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Subj: Fuentes de Alimentaci¢n Conmutadas #26
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ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS º
º Por Osvaldo LW1DSE º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
Todas estas oscilaciones que analizamos someramente en el cap¡tulo
anterior, deben ser amortiguadas de alguna manera, pues de no proceder de esa
forma, se generan p‚rdidas excesivas en los semiconductores y muchas de ellas
se pueden canalizar v¡a los cables de entrada y/o salida, actuando como ante-
nas e irrdi ndose al espacio, donde generan m£ltiples inconvenientes (princi-
palmente interferencias a equipos de radio y TV).
Con ese objetivo se dise¤aron hace ya muchos a¤os, varios sistemas. De
todos ellos, los m s comunmente usados son los Clampers y los Snubbers. Los
primeros son redes de diodos, resistores y capacitores, cuyo objeto es re-
cortar los picos de las se¤ales indeseables a eliminar, y los segundos son
redes pasivas compuestas por resistores y capacitores.
CS RS
CC RC ÚÄÄ´ÃÄı±¿
³ ³
+oÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÁÄÄÄ´>ÃÄÄÁÄÂÄÄÄÄÄo+
³ ³ ³ ø³ ³ ³
³ - ³ ± Û º Û D ³
³ ÄÁÄ ± L1 Û º Û L2 ³
³ ÄÂÄ ± Û º Û ³
³ + ³ ³ ³ ³ø ³ Figura 1: Utilizaci¢n
³ ÀÄÄÄÁÄ´<ÃÄ´ ³ ³ de Subbers y Clampers
³ DC ³ ³ ³ en una fuente conmutada.
³ ³ ³ ³
ÄÄÁÄÄ ³ÄÄÙ ³ ÄÄÁÄÄ
ÄÄÂÄÄCi oÄÄÄ´<Ä¿ ³ ÄÄÂÄÄ Co
³ PWM ³ÄÄ´ ³ ³
³ oÄÄÄÄÄÄ´ ³ ³
-oÄÄÄÄÅÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÄÄo-
ÄÁÄ MOSFET ÄÁÄ
GND1 GND 2
En la figura 1 se muestran 2 de las redes enunciadas arriba. CC, RC y
DC son los Clampers, y CS y RS los Snubbers. El funcionamiento de ambos es
parecido. El mas simple es el Snubber. B sicamente, la capacidad de CS se aso-
cia en paralelo con todas las que se hallan diseminadas por el circuito, y por
lo tanto pasa a formar parte del cicuito resonante parasitario. Rs carga ese
circuito tanque, adicionando p‚rdidas en una cantidad lo suficientemente ele-
vada como para atenuar severamente la oscilaci¢n, pero no exageradamente; pues
tambi‚n restar¡an mucha eficiencia a la fuente, puesto que tanto act£an con
la oscilaci¢n como en los per¡odos activos del sistema. El resistor, entonces,
discipa en forma de calor parte de la energ¡a extra¡da al circuito oscilante
parasitario.
El Clamper, en cambio act£a rectificando los picos de la se¤al a ate-
nuar, para si, despu‚s, disciparlo en el resistor. Cuando viene el pico posi-
tivo de la oscilaci¢n, el diodo conduce, rectificando esa tensi¢n, y almace-
n ndola en el capacitor CC con la polaridad all¡ indicada. Una vez almacenada,
se discipa en el resistor RC. Esta red entra en acci¢n simult neamente con el
diodo principal, o sea en el per¡odo f2 de la figura 3 del texto anterior. Al
ser el diodo m s chico, normalemnte basta un diodo de 1A, es naturalmente m s
r pido que el de salida, recortando la amplitud del ringing generado en ese
sector de la fuente. El valor del capacitor no es cr¡tico en cuanto a su capa-
cidad, pero debe poder soportar una tensi¢n de aislaci¢n m¡nima igual a la de
salida multiplicada por la relaci¢n de vueltas entre los bobinados mas un
m rgen de seguridad. Para fuentes que entran con los 220V rectificados (300V)
suelen usarse capacitores cer micos de 1KV. El resistor forma una constante
de tiempo con el capacitor, cuya duraci¢n depende de la cantidad de energ¡a a
absorver, y la tensi¢n m xima admisible en el drain del MOSFET (VDSS). Si esa
constante es demasiado larga, la diferencia de potencial en bornes del capa-
citor es grande, y la energ¡a extra¡da, demasiado poca. Un valor muy chico,
desperdicia mucha potencia en forma de calor. N¢tese que esta red hace actuar
al devanado primario como si fuera un secundario, descargando la inductancia
de dispersi¢n de dicho bobinado (Ld1 de la figura 2 del cap. anterior). El
diodo, adem s est sometido a un pico inverso igual a la tensi¢n almacenada
en el capacitor CC m s la de entrada, v‚ase que desde el punto de vista del
diodo, ambas est n en serie, sum ndose cuando el MOSFET conduzca.
