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o5~ Fuentes de alimentaclon para equipos de imagen
La fuente de altrnentacion es como sabemos el circuito encargado de proporcionar la energia a los diferentes procesos de un equipo Su rnision es fundashymental puesto Que debe dotar de las tensiones de polashyrizacion adecuadas a cada etapa y ser capaz de surnishynistrar la corriente suficiente para que los demas circuitos trabajen adecuadamente
Los equipos de imagen son una familia de aparatos bastsnte heteroqenea Las necesidades de una carnara de video no coinciden con las de un magnetoscopio y eso nos lleva a utilizar Fuentes de alimentacion de diferentes ti pos En esta Unidad estudiaremos tres estructuras diferentes cada una con sus propias aplishycaciones
~ ~ t Fuentes de alimentacion lineales
Principio ii de funcionamiento
Una Fuente de alimentacion lineal se encarga de proshyporcionar a partir de la tension alterna de la red elecshytrica las tensiones y corrientes necesarias en los difeshyrentes circuitos que forman un equipo Para ella utiliza una estructura como la que aparece en la Figura 151 basada en cuatro bloques basicos
bull Transformad6n Adapta el nivel de la seiial de red a la tension necesaria para alimentar el circuito La entrada y la salida son tensiones alternas
bull Recti~n Transforma la serial alterna del transformador otra cuya corriente no cambia de
)( Transformaci6n
Entrada de red
Fig 151 Estructura basica de una fuente de alimentaci6n lineal
bull Fuente de alimentation lineal Es la de uso mas generalizado en equipos eiectronicos La encontrashyremos en los magnetoscopios en las cabeceras de amplification de antena etcetera
bull Fuente de alimentaci6n conmutada Permite suministrar una gran potencia con un tamaiio redushycido La practice totalidad de los receptores de television utilizan este tipo de Fuente
bull Convertidores DCDC Si el suministro de energia procede de una bateria utilizaremos un convertishydor para conseguir las tensiones de polarizacion Las camaras de video incorporan este tipo de cirshycuitos
sentido La tension de salida sera continua de tipo pulsatorio
bull Filtrado Reduce las variaciones de la tension de salida del rectificador As] la seiial va adoptando un nivel mas 0 menos estable aunque existira aun un cierto rizado en la tension de salida del filtro
bull Estabilizacton Tarnbien llamada regulaci6n se encarga de que la tension de salida mantenga en todo momenta el valorexacto que se necesita para polarizar el circuito Para ella regula su resistencia interna de forma Que neutralice las fluctuaciones de la tension de fntrada Su funcionamiento es lineal lo que da r(Jmbre a toda la estructura de la Fuente de alirnentacion
to
Salida
Filtrado
5 Fuentes de allmentaclon 152 Fuentes de alimentaci6n lineales
CircuitosB~ reales
Utilizando este principio fundamental podemos enconshytrar numerosas fuentes de atimentacion si bien su estructura se adapta a las necesidades del aparato al cuaL suministraran energia En La figura 152 aparece una fuente de alirnentacion lineaL compLeta como La que podriamos encontrar en un magnetoscopio 0 un Lector de OVO Aunque a primera vista puede parecer muy compleja si La analizamos con detenimiento veremos que su funcionamiento es bastante sencilLo Sobre el esquema se han resaltado Las diferentes areas funcionaLes utiLizando Los mismos colores que en La estructura basica Como podemos observar aparecen Los bLoques estudiados formando varias configuracioshynes diferentes Iarnbien tenemos bLoques nuevos que compLementan 0 mejoran eL disefio basico
El circuito toma la tension de red y tras pasar porun fusibLe de proteccion La LLeva hasta un primer fiLtro que no aparece en La estructura basica Se trata de un filtro de red de tipo paso bajo que bloqueara cuaLshyquier serial transitoria de aLta frecuencia que pudiera existir en La red electrica evitando asi que entre en nuestro aparato Acontinuaci6n La serial aLterna de red se aplica al primario deL transformador situado entre Los contactos 1 y 2 Sabemos que un transformador s6Lo puede tener un primario por eL cuaL se Le apLica la enershygiadesde La red Sinembargo podremos encontrar que eL circuito tiene varios secundarios entre los que se disshy
tribuira la potencia deL primario segun La cantidad de espiras de hilo que contengan Cada uno de estos secundarios realizara una funci6n distinta creandose a partirde ellos tensiones diferentes segCtn Las necesidashydes de poLarizaci6n de Los circuitos deL equipo
EL primero de Los seeundarios proporciona una tension alterna de4 V quese extrae directamente de La fuente Esta tension aLterna se necesita para caldear Los filashymentos de Las oantallas fluorescentes deL frontaL del aparato Tarnbieri sta esta pequefia pantaLla LLegara La tensi6n de - 25 Vq e genera a partir del secunshydario inferior deL esquema e Los puntos 8 y 9 deL transformador Desde estos termin se L va la serial hasta eL rectificador de media onda 06 uyo anode tendremos ya una tension negativa de car or pulshysante Esta tension se filtrara a traves de La red formada par C8 C9 YL3 obteniendo asi una tension que aun conteniendo un cierto rizado se mantiene en torno a Los 25 Vnegativos
Entre Los terminales 7 y 8 del transformador obteneshymos La sefial procedente de otrode Los secundarios deL transformador Esto nos permite estabLecer otra cadena de alimentacion que contara con el diodo 05 como eLemento rectificador tambien en confiquracion de media onda Una vez rectificada La sefial pasa a La etapa defiLtrado formada en este caso por C6 C7 y La bobina L2 La misi6n de esta etapa de alimentacion sera polarizer los circuitos digitaLes con una tension continua de 5 V Estos circuitos integrados necesitan
Fig 152 Esquema electtico de una
fuente de alimentashyCshy cion lineal
-----------J~
1)-------------------------1 AC4V
e---------+--------1 +5V
GND
ltshy 1iltmiddot~ bull c ~15 Fuentes de allmentaclon 152 Fuentes de alimentaci6n lineales
que la tensi6n de alimentaci6n no tenga fluctuaciones de voltaje por lo que sera necesario utilizar una etapa deestabilizaci6n De ellase encarga el popular circuito 7805 que fijara la tensi6n de salida a 5 Vde forma permanente Por ultimo el condensador C8 elirninara cualquier posible ruido generado porel propio circuito estabilizador 0 por su carga Como vemos esta red de alimentaci6n cum ple con una disposici6n fisica muy sencilla con todos los preceptos de la estructura basics de la fuente de alimentaci6n
La ultima de las lineas de alimentaci6n toma la serial del secundario situadoentre losterminales 5 y 6 del transshyformador que dara paso a un rectificador en puente que utiliza los diodos Dl a D4 Estamos ante la red de alishymentaci6n principal del aparato y nos interesa utilizar los dos semiciclos de la serial alterna para aprovechar mejor la energia del transformador y tener un rizado menor en lasalida Los condensadores C2 y C3 se encarshyqaran de filtrar la serial rectificada Como es habitual se utilizan condensadores de gran capacidad (C2 = 2200 IJ F) para filtrar lossemiciclos de la serial rectificada La capacidad de C3 es insignificante si la comparamos con la de [2 par lo que no afectara al filtrado de la serial de 100 Hz de la salida del rectificador Este condensador se encarqara de derivar amasa sefiales de frecuencias mas altas quedando asi limpia la serial de cualquier ruido electrico Aqui tambien se ha dispuesto un segundo fusible que proteqera la linea principal de alimentaci6n de corrientes superiores a 15 A
La serial filtrada se aplica ahora al estabilizador Ul cuya tension de salida defi nida por las resistencias R2 y R3 sera de 15 Vde corriente continua Esta tensi6n servira ra alimentar motores y dispositivos que preshy
