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Subj: Fuentes de Alimentaci¢n Conmutadas #34
Path: IZ3LSV<IK2XDE<PY1AYH<LU8DBJ<LW1DRJ<LW1DRJ<LW8DJW
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ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»
º FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS º
º Por Osvaldo LW1DSE º
ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍͼ
Al igual que en los amplificadores clase AB, los del tipo D tambi‚n
permiten utilizar con ventajas la conexi¢n "Bridge" o en puente, en cuyo caso
resulta similar a la configuraci¢n Full Bridge o puente H. Igual que ‚stos,
cuadruplican la potencia te¢rica m xima alcanzable, sin utilizar una fuente
de mayor tensi¢n.
MF1
oÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿
+Ei ³ ³ÄÄÙ Figura 1: la topolog¡a Full Bridge
³+ oÄÄÄÄ´<Ä¿ convertida en un amplificador clase D,
ÄÄÁÄÄ PWM1 ³ÄÄ´ o conexi¢n "Bridge".
ÄÄÂÄÄ oÄÄÄÄÄÄÄ´
C1 ³- ³
³ ³ A ÍÍÍÍÍ Lo/2
oÄÄÄÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÄÄ¿ ÃÄÄÁÄÄÄÛÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄ¿ +Eo
³ ³ ³ ³ ³ ³
GND C2 ³+ ÄÁÄ ³ ³ ³ ³
ÄÄÁÄÄ /// ³ÄÄÙ ÄÄÁÄÄ ³ ³
ÄÄÂÄÄ oÄÄÄÄ´<Ä¿ MF2 ÄÄÂÄÄ ³ ³
³- PWM2 ³ÄÄ´ ³ ³ ³
-Ei ³ oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³Co/10 ³ ³
oÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ³ ³ ±
ÄÁÄ ÄÄÁÄÄ ± Ro
MF3 /// ÄÄÂÄÄ ±
oÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ³2Co ±
+Ei ³ ³ÄÄÙ ³ ³
³+ oÄÄÄÄ´<Ä¿ ³ ³
ÄÄÁÄÄ PWM2 ³ÄÄ´ ³ ³
ÄÄÂÄÄ oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³ ³
C1 ³- ³ ³ ³
³ ³ B ÍÍÍÍÍ Lo/2 ³ ³
oÄÄÄÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÄÄ¿ ÃÄÄÁÄÄÄÛÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÙ -Eo
³ ³ ³ ³
GND C2 ³+ ÄÁÄ ³ ³
ÄÄÁÄÄ /// ³ÄÄÙ ÄÄÁÄÄ
ÄÄÂÄÄ oÄÄÄÄ´<Ä¿ MF4 ÄÄÂÄÄ
³- PWM1 ³ÄÄ´ ³
-Ei ³ oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³Co/10
oÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ³
ÄÁÄ
///
Comp rese a la figura 1 del cap¡tulo anterior, y obs‚rvese que el
canal superior es similar, a excepci¢n de que la inductancia del filtro pasa-
bajos se ha partido en dos inductancias iguales y de la mitad del valor cada
una respecto a la de aquella figura, que a trav‚s de la carga, resultan como
si estuvieran conectadas en serie, por lo tanto del mismo valor. En cambio,
n¢tese que la rama inferior del bridge, que a primera vista parece tambi‚n
similar. Sin embargo no lo es, pues los PWM de exitaci¢n de los MOSFET's
est n "enrocados" (Expresi¢n robada del juego-ciencia de ajedrez). De esta
simple manera, cuando la misma fase del PWM es aplicada a dos MOSFET's diago-
nalmente opuestas del bridge, las salidas del filtro, y por lo tanto la se¤al
de audio, se encuentran rotadas 180ø el‚ctricos. As¡ mismo, el capacitor de
salida del filtro, duplica su valor, y se lo divide en dos sectores para re-
partir las corrientes. Uno es 2Co, es decir, del doble del valor de Co del
circuito simple, y conectado entre los polos de la salida, y uno de peque¤o
valor, digamos Co/10 a efectos de mantener la simetr¡a de los canales res-
pecto de masa, y a su vez derivar a ella parte de las altas frecuencias m s
perjudiciales.
Entonces, mediante este conexionado, luego del efecto integrador del
filtro, se tiene que las salidas de audiofrecuencia se hallan en contrafase.