Los valores de un Snubber, en cambio son un poco m s dificultosos de
elegir. Normalmente, se agrega una capacidad sin la resitencia, como para
llevar a la frecuencia de oscilaci¢n a la mitad de la original. Es decir, que
se adiciona una capacidad igual a las del circuito. Entonces, se agrega resis-
tencias en serie con ‚l, como para limitar la amplitud de las oscilaciones a
un valor que no cause problemas. Una vez m s; un valor ¢hmico demasiado chico
no carga lo suficiente al tanque parasitario, y un valor demasiado elevado
genera demasiadas p‚rdidas en la parte activa de la forma de onda. Dado que
los capacitores deben actuar con se¤ales de RF de amplitudes y frecuencias
relativamente elevados, suelen utilizarse cer micos, y rara vez de poli‚ster,
especialmente en el clamp. Los resistores suelen ser de carbono, o de metal
film, pues los resistores de alambre son notoriamente inductivos, pudiendo in-
troducir nuevos problemas.
+oÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÂÄÄ´>ÃÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄo+
³ ø³ ³ ³ ³
³ RS Û º Û ³ D ³
³ L1 Û º Û ³ ³
³ ÚÄı±±Ä¿ Û º Û ³ ³
³ ³ ³ ³ ³ø ± ³ Figura 2: Otra forma de
³ ÃÄÄ´>ÃÄÁÄÄÄ´ÃÄ´ ³ ± RS ³ usar Subbers y Clampers
³ ³ DS CS ³ ³ ± ³ en una fuente conmutada.
³ ³ ³ ³ ³ ³
ÄÄÁÄÄ ³ ³ÄÄÙ ³ ÄÁÄ ÄÄÁÄÄ
ÄÄÂÄÄCi³ oÄÄÄ´<Ä¿ ³ ÄÂÄ ÄÄÂÄÄ Co
³ ³ ³ÄÄ´ ³ ³ CS ³
³ ³ oÄÄÄÄÄÄ´ ³ ³ ³
-oÄÄÄÄÅÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÄÄo-
ÄÁÄ MOSFET ÄÁÄ
GND1 GND 2
La figura 2 muestra una variante, desde que el snubber se aplica al
devanado de salida del inductor acoplado, en lugar de estar en paralelo con
el diodo. Su forma de actuar es similar, puesto que el (los) capacitor(es)
de salida de la fuente se suponen un cortocircuito para tales frecuencias.
Pero, algunas veces, por cuestiones del reducido espacio disponible en las
cercan¡as del diodo, se prefiere esta conexi¢n alternativa. Tambi‚n se puede
apreciar el uso de un snubber polarizado sobre el circuito primario. Es otra
configuraci¢n menos utilizada, pero que tambi‚n cumple su cometido. Ac , se
la ubica sobre el switch en lugar de sobre el bobinado, pero su accionar es
similar; adem s se observa que el resistor ahora se halla en paralelo con el
diodo en lugar de estarlo con el capacitor.
Existen en la actualidad, circuitos de clampers activos que incorporan
un segundo MOSFET con el objeto de "capturar" la se¤al a clampear, y reci-
clarla en lugar de desperdiciarla en calor, pero tales circuitos utilizan cir-
cuitos integrados espec¡ficamente dise¤ados a tal efecto, que todav¡a no se
han popularizado, por lo tanto son un poco costosos. Otros macanismos, parti-
cularmente en los converidores Forward y Fly Back, utilizan dos transistores
y dos diodos en lugar de un transistor solo, entonces la oscilaci¢n queda
autom ticamente clampeada a Ei, con lo cual se recupera esa energ¡a. Empero,
es necesario en ambos casos poder exitar un MOSFET que se halla conectado al
positivo de la entrada de tensi¢n, por lo cual se hace imperativo utilizar
alguno de los sistemas para exitar MOSFET's no conectados a negativo ya vistos
con anterioridad.