cisen de una cierta potencia dentro del aparato Pero la mayor parte de los circuitos integrados se alimentaran a 12 V por lo que se monta un segundo circuito estashybilizador que a partir de esta tensi6n de 15 voltios obtiene los 12 Vde alimentaci6n general En la mayoshyria de los equipos electr6nicos actuales encontraremos la posibilidad de entrar en el modo de stand-by en el que el aparato tiene inactivas la mayoria de sus funshyciones pero permite la reactivaci6n a traves del mando a distancia Este modo de funcionamiento obliga a que la fuente de alimentaci6n permanezca siempre en funshycionamiento puesto que debe suministrarenergfa al sistema de control de funciones para que detecte la entrada de datos desde el receptor del mando a distanshycia Paralelamente la fuente debera ser capaz de desshyconectar aquellos circuitos no imprescindibles redushyciendo asi el consumo durante este estado de repose Estas operaciones se consiguen a traves del transistor Ql que polarizado a travesde las resistencias Rl y R4 actuara como interruptor electr6nico trabajando entre los estados de corte y saturaci6n
Cuando se conecta el equipo a la red el transformador recibe la serial alterna y la transfiere a lossecundarios Sequn hemos estudiado se qenerara la tensi6n de + 5 voltios para alimentar al microprocesador de control y al receptor de infrarrojos por lo que este dispositivo entrara en funcionamiento Iarnbien se generan las tenshysiones necesarias para que el visualizador funcione pudiendo mostrar en este estado porejemplo un reloj sobre la pantalla del equipo Sin embargo el sistema de control mantendra el equipo en stand-by porloque el transistor bloqueara el funcionamiento del estabilishyzador U1 no existiendo entonces las tensiones de+ 15 Y+ 12V Al pulsar la tecla deencendido bien en el proshypia aparato 0 a traves del control remote el sistema de control activara la lineaonoff y con ella al transistor Q1 que perrnitira que el estabilizador U1 y porconsishyguiente el U2 suministren las tensiones necesarias para iniciar el funcionamiento de todo el aparato
Aunque en este esquema se han utilizado estabilizashydores integrados estos circuitos pueden adoptar estructuras muy dispares Podremos encontrar estabishylizadores simples formados por un diodo zenery una resistencia limitadora y tambien circuitos reguladores a transistores Sin embargo el nivel de integraci6n va en aumento y tambien es posible encontrar circuitos integrados que contienen todos los estabilizadores que el equipo necesita para funcionar lo que si bien simshyplifica notablemente el cableado hace que el circuito
2-3 PW-l 2 3 BOARD POWER SUPPLY CIRCUIT DIAGRA
r - - - 1 IC5~1 Slk~JltH VOLTAGE REG AIOR PW-2 I
ALWAr$ -45V
ALWAYS 55V TG CP-I (PW-Al
Clb4 J JW5J I
0451 I
t GNO I~H
6 LWAYs--13-i(~)
GNO MCI
AC 2N AC29V
9 JIoLWAlS 5V a l-~A-YSi3vi IgtlH ~
-~~n I GND =J II GNO
-5101 fogt 51( 1-0 5gtlt IIgt
-j--------shy
PW-l GNO PI-lJI21SPr-GIT
--t--r---6~gt~---shyI~OO~ 2iO~
(1ltgt2 2C1~ bull
OS101 15$24
Ihi Jr~~ 0
I I
Fig 153 Fuente de alishy
mentaci6n con
--- --- ---- --_-shy
con pocos componentes hace quesean faciles de repashyrar al diferenciarse facilmente sus distintas areas funshycionales Sin embargo la utilizaci6n de un transformashydor a frecuencia de red hace que su rendimiento sea bajo con excesivas perdidas de energia que obligan a aumentar su tamafio y peso Por eso euando el consumo
t)II01OO102---DSFlorcestabilizador 051030510middot--GlI0DL bull _O_5-OSI0B---DSlltIOCLintegrado
no sea tan intuitivo En la figura 153 se puede obsershyvar una Fuente de alimentaci6n quetiene centralizados los circuitos de estabilizaci6n en el regulador de tenshysi6n multiple STK 5446
Las Fuentes de alimentaci6n lineales son como ya hemos comentado los sistemas de alimentaci6n de utishy empieza a elevarse se plantean otros tipos de Fuente de lizaci6n mas difundida Suestructura clasica sencilla y alimentaci6n que estudiaremos a continuaci6n
153 Fuentes de allmentacion conmutadas
Frente a las clasicas Fuentes lineales cada vez son mas los fabricantes que deciden montar sistemas de alishymentaci6n conmutados Sus ventajas son evidentes ya que su mejor rendimiento enerqetico hace que se calienten menos al tiempo que disminuyen su tamaiio y peso Paralelamente un consumo mas bajo supone utilizar componentes de menor potencia reduciendo asi los costes del circuito
A Principio 1 ti de funcionamiento
El diagrama basico de unaFuente de alimentaci6n conshyll mutada aparece representado en la Figura 154yesmiddot
sensiblemente distinto al de las Fuentes lineales En primer lugar la tension que llega de la red electrica se rectifica directamente sin utilizar transformador de entrada Este rectificador generalmente de doble onda entrega la serial pulsatoria de SlJ salida a un filshytro que obtendra una onda de nivel mas estable Mediante estos dos bloques se erea una Fuente de alishymentaci6n primaria que proporciona una tensi6n conshytinua de mas de 300 V que tendra fundamentalmente dos funciones
a) Sera la base de la cual obtendremos los pulsos necesarios para el funcionamiento del resto del cirshycuito
-----------======= -- 15 Fuentes-de-alsmenteclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
Enlrada dered
ffiJ[L WL
b) Una vez reducido su valor mediante resistencias servira para alimentar inicialmente el oscilador y el comparador que aparecen en el diagrama
Al recibir alimentacion el oscilador ernpezara a geneshyrar una onda de varias decenas de kilohercios que se aplicara al modulador PWM En su estado de inicio este modulador sacara porsu salida un pulso generado a partirdel oscilador quese aplicara al conmutador Este elemento formado casi siempre por un transistor se polariza en estado de saturacion cuando recibe el pulso del modulador y se situa en corte cuando no recibe serial de excitacion Por 10 tanto los pulsos procedentes del modulador serviran para trocear la tension contishynua que tiene el conmutador en su entrada aplicanshydole al transformador unos impulsos de alta frecuencia y elevada tension Esta operacion hace que se conozca este tipo de Fuente como chopeada por el terrnino inqles chopper (troceador)
En este punto del circuito utilizaremos un transformador como medio para adaptar la tenshysion de entrada a las requeridas por los circuishytos a alimentar Sin embargo la frecuencia de La serial que se le aplica es mucho mayor que en las Fuentes lineales lo que reduce sensibleshymente las erdidas de este componente De hecho tarnafio de este transforrnador es muc menor que el utilizado para conseguir u potencia de salida simiLar en las Fuentes ineales Al aplicarle los pulses en el secundashyrio del transformador tendremos una sefial alterna si bien no es de tipo senoidal Para obtener a partir de esta serial La tensi6n contishynua de alimentacion utilizaremos una segunda red de rectificaci6n y filtrado A diferencia de la primera ahora no sera necesario utilizar recshy
r---~~
Salida
RUm
Fig 154 Principia de funcionamienta de unafuente canmutada
tificadores de doble onda puesto que la mayor freshycuencia de la serial hace mas sencilla la obtencion de una tensi6n constante Esta razon hace que tambien la capacidad necesaria en los condensadores de filtrado disminuya e incluso que en muchos casos no sea neceshysaria la utilizacion de estabilizadores posteriores
B Tecnicas de regulad6n en ifgt fuentes conmutadas
Para poder mantener la tension de salida constante las Fuentes conmutadas establecen un lazo de realimenshytad6n Este bucle se forma a partir de la tensi6n del secunda rio del transformador del cual se obtendra una muestra para conocer los posibles cam bios que se proshyduzcan en la tension de salida Estos cambios suelen suceder cuando se modifica el consumo de potencia del circuito al que se alimenta y debemos establecer un sistema que los neutralice El sistema empleado consisshy
Regulaci6n par frecuencia variable
In-----L~ tan gt1 ton _
Frecuencia minima = t onmaximo = energia maxima v
Frecuencia maxima =t onminima =energia minima
Fig 155 Sistemas de regulaci6n enfuentes canmutadas
15 Fuentes de alimentaci6n 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
te en comparar La muestra de la tension del secundario con una tension de referencia y modificar la energia que el conmutador aplica al primario del transformador para conseguir compensar lasvariaciones de la tension de salida de la fuente de alirnentacion Como vimos el oscilador es el encargado de marcar el ritmo de trabajo delinterruptor Para poder mantener la tension de salida estabilizada debemos modificar el tiempo en el que el conmutador permanece aplicando tension sobre el prishymario deltransformador denominado tiempo de activashycion (tn~ Esto se puede lograr de dos modos distintos