Si A se hace instant neamente positivo, B lo hace negativamente y viceversa.
Es decir que la diferencia de tensiones que ve la carga, es:
V = V - V (1)
AB A B
Dado que V = -V , se tiene:
A B
V = V - (-V ) = V + V = 2V (2)
AB A A A A A
Como que V y V pueden llegar te¢ricamente al valor de Ei,
A B
V = ñ2Ei (3)
AB
donde el doble signo ñ obedece a que las polaridades relativas ir n cambiando
cada medio ciclo de la se¤al amplificada.
La potencia se escribe:
P = Eý * R (4)
En nuestro caso vale:
Po = Eiý * Ro (5)
Sustituyendo en la (5) el valor de la (3):
Po = (2Ei)ý * Ro = 4 Eiý * Ro (6)
donde se ve claramente la cuadruplicaci¢n de la potencia con respecto a la
etapa simple (5). Aunque en la pr ctica no se alcanza esta cifra, por las ra-
zones anotadas en el cap¡tulo anterior, de cualquier forma es una importante
mejora. De la misma manera, t‚ngase en cuenta que el consumo sobre las fuen-
tes, tambi‚n se ha duplicado, pues se est aplicando el doble de tensi¢n a la
misma resistencia de carga.
MF1 Figura 2: la topolog¡a Full Bridge
oÄÄÄÄÂÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ convertida en un amplificador clase D,
+Ei ³ ³ ³ÄÄÙ o conexi¢n "Bridge", sin punto medio
³ ³+ oÄÄÄÄ´<Ä¿ en la fuente.
³ ÄÄÁÄÄ PWM1 ³ÄÄ´
³ ÄÄÂÄÄ oÄÄÄÄÄÄÄ´
³ ³- ³ ÍÍÍÍÍ Lo/2
³ ³ C1 ÃÄÄÄÄÄÄÛÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄ¿
³ ÄÁÄ ³ ³ ³ ³
³ /// ³ÄÄÙ ÄÄÁÄÄ ³ ³
³ oÄÄÄÄ´<Ä¿ MF2 ÄÄÂÄÄ ³ ³
³ PWM2 ³ÄÄ´ ³ ³ ³
³ oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³Co/10 ³ ³
³ ³ ³ ³ ³
³ ÄÁÄ ÄÁÄ ÄÄÁÄÄ ± Ro
³ /// /// ÄÄÂÄÄ ±
³ ³ ±
³ MF3 ³ ±
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ³2Co ³
³ÄÄÙ ³ ³
oÄÄÄÄ´<Ä¿ ³ ³
PWM2 ³ÄÄ´ ³ ³
oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³ ³
³ ÍÍÍÍÍ Lo/2 ³ ³
ÃÄÄÄÄÄÄÛÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÙ
³ ³
³ÄÄÙ ÄÄÁÄÄ
oÄÄÄÄ´<Ä¿ MF4 ÄÄÂÄÄ
PWM1 ³ÄÄ´ ³
oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³Co/10
³ ³
ÄÁÄ ÄÁÄ
/// ///
En la figura 2 se puede observar una versi¢n simplificada del mismo
circuito de la figua 1. Se ha eliminado la fuente negativa, pues no es del
todo necesaria. La desventaja en este caso, es que la carga, tiene en sus
dos bornes un valor medio de DC igual a la mitad de la fuente, lo que se
denomina usualamente como "offset" o de modo com£n. Esto £ltimo no afecta en
modo alguno el funcionamiento del full bridge.
MF1 Figura 3: la topolog¡a Full Bridge
oÄÄÄÄÂÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ trif sico, que permite exitar un
+Ei ³ ³ ³ÄÄÙ motor asincr¢nico o de inducci¢n
³ ³+ oÄÄÄÄ´<Ä¿ (Jaula de ardilla) a partir de una
³ ÄÄÁÄÄ PWM1 ³ÄÄ´ corriente continua.