MF1
+ oÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿
Ei ³ ³ÄÄÙ ³ D3
³ oÄÄÄÄ´<Ä¿ Á ÚÄÄ´>ÃÄÂÄÄÄÄÄ¿
³ PWM1 ³ÄÄ´ ÚÄÄÄÄÄÄ¿ º ³ ø ³ ³
³ oÄÄÄÄÄÄÄ´ D2 Â ³ øÛ º Û n2 ³ ³
+ ³ ³ ³ ³ Û º Û ³ ³
ÄÄÁÄÄ Ci ³ ÃÄÄÄÙ n1 Û º Û ³ ³
ÄÄÂÄÄ ÃÄÄ¿ ³ Û º Û n2 ³ ³
- ³ ³ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ(ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ º ³ ³ ³
³ ³ ³ ³ + ³ Co ³ Rc
³ Á ³ÄÄÙ ³ ÄÄÁÄÄ ±
³ D1 oÄÄÄÄ´<Ä¿MF2 ³ ÄÄÂÄÄ ±
³  PWM1 ³ÄÄ´ ³ - ³ ³
³ ³ oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³ ³ ³
- oÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÄÄÙ
ÄÁÄ ÄÁÄ
GND1 GND2
Figura 3: Utilizaci¢n de dos MOSFET's
para una fuente switching sin clamps.
En la figura 3 vemos tal disposici¢n de cosas. Ac , los 2 MOS conducen
con simultaneidad. Se ve que en tal caso, se aplica una tensi¢n positiva al
extremo inferior del inductor mutuamente acoplado con n1 espiras. En ese
momento, se hace positivo el extremo inferior de n2, con lo cual D3 queda
polarizado en reversa. Por lo tanto, n1 llena de l¡neas de campo magn‚tico el
gap del n£cleo com£n con n2 y cualquier otro bobinado que fuera necesario in-
troducir. Todos ellos quedan bloqueados en este per¡odo de tiempo.
Cuando cesa la conducci¢n del par de MOSFET, el colapso de la corrien-
te que estaba circulando y que ya no puede hacerlo, obliga a todos los bobina-
dos acoplados a revertir su polaridad, con lo cual todos conducen extrayendo
energ¡a del gap, y volviendo a ser una DDP en cada uno de los terminales de
salida de la fuente. Como n1 se halla sometido a tal efecto tambi‚n, se gene-
ra una DDP que se suma a la propia debido a la descarga de la inductancia de
dispersi¢n del mismo bobinado. Tan pronto como esas tensiones y otras que pu-
dieran aparecer superen la tensi¢n de entrada Ei, los diodos D1 y D2 se tornan
conductores, rescatando esa energ¡a para un uso posterior sobre Ci. Como de
costumbre, es el criterio aplicado durante la fase de dise¤o de adoptar una
soluci¢n econ¢mica pero pobre desde el punto de vista del desperdicio de
potencia, o compleja pero de alto rendimiento como es esta alternativa que
estamos analizando.
Dado que los diodos s¢lo conducen corrientes peque¤as, se suelen
adoptar diodos de no m s de 1 amper, por lo general unos del tipo del UF4007
resulta suficiente, pero es imperativo que sean ultra fast, y de una tensi¢n
de pico inverso de al menos 2 veces Ei. Por otro lado, este sistema es incapaz
de actuar con la oscilatoria par sita f3 mostrada en el cap¡tulo anterior,
actuar solamente para con f2 y f1. De ser necesario, deben adoptarse los
mecanismos tendientes a apaciguarlas, siguiendo algunos de los vistos en los
p rrafos de mas arriba.
Con un correcto dise¤o, este circuito tambi‚n es utilizado para armar
convertidores Forward, dado que presenta, en este caso, la ventaja de que el
transformador no necesita bobinado de reset del n£cleo, y que cada MOSFET en
lugar de estar sometido a una doble Ei, s¢lo deben soportar Ei. Es decir, se
utiliza el doble de materiales, dos MOSFET y dos diodos, en contra de la con-
figuraci¢n tradicional que utiliza 1 solo de cada uno de ellos; pero con reg¡-
menes menos exigentes, y con las ventajas que se explicaron para el Fly Back,
en cuanto a recuperar energ¡a de los transitorios en lugar de disciparlos en
calor. La desventaja que proporciona, es que se requiere un driver para el
MOSFET superior, y que no presenta modo alguno de gobernar los tiempos y
tensiones de reseteo del n£cleo como en la topolog¡a Forward cl sica.
Final del cap¡tulo #26
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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