bull Variando la frecuencia de la sefial Si aplicamos una serial de frecuencia variable al conmutador estaremos modificando la cantidad de enerqia que se inyecta al transforrnador Una seiial de alta freshycuencia tendra durante poco tiempo el conmutador activado por lo que la cantidad de energia transshyferida al primario sera pequeiia Al disminuir la freshycuencia de conrnutacion se aumenta paralelamente el tiempo de activacion y con el la cantidad de energia que recibe el transformador
bull Variando la duraci6n de los pulsos Otra posibilishydad de modificar la cantidad de campo maqnetico que se induce en el transformador consiste en variar el cielo de trabajo de la seiial de control del con-
a) Mediante secundarioespecifico
Zona noaislada
b)Mediante transformador separador
c)Mediante optoacoplador
Fig 156 Temicas de extracCi6n de la miiestra de regultldon
mutador Aunque la frecuencia no vane si manteshynemos mas tiempo el pulso a nivel alto pasara mas corriente a traves del prirnario Por lo tanto una seiial de anchura de pulso variable (PWM) podra ser adecuada para regular la cantidad de energia quese aplica sobre el transformador de forma que se manshytenga estable la tension de salida de la fuente
Cualquiera de las dos opciones supone quejunto al comshyparador tendremos un circuito modulador encargado de modificar laseiial delosciLador SegOn elequipo concreto podremos encontrar fuentes quetrabajan porfrecuencia variable por anchura de pulsos variable e incluso que comshybinan las dos tecnicas simultaneamente Esto supone que el comparador tendra asociado un sistema de control que rnodificara los parametros de laseiial quese aplica al conshymutador en funcion de las variaciones detectadas en la muestra de latension desalida
C Extracci6n o de la muestra
Como ya comentamos en la Unidad 8 el transformador de las fuentes de alimentation adernas de servir para cambiar elvalor de La tension de entrada proporciona un aislamiento qalvanico muy interesante como medida de proteccion ante descargas electricas En el caso de fuenshy
tes conmutadas la zona conectada directamente a la red se abarcara toda la fuente primaria el conshymutador el oscilador y el sistema de control adeshymas del primario del transformador En el disefio resulta fundamental no conectar zonas aisladas de la red con otras que no lo estan por lo que tenshydremos circuitos totalmente independientes a uno y otro lade del transformador Ineluso las masas seran diferentes lo que nos obliqara a considerar dedonde tomamos la referenda a la hora de realishyzar medidas en el circuito Sin embargo si obsershyvamos el diagrama de bloques notaremos que hay una linea queincumple laseparation imprescindishyble entre lasdoszonasde la fuente se trata de la linea de retorno de la rnuestra necesaria para la requlacion En realidad vamos a ver como esta linea transfiere su informacion sin necesidad de tenercontacto Fisico con lazona no aislada delcirshycuito
Precisamente una de las caracteristicas que difeshyrencian unas fuentes conmutadas de otras es la forma de extraer esta muestra pudiendo enconshytrar tres tecnicas distintas
--------------------------
15 Fuentes de allmentacion 153 Fuentes de alirnentacion conmutadas
Ff T250V 3A
Fig 157 Esquema ellictrico de una fuente conmutada
bull Mediante unsecundario especifico La forma mas comun es diseiiar eL transformador de modo que contenga un secundario espec1fico para La toma de La muestra De esta forma se tendra una referencia fieL de La energiaque circuLa por eL transformador y aL tomar La seiiaL mediante induccion deL campo maqnetico generado por eL primario no existira contacto aLguno con eL resto de Los secundarios
bull Mediante un transformador separador Si quereshymos tomar La muestra desde eL secundario de La fuente podemos coLocar un pequeiio transformashydor que transfiera La seiiaL hacia eL comparador Asi tendremos garantizada La separacion qalvanica entre Las dos areas deL circuito
bull Mediante un optoacoplador Para transferir una seiiaL sin contacto fisico podemos optar por conshyvertirla en seiiaLes lurninosas y transferirla en este formato hasta un fototransistor que La devolvera aL pLano electrico A diferencia de Los otros dos m dos La muestra se tomara desde La saLida de
fuente por Lo que se trata de un niveL de tenshysion continua en Lugar de una seiiaL aLterna En eL
AC ZJfJV 50Hz C1
LrI~7
------------GEJ
----------------Qill
mercado existen componentes que en una pequeiia capsula simiLar a un circuito integrado incorporan eL diodo emisor de Luz y eL fototransistor por Lo queeste sistema resultara comedo barato y fiabLe aL mismo tiempo
Circuitos o reales
Una vez que hemos estudiado Los aspectos basicos de Las fuentes conmutadas podemos afrontar eL analisis de un circuito real En La Figura 157 podemos ver eL diagrama de una fuente de alirnentacion conmutada de uso muy extendido en Los receptores de television Para simpLificar su comprension se han eLiminado algushynos componentes de menor reLevancia representando solo los mas importantes Sobre eL esquema se han marcado Los diferentes hloques con Los mismos coloshyres utiLizados en el diagrama de La Figura 154
En eL circuito como ya ocurriera en La fuente LineaL que estudiamos anteriormente La seiiaL de red entra a traves de un fiLtro de radiofrecuencia para evitarseiiales espushy
_----------------
15 Fuentes de allmentaclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
gt ~
5 ~sdiv
a) Seiialdesalida depulsos del regulador
Fig 158 Seiiales en lafuente de alimentaci6n conmutada
rias que pudieran perturbar el funcionamiento delequipo A continuacion encontramos la fuente de alimentation prirnaria formada por el puente rectificador de entrada (diodos 01 a 04) y el condensador de filtro C2
Paralelamente a esta linea de aiirnentacion observamos el conjunto de componentes 05R1 que aparecen conectados directamente a la tension alterna de entrada Estos componentes se encarqaran de proporshycionar la tension de alirnentacion inicial al circuito integrado U1 que realiza las funciones de oscilador modulador PWM y comparador estando a su cargo el control de los pulsos de conrnutacion Este regulador conmutado del tipo TDA 4601 utiliza un sistema de control mixto variando al mismo tiempo la frecuencia de los pulsos y su anchura para mantener constante las tensiones de salida de la fuente
Al conectar el aparato en diodo 05 rectificara el prishymer semiciclo positivo que aparezca en la red mienshytras que R1 atenuara su valor Oe esta forma el circuito integrado U1 ernpezara a generar pulsos por su termi-
Oibuja las formas de onda y comenta cuales son las sefiales que encontraremos sobre el circuito de la Figura 157 si medimos en los ~
siguientes puntos I
bull Ierminal B de U1 bull Ierminai tu del transfcrmador I bull Colector de Q1 bull Catodo de 011 I bull Terminal 5 del transformador bull Terminal 3 de U2 1
- bull Terminal 3 de U1 i
5 ~ sdiv
b)Seiial enel colector deltransistor conmutador
Analisis de sefiales
nal numero 8 Estos pulsos atravesaran C3 polarizando la base del transistor Q1 Al recibir el primer pulse este transistor pasara a saturaci6n quedando su colecshytor unido a la masa viva del circuito En ese memento la diferencia de potencial entre los extremos del prishymario del transformador (bobinado 1-2) hara que cirshycule corriente por ella creandose campo rnaqnetico en el interior del transformador Estaenergia provocara la aparici6n de corriente inducida en todos los secundashyrios del transformador distribuyendose para diferentes aplicaciones
Justo debajo del primario aparece entre los contactos 3 y 4 el secundario que proporcionara la alimentacion del sistema de control de conmutaci6n Este bobinado creara entre sus terminales una tension alterna que se rectificara en el diodo 07 y se filtrara en el condensashydor C4 convirtiendose asi en continua Esta tension recuperada del transformador es superior a la que llega a traves del diodo OS por lo que una vez que la fuente se pone en funcionamiento se producira una autoalishyrnentacion del circuitointegrado a traves de esta linea