³ ÄÄÂÄÄ oÄÄÄÄÄÄÄ´
³ ³- ³ ÍÍÍÍÍ Lo
³ ³ C1 ÃÄÄÄÄÄÄÛÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄ¿
³ ÄÁÄ ³ ³ U ³ ³
³ /// ³ÄÄÙ ÄÄÁÄÄ ³ ³
³ oÄÄÄÄ´<Ä¿ MF2 ÄÄÂÄÄ ³ ³
³ PWM2 ³ÄÄ´ ³ ³ ³
³ oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³Co ³ ³
³ ³ ³ ± ³
³ ÄÁÄ ÄÁÄ ± ³
³ /// /// B1 ± ³
³ ± ³
³ MF3 ± ³
ÃÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ± ³
³ ³ÄÄÙ ³ ³
³ oÄÄÄÄ´<Ä¿ ³ ±
³ PWM3 ³ÄÄ´ ³ ±
³ oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³ ± B3
³ ³ ÍÍÍÍÍ Lo V ³ ±
³ ÃÄÄÄÄÄÄÛÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´ ±
³ ³ ³ ³ ±
³ ³ÄÄÙ ÄÄÁÄÄ ³ ³
³ oÄÄÄÄ´<Ä¿ MF4 ÄÄÂÄÄ ± ³
³ PWM4 ³ÄÄ´ ³ ± ³
³ oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³Co ± ³
³ ³ ³ ± ³
³ ÄÁÄ ÄÁÄ B2 ± ³
³ /// /// ± ³
³ MF5 ³ ³
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ³ ³
³ÄÄÙ ³ ³
oÄÄÄÄ´<Ä¿ ³ ³
PWM5 ³ÄÄ´ ³ ³
oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³ ³
³ ÍÍÍÍÍ Lo W ³ ³
ÃÄÄÄÄÄÄÛÛÛÛÛÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÙ
³ ³
³ÄÄÙ ÄÄÁÄÄ
oÄÄÄÄ´<Ä¿ MF6 ÄÄÂÄÄ
PWM6 ³ÄÄ´ ³
oÄÄÄÄÄÄÄ´ ³Co
³ ³
ÄÁÄ ÄÁÄ
/// ///
En la figura 3 vemos un circuito esquem tico de un inverter, de los
normalmente usados en la industria como variadores de velocidad de motores
asincr¢nicos trif sicos. B1, B2 y B3 son los devanados del motor conectados
(en este caso) en tri ngulo o "delta"; pero se aplica igual a conexiones en
estrella "star", seg£n se requieran. Las se¤ales ingresadas al amplificador
son PWM's usualamente generados en una l¢gica implementada con un microcon-
trolador, que var¡a la amplitud de la senoidal recompuesta en proporci¢n di-
recta con la frecuencia aplicada al motor. De esta manera se mantiene el
estado magn‚tico de la m quina en su punto ¢ptimo. Ei usualmente resulta ser
una tensi¢n de 540 VDC provenientes de un puente rectificador o de Greatz
directamente desde la red de 3 * 380VAC, filtrados con alguna capacidad rela-
tivamente grande ( C1> 2 * 470æF 400V puestos en serie). Los elementos de
filtrado Lo y Co por lo general se omiten, salvo algunos casos muy espec¡fi-
cos. Por lo tanto, y dado que la frecuencia m xima aplicada al motor rara vez
supera los 100Hz, la frecuencia de sampling de la potencia se elige alrededor
de los 4 KHZ, para no sobrecalentar las bobinas del motor por la corriente de
alta frecuencia que inducir¡a elevadas p‚rdidas por corrientes de Foucault en
las chapas del n£cleo. Ese tipo de p‚rdidas crecen con la frecuencia al cua-
drado.
A pesar de haber dibujado 6 MOSFET's, y teniendo en cuenta las bajas
frecuencias involucradas en este tipo de configuraci¢n, y para reducir las
p‚rdidas, se utilizan IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistor), que se los
encapsula en forma de un pack con las seis unidades ya interconectadas, y
adem s en algunos casos existe un s‚ptimo IGBT conectado con una resistencia
de alta discipaci¢n para efectuar el frenado regenerativo (Se exita al motor
de tal forma que act£e como generador, transformando la inercia mec nica
propia y la de la carga arrastrada en una corriente cont¡nua, que de no ir-
radiarla en forma de calor har¡a estallar a Ci y el circuito de los IGBT
principales, avalanch ndolos). Otras veces, en dicho pack seincluye tambi‚n
el puente rectificador, logrando de esta manera unidades muy compactas y con
bajo costo de dise¤o y montaje.
Fin cap¡tulo #34
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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