÀÄ´ D2³ ³º³ À[<ô>ÃÄÄ´
GND ³ ³ ³ÄÄ¿ ³ ³ ³ 1:2 Z1 D1 ³
÷ÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ³ ³ ³ ³ ³ ³
o ³ PNP³ ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´
Á Á Á Á Á o S
+12V
o Cbp
ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÂÄ´ÃÄÄ¿ Figura 5:Driver de MOSFET con
³ ³ ³ ³ ³ acoplamiento por transfor-
o ³ ³ÄÄÙ ³ Á mador para IC's con salida
÷ÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄ¿ ³ ÚÄ´ NPN ³ "open collector".
VCC ³ Rc± ³ ³Ä>¿ ³
³ ± ³ ³ ³ D o
TDA 1060 ³ ³ ³ ô>ÃÙD1 ³
TL 494 ³ ³ ³ ³ ³
o similar ³OUT³ ³ ³ Cg Rg ³ÄÄÙ
ÚÄÄÄÄÄ---ÃoÄÄ´ ³ ÃÄÄ´ÃÄÄÄ¿ ÚÄ´Ãı±±ÄÄÂÄÄÂÄÄ´<Ä¿ MOSFET
³ ³ ³ ³ ³ Ca ³ ³ ³ ³ ³ÄÄ´ principal.
³ ³ ³ ³ ³ ³º³ ³ ± ³
³ÄÄÙ ³ ³ ³ ³ øÛºÛø ³ ±Rp ³
Ä´ ³ ³ ³\ ³ ô<ÿ ÛºÛ 1:2 ³ ÀÄÄÄÄÄ´
³Ä>¿ ³ ÀÄ´ OÄÄÄ´ ³Ä<Ù ³ ÛºÛ ³ ³
| ³ ³/ ÀÄ´ D2³ ³º³ À[<ô>ÃÄÄ´
| GND ³ ³ÄÄ¿ ³ ³ ³ Z1 D1 ³
÷ÄÄÂÄÄÄÄÄÂÄÄÙ "NOT" ³ ³ ³ ³ ³
oVE o PNP³ ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´
Á Á Á Á Á o S
Puede observarse que es la misma idea aplicada a los casos generales
pero especializada a cada caso particular. En la figura 4 vemos el caso de
disponer de una salida open emmiter. Como la salida est en la fase correcta
para la exitaci¢n del MOSFET, solamente se agrega el seguidor por emisor con
el objeto de disponer de una corriente de pico de alrededor de 1 Amper o m s.
La resistencia Re permite la circulaci¢n de la corriente continua de emisor
del transistor interno, y permite que al desaparecer ‚sta, la salida adquiera
el valor de masa para poder exitar correctamente el transistor PNP de salida.
Por otro lado, si se prefiere la salida por open colector de algunos IC's, o
de no disponer de la salida por emisor, es preciso invertir la salida, pues
de otra manera, la salida quedar¡a en fase contraria a la necesaria para el
FET, y por lo tanto la fuente presentar¡a realimentaci¢n positiva en lugar de
negativa. La inversi¢n puede realizarse con alguna compuerta l¢gica sobrante
(HCF4049, HCF4069, HCF40106, 74C14, etc.) o mediante un transistor adicional.
Nuevamente, Rc es la resistencia de carga del transistor interno, que permite
que la salida del mismo y, por ende la entrada del inversor, adquiera la
tensi¢n de posistivo (1 L¢gico) mientras que el transistor se encarga del 0
l¢gico.
Para la figura 4, Re puede tener un valor de entre 1 y 10Kê, y lo
mismo es v0lido para la Rc de la figura 5.
Final del cap¡tulo # 21
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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