Para estabilizar la tension de salida esta fuente utishyliza una muestra tomada a partir del secundario 5-6 del transformador Oe forma parecida a la anterior la seiial captada por esta bobina se rectifica por 08 solo que ahora nos quedaremos con los semiciclos negativos ya que el circuito comparador trabaja con tension neqativa El condensador C5 filtrara la rnuesshytra antes de aplicarla al comprador de control La resistencia R3 adaptara la tension de la muestra a los marqenes de funcionamiento del comparador y el potenciometro P1 servira para regular la tension de salida de la fuente
La zona aislada de la red a la derecha del transformashydor nos resulta familiar puesto que el circuito es basshytante parecido al utilizado en las fuentes lineales Segun las necesidades del circuito encontraremos un numero mayor 0 menor de fuentes de alirnentacion secundarias En este caso todas se nutren de un mismo bobinado con tomas intermedias para las diferentes tensiones y con una misma referencia cornun que se tornara en el terminal 11 del transformador Es imporshytante notar que la masa conectada a este punto (que sera la masa efectiva de los circuitos del aparato) tiene un simbolo diferente de la que aparece por ejemplo en el pin 6 Como ya vimos se trata de puntos difeshyrentes del circuito para respetar el aislamiento que proporciona el transformador ~~=~-o~~=~~=--~-n~=--YO~~$~-==-~==lt=~~=V1=~=J
15 Fuentes de alimentaci6n t54C~n~Hd~reDClDC
Entrad a dered muestra de cornparacion y can ella ajustashy
Filtro primario Filtro dered remos la tension de salida
Fillros secundarios Rectificador
primario
Del terminal 8 del transformador tomaremos la tension mas alta de la fuente que servira
Reclificadores secundarios
para alimentarel amplificador de salida horishyzontal del televisor Un rectificador de media onda y un filtro de tipo L-C serviran para
Transformador Regulador suministrar una tensi6n constante Como es la linea de mayor consume se suele montar un fusible especifico que proteqera la Fuente de alirnentacion ante posibles averias en la
Conmutador etapa de deflexi6n
Con una estructura similar a la anterior el terminal 9 alirnentara los circuitos que requieran una tension media y con estabilishyzadores posterioresmiddot podremos conseguir otras de menor valor que alimentaran por
5i en el circuito a aLimentar se produce un aumento de ejemplo al sistema de controlde funciones La Fuente consumo el secundario correspondiente absorbers mas secundaria mas compleja parte del terminal 10 del campo rnaqnetico del transformador Al reducirse el transformador Aqui aparece un sistema regulado por campo rnaqnetico que queda disponibLe para el resto el estabilizador U2 que tiene conectado un circuito de en el secundario de muestreo disminuira la tensi6n de activacion a traves del transistor 02 Como hemos estushysalida Una vez rectificada y filtrada la muestra de tenshy diado anteriormente desde esta linea se alirnentaran sion continua tambien tendra menor valor por lo que los circuitos de sefial del equipo cuando se reciba la el comparador disrninuira la frecuencia y aumentara la orden oportuna desde el microprocesador de control anchura de los pulsos de conmutaci6n Con esta opeshyradon se mantendra activo durante mas tiempo el transhysistor 01 aplicandole mas energia al transformador para suplir el incremento de demanda
Como vemos la cantidad de enerqia que se aplica al Avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada transformador y por lo tanto la tensi6n que aparecera en los secundarios depende de la tensi6n del terminal 3 del circuito integrado Par lo tanto si coLocamos una resistencia ajustable podremos variar el valor de la
154 Convertidores DCDC
lador que sera modulado para obtener los impulses de rn Principio conmutaci6n Esta modularion estara controlada par la
i- de funcionamiento comparacion de una muestra de la salida respecto a una tension de referencia interna En este caso al parshy
En realidad un convertidor DCDC es una Fuente de alishy tir de una tension de bajo valor el transformador se mentaci6n conrnutada a la cual se le ha suprimido la encarqara de elevar el nivel de la tension de entrada Fuente de alimentaci6n primaria Realmente no la hasta la que se necesite en los circuitos a los que alishynecesita puesto que su funcion la realiza la propia mentara Como no esta conectado a La red este cirshybateria A partir de esta tensi6n se alimenta un osci- cuito no requiere las precauciones de la Fuente de ali-
Fig 159 Detalle de los elementos principales en unafuente de alimentad6n conmutada
Ii Realiza un arbol de seguimiento que desarrolle la investigaci6n de i una avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada
~=~lt=~_~~-~_~= ~_=gtogt~r===bull~--=~~gt-=
-f ~
15 Fuentes de elimentaclon 154Convertidores DCDC
Entrada ~-~
Vfill I
VWi I
VC I
Salida
Fillro
FiglS 10 Principio dejuncionamiento de un convertidor DCDC
mentation conmutada relativas al aislamiento y porlo tanto se podra aplicar la muestra de salida directashymente al comparador teniendo todas las tensiones la misma masa de referenda
Cuando la tension necesaria enla salida del convertishydares mas pequeiia que la entrada y deseamos utilizar un regulador conmutado el circuito se simplifica todashyvia mas Como se aprecia en la Figura 1511 se han eLishyminado el transformador y el rectificador quedando una version minima de fuente conmutada Tambien el filtro se ha modificado convirtiendose ahora en un circuito integrador de los pulsos de conrnutarion
Al no utilizar transformador la seiialde conmutashycion no cambia de sentido manteniendose en todo momento como una seiial continua de caracshyter pulsante Por lo tanto no es necesario utilizar la fuente secundaria En su lugar es suficiente con queextraigamos la tension eficaz que transportan los pulsos cuya anchura variara sequn deba aumentar 0 disminuir la potencia suministrada en la salida Esta es la funcion del circuito integrashydor que hemos utilizado siempre que necesitabashymos pasar una seiial modulada en anchura a un nivel de tension continua
Las cameras de video son los equipos de imagen que montan con mas frecuencia convertidores DCDC Habitualmente se utilizan combinaciones de las dos estructuras comentadas pudiendo encontrar un convertidor con transformador de
mutados para estabilizar la alimentacion de valor mas bajo de los circuitos integrashydos
La Figura 1512 representa un convertidor DCDC compuesto por dos circuitos de requlacion independientes El circuito se basa en el empleo de un regulador conshymutado doble (1C1) que contiene en su interior un generador de tension de refeshyrencia el oscilador dos comparadores de tension y dos moduladores de anchura de pulsos Como componentes asociados a este integrado aparecen R5 y C4 que defishynen la frecuencia de trabajo del oscilador interno
La tension de la bateria se filtra a traves de la red LlshyC5 Yse protege con un fusible Asi se consigue La tenshysion de alirnentacion no regulada que servira para alishymentar el circuito integrado lC1 asi como los transistores conmutadores 01 y 02 Al recibir esta alishymentacion el integrado apiicara pulsos a la base de 01 Por lo tanto la tension de la bateria se convertira en seiialpulsante en el colector deeste transistor D1 actua como eLemento de protecci6n evitando que La fuerza contraelectromotriz de la bobina L2 pueda daiiar con picos negativos al transistor Precisamente esta bobina L2 junto al condensador C1 forman la red integradora de estos pulses creando de nuevo tension continua en esta salida de la fuente Para regular la tension toma-
VC Vloml 1 I
~ I Salida
Referenda
Fig 1511 Diagrama de bloques de un regulador de tension conmutado
secunda rio multiple para obtener las tensiones mas grandes asociado-avarios reguladores con-
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
5 Fuentes de allmentaclon 152 Fuentes de alimentaci6n lineales
CircuitosB~ reales
Utilizando este principio fundamental podemos enconshytrar numerosas fuentes de atimentacion si bien su estructura se adapta a las necesidades del aparato al cuaL suministraran energia En La figura 152 aparece una fuente de alirnentacion lineaL compLeta como La que podriamos encontrar en un magnetoscopio 0 un Lector de OVO Aunque a primera vista puede parecer muy compleja si La analizamos con detenimiento veremos que su funcionamiento es bastante sencilLo Sobre el esquema se han resaltado Las diferentes areas funcionaLes utiLizando Los mismos colores que en La estructura basica Como podemos observar aparecen Los bLoques estudiados formando varias configuracioshynes diferentes Iarnbien tenemos bLoques nuevos que compLementan 0 mejoran eL disefio basico
El circuito toma la tension de red y tras pasar porun fusibLe de proteccion La LLeva hasta un primer fiLtro que no aparece en La estructura basica Se trata de un filtro de red de tipo paso bajo que bloqueara cuaLshyquier serial transitoria de aLta frecuencia que pudiera existir en La red electrica evitando asi que entre en nuestro aparato Acontinuaci6n La serial aLterna de red se aplica al primario deL transformador situado entre Los contactos 1 y 2 Sabemos que un transformador s6Lo puede tener un primario por eL cuaL se Le apLica la enershygiadesde La red Sinembargo podremos encontrar que eL circuito tiene varios secundarios entre los que se disshy
tribuira la potencia deL primario segun La cantidad de espiras de hilo que contengan Cada uno de estos secundarios realizara una funci6n distinta creandose a partirde ellos tensiones diferentes segCtn Las necesidashydes de poLarizaci6n de Los circuitos deL equipo
EL primero de Los seeundarios proporciona una tension alterna de4 V quese extrae directamente de La fuente Esta tension aLterna se necesita para caldear Los filashymentos de Las oantallas fluorescentes deL frontaL del aparato Tarnbieri sta esta pequefia pantaLla LLegara La tensi6n de - 25 Vq e genera a partir del secunshydario inferior deL esquema e Los puntos 8 y 9 deL transformador Desde estos termin se L va la serial hasta eL rectificador de media onda 06 uyo anode tendremos ya una tension negativa de car or pulshysante Esta tension se filtrara a traves de La red formada par C8 C9 YL3 obteniendo asi una tension que aun conteniendo un cierto rizado se mantiene en torno a Los 25 Vnegativos
Entre Los terminales 7 y 8 del transformador obteneshymos La sefial procedente de otrode Los secundarios deL transformador Esto nos permite estabLecer otra cadena de alimentacion que contara con el diodo 05 como eLemento rectificador tambien en confiquracion de media onda Una vez rectificada La sefial pasa a La etapa defiLtrado formada en este caso por C6 C7 y La bobina L2 La misi6n de esta etapa de alimentacion sera polarizer los circuitos digitaLes con una tension continua de 5 V Estos circuitos integrados necesitan
Fig 152 Esquema electtico de una
fuente de alimentashyCshy cion lineal
-----------J~
1)-------------------------1 AC4V
e---------+--------1 +5V
GND
ltshy 1iltmiddot~ bull c ~15 Fuentes de allmentaclon 152 Fuentes de alimentaci6n lineales
que la tensi6n de alimentaci6n no tenga fluctuaciones de voltaje por lo que sera necesario utilizar una etapa deestabilizaci6n De ellase encarga el popular circuito 7805 que fijara la tensi6n de salida a 5 Vde forma permanente Por ultimo el condensador C8 elirninara cualquier posible ruido generado porel propio circuito estabilizador 0 por su carga Como vemos esta red de alimentaci6n cum ple con una disposici6n fisica muy sencilla con todos los preceptos de la estructura basics de la fuente de alimentaci6n
La ultima de las lineas de alimentaci6n toma la serial del secundario situadoentre losterminales 5 y 6 del transshyformador que dara paso a un rectificador en puente que utiliza los diodos Dl a D4 Estamos ante la red de alishymentaci6n principal del aparato y nos interesa utilizar los dos semiciclos de la serial alterna para aprovechar mejor la energia del transformador y tener un rizado menor en lasalida Los condensadores C2 y C3 se encarshyqaran de filtrar la serial rectificada Como es habitual se utilizan condensadores de gran capacidad (C2 = 2200 IJ F) para filtrar lossemiciclos de la serial rectificada La capacidad de C3 es insignificante si la comparamos con la de [2 par lo que no afectara al filtrado de la serial de 100 Hz de la salida del rectificador Este condensador se encarqara de derivar amasa sefiales de frecuencias mas altas quedando asi limpia la serial de cualquier ruido electrico Aqui tambien se ha dispuesto un segundo fusible que proteqera la linea principal de alimentaci6n de corrientes superiores a 15 A
La serial filtrada se aplica ahora al estabilizador Ul cuya tension de salida defi nida por las resistencias R2 y R3 sera de 15 Vde corriente continua Esta tensi6n servira ra alimentar motores y dispositivos que preshy
cisen de una cierta potencia dentro del aparato Pero la mayor parte de los circuitos integrados se alimentaran a 12 V por lo que se monta un segundo circuito estashybilizador que a partir de esta tensi6n de 15 voltios obtiene los 12 Vde alimentaci6n general En la mayoshyria de los equipos electr6nicos actuales encontraremos la posibilidad de entrar en el modo de stand-by en el que el aparato tiene inactivas la mayoria de sus funshyciones pero permite la reactivaci6n a traves del mando a distancia Este modo de funcionamiento obliga a que la fuente de alimentaci6n permanezca siempre en funshycionamiento puesto que debe suministrarenergfa al sistema de control de funciones para que detecte la entrada de datos desde el receptor del mando a distanshycia Paralelamente la fuente debera ser capaz de desshyconectar aquellos circuitos no imprescindibles redushyciendo asi el consumo durante este estado de repose Estas operaciones se consiguen a traves del transistor Ql que polarizado a travesde las resistencias Rl y R4 actuara como interruptor electr6nico trabajando entre los estados de corte y saturaci6n
Cuando se conecta el equipo a la red el transformador recibe la serial alterna y la transfiere a lossecundarios Sequn hemos estudiado se qenerara la tensi6n de + 5 voltios para alimentar al microprocesador de control y al receptor de infrarrojos por lo que este dispositivo entrara en funcionamiento Iarnbien se generan las tenshysiones necesarias para que el visualizador funcione pudiendo mostrar en este estado porejemplo un reloj sobre la pantalla del equipo Sin embargo el sistema de control mantendra el equipo en stand-by porloque el transistor bloqueara el funcionamiento del estabilishyzador U1 no existiendo entonces las tensiones de+ 15 Y+ 12V Al pulsar la tecla deencendido bien en el proshypia aparato 0 a traves del control remote el sistema de control activara la lineaonoff y con ella al transistor Q1 que perrnitira que el estabilizador U1 y porconsishyguiente el U2 suministren las tensiones necesarias para iniciar el funcionamiento de todo el aparato
Aunque en este esquema se han utilizado estabilizashydores integrados estos circuitos pueden adoptar estructuras muy dispares Podremos encontrar estabishylizadores simples formados por un diodo zenery una resistencia limitadora y tambien circuitos reguladores a transistores Sin embargo el nivel de integraci6n va en aumento y tambien es posible encontrar circuitos integrados que contienen todos los estabilizadores que el equipo necesita para funcionar lo que si bien simshyplifica notablemente el cableado hace que el circuito
2-3 PW-l 2 3 BOARD POWER SUPPLY CIRCUIT DIAGRA
r - - - 1 IC5~1 Slk~JltH VOLTAGE REG AIOR PW-2 I
ALWAr$ -45V
ALWAYS 55V TG CP-I (PW-Al
Clb4 J JW5J I
0451 I
t GNO I~H
6 LWAYs--13-i(~)
GNO MCI
AC 2N AC29V
9 JIoLWAlS 5V a l-~A-YSi3vi IgtlH ~
-~~n I GND =J II GNO
-5101 fogt 51( 1-0 5gtlt IIgt
-j--------shy
PW-l GNO PI-lJI21SPr-GIT
--t--r---6~gt~---shyI~OO~ 2iO~
(1ltgt2 2C1~ bull
OS101 15$24
Ihi Jr~~ 0
I I
Fig 153 Fuente de alishy
mentaci6n con
--- --- ---- --_-shy
con pocos componentes hace quesean faciles de repashyrar al diferenciarse facilmente sus distintas areas funshycionales Sin embargo la utilizaci6n de un transformashydor a frecuencia de red hace que su rendimiento sea bajo con excesivas perdidas de energia que obligan a aumentar su tamafio y peso Por eso euando el consumo
t)II01OO102---DSFlorcestabilizador 051030510middot--GlI0DL bull _O_5-OSI0B---DSlltIOCLintegrado
no sea tan intuitivo En la figura 153 se puede obsershyvar una Fuente de alimentaci6n quetiene centralizados los circuitos de estabilizaci6n en el regulador de tenshysi6n multiple STK 5446
Las Fuentes de alimentaci6n lineales son como ya hemos comentado los sistemas de alimentaci6n de utishy empieza a elevarse se plantean otros tipos de Fuente de lizaci6n mas difundida Suestructura clasica sencilla y alimentaci6n que estudiaremos a continuaci6n
153 Fuentes de allmentacion conmutadas
Frente a las clasicas Fuentes lineales cada vez son mas los fabricantes que deciden montar sistemas de alishymentaci6n conmutados Sus ventajas son evidentes ya que su mejor rendimiento enerqetico hace que se calienten menos al tiempo que disminuyen su tamaiio y peso Paralelamente un consumo mas bajo supone utilizar componentes de menor potencia reduciendo asi los costes del circuito
A Principio 1 ti de funcionamiento
El diagrama basico de unaFuente de alimentaci6n conshyll mutada aparece representado en la Figura 154yesmiddot
sensiblemente distinto al de las Fuentes lineales En primer lugar la tension que llega de la red electrica se rectifica directamente sin utilizar transformador de entrada Este rectificador generalmente de doble onda entrega la serial pulsatoria de SlJ salida a un filshytro que obtendra una onda de nivel mas estable Mediante estos dos bloques se erea una Fuente de alishymentaci6n primaria que proporciona una tensi6n conshytinua de mas de 300 V que tendra fundamentalmente dos funciones
a) Sera la base de la cual obtendremos los pulsos necesarios para el funcionamiento del resto del cirshycuito
-----------======= -- 15 Fuentes-de-alsmenteclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
Enlrada dered
ffiJ[L WL
b) Una vez reducido su valor mediante resistencias servira para alimentar inicialmente el oscilador y el comparador que aparecen en el diagrama
Al recibir alimentacion el oscilador ernpezara a geneshyrar una onda de varias decenas de kilohercios que se aplicara al modulador PWM En su estado de inicio este modulador sacara porsu salida un pulso generado a partirdel oscilador quese aplicara al conmutador Este elemento formado casi siempre por un transistor se polariza en estado de saturacion cuando recibe el pulso del modulador y se situa en corte cuando no recibe serial de excitacion Por 10 tanto los pulsos procedentes del modulador serviran para trocear la tension contishynua que tiene el conmutador en su entrada aplicanshydole al transformador unos impulsos de alta frecuencia y elevada tension Esta operacion hace que se conozca este tipo de Fuente como chopeada por el terrnino inqles chopper (troceador)
En este punto del circuito utilizaremos un transformador como medio para adaptar la tenshysion de entrada a las requeridas por los circuishytos a alimentar Sin embargo la frecuencia de La serial que se le aplica es mucho mayor que en las Fuentes lineales lo que reduce sensibleshymente las erdidas de este componente De hecho tarnafio de este transforrnador es muc menor que el utilizado para conseguir u potencia de salida simiLar en las Fuentes ineales Al aplicarle los pulses en el secundashyrio del transformador tendremos una sefial alterna si bien no es de tipo senoidal Para obtener a partir de esta serial La tensi6n contishynua de alimentacion utilizaremos una segunda red de rectificaci6n y filtrado A diferencia de la primera ahora no sera necesario utilizar recshy
r---~~
Salida
RUm
Fig 154 Principia de funcionamienta de unafuente canmutada
tificadores de doble onda puesto que la mayor freshycuencia de la serial hace mas sencilla la obtencion de una tensi6n constante Esta razon hace que tambien la capacidad necesaria en los condensadores de filtrado disminuya e incluso que en muchos casos no sea neceshysaria la utilizacion de estabilizadores posteriores
B Tecnicas de regulad6n en ifgt fuentes conmutadas
Para poder mantener la tension de salida constante las Fuentes conmutadas establecen un lazo de realimenshytad6n Este bucle se forma a partir de la tensi6n del secunda rio del transformador del cual se obtendra una muestra para conocer los posibles cam bios que se proshyduzcan en la tension de salida Estos cambios suelen suceder cuando se modifica el consumo de potencia del circuito al que se alimenta y debemos establecer un sistema que los neutralice El sistema empleado consisshy
Regulaci6n par frecuencia variable
In-----L~ tan gt1 ton _
Frecuencia minima = t onmaximo = energia maxima v
Frecuencia maxima =t onminima =energia minima
Fig 155 Sistemas de regulaci6n enfuentes canmutadas
15 Fuentes de alimentaci6n 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
te en comparar La muestra de la tension del secundario con una tension de referencia y modificar la energia que el conmutador aplica al primario del transformador para conseguir compensar lasvariaciones de la tension de salida de la fuente de alirnentacion Como vimos el oscilador es el encargado de marcar el ritmo de trabajo delinterruptor Para poder mantener la tension de salida estabilizada debemos modificar el tiempo en el que el conmutador permanece aplicando tension sobre el prishymario deltransformador denominado tiempo de activashycion (tn~ Esto se puede lograr de dos modos distintos
bull Variando la frecuencia de la sefial Si aplicamos una serial de frecuencia variable al conmutador estaremos modificando la cantidad de enerqia que se inyecta al transforrnador Una seiial de alta freshycuencia tendra durante poco tiempo el conmutador activado por lo que la cantidad de energia transshyferida al primario sera pequeiia Al disminuir la freshycuencia de conrnutacion se aumenta paralelamente el tiempo de activacion y con el la cantidad de energia que recibe el transformador
bull Variando la duraci6n de los pulsos Otra posibilishydad de modificar la cantidad de campo maqnetico que se induce en el transformador consiste en variar el cielo de trabajo de la seiial de control del con-
a) Mediante secundarioespecifico
Zona noaislada
b)Mediante transformador separador
c)Mediante optoacoplador
Fig 156 Temicas de extracCi6n de la miiestra de regultldon
mutador Aunque la frecuencia no vane si manteshynemos mas tiempo el pulso a nivel alto pasara mas corriente a traves del prirnario Por lo tanto una seiial de anchura de pulso variable (PWM) podra ser adecuada para regular la cantidad de energia quese aplica sobre el transformador de forma que se manshytenga estable la tension de salida de la fuente
Cualquiera de las dos opciones supone quejunto al comshyparador tendremos un circuito modulador encargado de modificar laseiial delosciLador SegOn elequipo concreto podremos encontrar fuentes quetrabajan porfrecuencia variable por anchura de pulsos variable e incluso que comshybinan las dos tecnicas simultaneamente Esto supone que el comparador tendra asociado un sistema de control que rnodificara los parametros de laseiial quese aplica al conshymutador en funcion de las variaciones detectadas en la muestra de latension desalida
C Extracci6n o de la muestra
Como ya comentamos en la Unidad 8 el transformador de las fuentes de alimentation adernas de servir para cambiar elvalor de La tension de entrada proporciona un aislamiento qalvanico muy interesante como medida de proteccion ante descargas electricas En el caso de fuenshy
tes conmutadas la zona conectada directamente a la red se abarcara toda la fuente primaria el conshymutador el oscilador y el sistema de control adeshymas del primario del transformador En el disefio resulta fundamental no conectar zonas aisladas de la red con otras que no lo estan por lo que tenshydremos circuitos totalmente independientes a uno y otro lade del transformador Ineluso las masas seran diferentes lo que nos obliqara a considerar dedonde tomamos la referenda a la hora de realishyzar medidas en el circuito Sin embargo si obsershyvamos el diagrama de bloques notaremos que hay una linea queincumple laseparation imprescindishyble entre lasdoszonasde la fuente se trata de la linea de retorno de la rnuestra necesaria para la requlacion En realidad vamos a ver como esta linea transfiere su informacion sin necesidad de tenercontacto Fisico con lazona no aislada delcirshycuito
Precisamente una de las caracteristicas que difeshyrencian unas fuentes conmutadas de otras es la forma de extraer esta muestra pudiendo enconshytrar tres tecnicas distintas
--------------------------
15 Fuentes de allmentacion 153 Fuentes de alirnentacion conmutadas
Ff T250V 3A
Fig 157 Esquema ellictrico de una fuente conmutada
bull Mediante unsecundario especifico La forma mas comun es diseiiar eL transformador de modo que contenga un secundario espec1fico para La toma de La muestra De esta forma se tendra una referencia fieL de La energiaque circuLa por eL transformador y aL tomar La seiiaL mediante induccion deL campo maqnetico generado por eL primario no existira contacto aLguno con eL resto de Los secundarios
bull Mediante un transformador separador Si quereshymos tomar La muestra desde eL secundario de La fuente podemos coLocar un pequeiio transformashydor que transfiera La seiiaL hacia eL comparador Asi tendremos garantizada La separacion qalvanica entre Las dos areas deL circuito
bull Mediante un optoacoplador Para transferir una seiiaL sin contacto fisico podemos optar por conshyvertirla en seiiaLes lurninosas y transferirla en este formato hasta un fototransistor que La devolvera aL pLano electrico A diferencia de Los otros dos m dos La muestra se tomara desde La saLida de
fuente por Lo que se trata de un niveL de tenshysion continua en Lugar de una seiiaL aLterna En eL
AC ZJfJV 50Hz C1
LrI~7
------------GEJ
----------------Qill
mercado existen componentes que en una pequeiia capsula simiLar a un circuito integrado incorporan eL diodo emisor de Luz y eL fototransistor por Lo queeste sistema resultara comedo barato y fiabLe aL mismo tiempo
Circuitos o reales
Una vez que hemos estudiado Los aspectos basicos de Las fuentes conmutadas podemos afrontar eL analisis de un circuito real En La Figura 157 podemos ver eL diagrama de una fuente de alirnentacion conmutada de uso muy extendido en Los receptores de television Para simpLificar su comprension se han eLiminado algushynos componentes de menor reLevancia representando solo los mas importantes Sobre eL esquema se han marcado Los diferentes hloques con Los mismos coloshyres utiLizados en el diagrama de La Figura 154
En eL circuito como ya ocurriera en La fuente LineaL que estudiamos anteriormente La seiiaL de red entra a traves de un fiLtro de radiofrecuencia para evitarseiiales espushy
_----------------
15 Fuentes de allmentaclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
gt ~
5 ~sdiv
a) Seiialdesalida depulsos del regulador
Fig 158 Seiiales en lafuente de alimentaci6n conmutada
rias que pudieran perturbar el funcionamiento delequipo A continuacion encontramos la fuente de alimentation prirnaria formada por el puente rectificador de entrada (diodos 01 a 04) y el condensador de filtro C2
Paralelamente a esta linea de aiirnentacion observamos el conjunto de componentes 05R1 que aparecen conectados directamente a la tension alterna de entrada Estos componentes se encarqaran de proporshycionar la tension de alirnentacion inicial al circuito integrado U1 que realiza las funciones de oscilador modulador PWM y comparador estando a su cargo el control de los pulsos de conrnutacion Este regulador conmutado del tipo TDA 4601 utiliza un sistema de control mixto variando al mismo tiempo la frecuencia de los pulsos y su anchura para mantener constante las tensiones de salida de la fuente
Al conectar el aparato en diodo 05 rectificara el prishymer semiciclo positivo que aparezca en la red mienshytras que R1 atenuara su valor Oe esta forma el circuito integrado U1 ernpezara a generar pulsos por su termi-
Oibuja las formas de onda y comenta cuales son las sefiales que encontraremos sobre el circuito de la Figura 157 si medimos en los ~
siguientes puntos I
bull Ierminal B de U1 bull Ierminai tu del transfcrmador I bull Colector de Q1 bull Catodo de 011 I bull Terminal 5 del transformador bull Terminal 3 de U2 1
- bull Terminal 3 de U1 i
5 ~ sdiv
b)Seiial enel colector deltransistor conmutador
Analisis de sefiales
nal numero 8 Estos pulsos atravesaran C3 polarizando la base del transistor Q1 Al recibir el primer pulse este transistor pasara a saturaci6n quedando su colecshytor unido a la masa viva del circuito En ese memento la diferencia de potencial entre los extremos del prishymario del transformador (bobinado 1-2) hara que cirshycule corriente por ella creandose campo rnaqnetico en el interior del transformador Estaenergia provocara la aparici6n de corriente inducida en todos los secundashyrios del transformador distribuyendose para diferentes aplicaciones
Justo debajo del primario aparece entre los contactos 3 y 4 el secundario que proporcionara la alimentacion del sistema de control de conmutaci6n Este bobinado creara entre sus terminales una tension alterna que se rectificara en el diodo 07 y se filtrara en el condensashydor C4 convirtiendose asi en continua Esta tension recuperada del transformador es superior a la que llega a traves del diodo OS por lo que una vez que la fuente se pone en funcionamiento se producira una autoalishyrnentacion del circuitointegrado a traves de esta linea
Para estabilizar la tension de salida esta fuente utishyliza una muestra tomada a partir del secundario 5-6 del transformador Oe forma parecida a la anterior la seiial captada por esta bobina se rectifica por 08 solo que ahora nos quedaremos con los semiciclos negativos ya que el circuito comparador trabaja con tension neqativa El condensador C5 filtrara la rnuesshytra antes de aplicarla al comprador de control La resistencia R3 adaptara la tension de la muestra a los marqenes de funcionamiento del comparador y el potenciometro P1 servira para regular la tension de salida de la fuente
La zona aislada de la red a la derecha del transformashydor nos resulta familiar puesto que el circuito es basshytante parecido al utilizado en las fuentes lineales Segun las necesidades del circuito encontraremos un numero mayor 0 menor de fuentes de alirnentacion secundarias En este caso todas se nutren de un mismo bobinado con tomas intermedias para las diferentes tensiones y con una misma referencia cornun que se tornara en el terminal 11 del transformador Es imporshytante notar que la masa conectada a este punto (que sera la masa efectiva de los circuitos del aparato) tiene un simbolo diferente de la que aparece por ejemplo en el pin 6 Como ya vimos se trata de puntos difeshyrentes del circuito para respetar el aislamiento que proporciona el transformador ~~=~-o~~=~~=--~-n~=--YO~~$~-==-~==lt=~~=V1=~=J
15 Fuentes de alimentaci6n t54C~n~Hd~reDClDC
Entrad a dered muestra de cornparacion y can ella ajustashy
Filtro primario Filtro dered remos la tension de salida
Fillros secundarios Rectificador
primario
Del terminal 8 del transformador tomaremos la tension mas alta de la fuente que servira
Reclificadores secundarios
para alimentarel amplificador de salida horishyzontal del televisor Un rectificador de media onda y un filtro de tipo L-C serviran para
Transformador Regulador suministrar una tensi6n constante Como es la linea de mayor consume se suele montar un fusible especifico que proteqera la Fuente de alirnentacion ante posibles averias en la
Conmutador etapa de deflexi6n
Con una estructura similar a la anterior el terminal 9 alirnentara los circuitos que requieran una tension media y con estabilishyzadores posterioresmiddot podremos conseguir otras de menor valor que alimentaran por
5i en el circuito a aLimentar se produce un aumento de ejemplo al sistema de controlde funciones La Fuente consumo el secundario correspondiente absorbers mas secundaria mas compleja parte del terminal 10 del campo rnaqnetico del transformador Al reducirse el transformador Aqui aparece un sistema regulado por campo rnaqnetico que queda disponibLe para el resto el estabilizador U2 que tiene conectado un circuito de en el secundario de muestreo disminuira la tensi6n de activacion a traves del transistor 02 Como hemos estushysalida Una vez rectificada y filtrada la muestra de tenshy diado anteriormente desde esta linea se alirnentaran sion continua tambien tendra menor valor por lo que los circuitos de sefial del equipo cuando se reciba la el comparador disrninuira la frecuencia y aumentara la orden oportuna desde el microprocesador de control anchura de los pulsos de conmutaci6n Con esta opeshyradon se mantendra activo durante mas tiempo el transhysistor 01 aplicandole mas energia al transformador para suplir el incremento de demanda
Como vemos la cantidad de enerqia que se aplica al Avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada transformador y por lo tanto la tensi6n que aparecera en los secundarios depende de la tensi6n del terminal 3 del circuito integrado Par lo tanto si coLocamos una resistencia ajustable podremos variar el valor de la
154 Convertidores DCDC
lador que sera modulado para obtener los impulses de rn Principio conmutaci6n Esta modularion estara controlada par la
i- de funcionamiento comparacion de una muestra de la salida respecto a una tension de referencia interna En este caso al parshy
En realidad un convertidor DCDC es una Fuente de alishy tir de una tension de bajo valor el transformador se mentaci6n conrnutada a la cual se le ha suprimido la encarqara de elevar el nivel de la tension de entrada Fuente de alimentaci6n primaria Realmente no la hasta la que se necesite en los circuitos a los que alishynecesita puesto que su funcion la realiza la propia mentara Como no esta conectado a La red este cirshybateria A partir de esta tensi6n se alimenta un osci- cuito no requiere las precauciones de la Fuente de ali-
Fig 159 Detalle de los elementos principales en unafuente de alimentad6n conmutada
Ii Realiza un arbol de seguimiento que desarrolle la investigaci6n de i una avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada
~=~lt=~_~~-~_~= ~_=gtogt~r===bull~--=~~gt-=
-f ~
15 Fuentes de elimentaclon 154Convertidores DCDC
Entrada ~-~
Vfill I
VWi I
VC I
Salida
Fillro
FiglS 10 Principio dejuncionamiento de un convertidor DCDC
mentation conmutada relativas al aislamiento y porlo tanto se podra aplicar la muestra de salida directashymente al comparador teniendo todas las tensiones la misma masa de referenda
Cuando la tension necesaria enla salida del convertishydares mas pequeiia que la entrada y deseamos utilizar un regulador conmutado el circuito se simplifica todashyvia mas Como se aprecia en la Figura 1511 se han eLishyminado el transformador y el rectificador quedando una version minima de fuente conmutada Tambien el filtro se ha modificado convirtiendose ahora en un circuito integrador de los pulsos de conrnutarion
Al no utilizar transformador la seiialde conmutashycion no cambia de sentido manteniendose en todo momento como una seiial continua de caracshyter pulsante Por lo tanto no es necesario utilizar la fuente secundaria En su lugar es suficiente con queextraigamos la tension eficaz que transportan los pulsos cuya anchura variara sequn deba aumentar 0 disminuir la potencia suministrada en la salida Esta es la funcion del circuito integrashydor que hemos utilizado siempre que necesitabashymos pasar una seiial modulada en anchura a un nivel de tension continua
Las cameras de video son los equipos de imagen que montan con mas frecuencia convertidores DCDC Habitualmente se utilizan combinaciones de las dos estructuras comentadas pudiendo encontrar un convertidor con transformador de
mutados para estabilizar la alimentacion de valor mas bajo de los circuitos integrashydos
La Figura 1512 representa un convertidor DCDC compuesto por dos circuitos de requlacion independientes El circuito se basa en el empleo de un regulador conshymutado doble (1C1) que contiene en su interior un generador de tension de refeshyrencia el oscilador dos comparadores de tension y dos moduladores de anchura de pulsos Como componentes asociados a este integrado aparecen R5 y C4 que defishynen la frecuencia de trabajo del oscilador interno
La tension de la bateria se filtra a traves de la red LlshyC5 Yse protege con un fusible Asi se consigue La tenshysion de alirnentacion no regulada que servira para alishymentar el circuito integrado lC1 asi como los transistores conmutadores 01 y 02 Al recibir esta alishymentacion el integrado apiicara pulsos a la base de 01 Por lo tanto la tension de la bateria se convertira en seiialpulsante en el colector deeste transistor D1 actua como eLemento de protecci6n evitando que La fuerza contraelectromotriz de la bobina L2 pueda daiiar con picos negativos al transistor Precisamente esta bobina L2 junto al condensador C1 forman la red integradora de estos pulses creando de nuevo tension continua en esta salida de la fuente Para regular la tension toma-
VC Vloml 1 I
~ I Salida
Referenda
Fig 1511 Diagrama de bloques de un regulador de tension conmutado
secunda rio multiple para obtener las tensiones mas grandes asociado-avarios reguladores con-
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
ltshy 1iltmiddot~ bull c ~15 Fuentes de allmentaclon 152 Fuentes de alimentaci6n lineales
que la tensi6n de alimentaci6n no tenga fluctuaciones de voltaje por lo que sera necesario utilizar una etapa deestabilizaci6n De ellase encarga el popular circuito 7805 que fijara la tensi6n de salida a 5 Vde forma permanente Por ultimo el condensador C8 elirninara cualquier posible ruido generado porel propio circuito estabilizador 0 por su carga Como vemos esta red de alimentaci6n cum ple con una disposici6n fisica muy sencilla con todos los preceptos de la estructura basics de la fuente de alimentaci6n
La ultima de las lineas de alimentaci6n toma la serial del secundario situadoentre losterminales 5 y 6 del transshyformador que dara paso a un rectificador en puente que utiliza los diodos Dl a D4 Estamos ante la red de alishymentaci6n principal del aparato y nos interesa utilizar los dos semiciclos de la serial alterna para aprovechar mejor la energia del transformador y tener un rizado menor en lasalida Los condensadores C2 y C3 se encarshyqaran de filtrar la serial rectificada Como es habitual se utilizan condensadores de gran capacidad (C2 = 2200 IJ F) para filtrar lossemiciclos de la serial rectificada La capacidad de C3 es insignificante si la comparamos con la de [2 par lo que no afectara al filtrado de la serial de 100 Hz de la salida del rectificador Este condensador se encarqara de derivar amasa sefiales de frecuencias mas altas quedando asi limpia la serial de cualquier ruido electrico Aqui tambien se ha dispuesto un segundo fusible que proteqera la linea principal de alimentaci6n de corrientes superiores a 15 A
La serial filtrada se aplica ahora al estabilizador Ul cuya tension de salida defi nida por las resistencias R2 y R3 sera de 15 Vde corriente continua Esta tensi6n servira ra alimentar motores y dispositivos que preshy
cisen de una cierta potencia dentro del aparato Pero la mayor parte de los circuitos integrados se alimentaran a 12 V por lo que se monta un segundo circuito estashybilizador que a partir de esta tensi6n de 15 voltios obtiene los 12 Vde alimentaci6n general En la mayoshyria de los equipos electr6nicos actuales encontraremos la posibilidad de entrar en el modo de stand-by en el que el aparato tiene inactivas la mayoria de sus funshyciones pero permite la reactivaci6n a traves del mando a distancia Este modo de funcionamiento obliga a que la fuente de alimentaci6n permanezca siempre en funshycionamiento puesto que debe suministrarenergfa al sistema de control de funciones para que detecte la entrada de datos desde el receptor del mando a distanshycia Paralelamente la fuente debera ser capaz de desshyconectar aquellos circuitos no imprescindibles redushyciendo asi el consumo durante este estado de repose Estas operaciones se consiguen a traves del transistor Ql que polarizado a travesde las resistencias Rl y R4 actuara como interruptor electr6nico trabajando entre los estados de corte y saturaci6n
Cuando se conecta el equipo a la red el transformador recibe la serial alterna y la transfiere a lossecundarios Sequn hemos estudiado se qenerara la tensi6n de + 5 voltios para alimentar al microprocesador de control y al receptor de infrarrojos por lo que este dispositivo entrara en funcionamiento Iarnbien se generan las tenshysiones necesarias para que el visualizador funcione pudiendo mostrar en este estado porejemplo un reloj sobre la pantalla del equipo Sin embargo el sistema de control mantendra el equipo en stand-by porloque el transistor bloqueara el funcionamiento del estabilishyzador U1 no existiendo entonces las tensiones de+ 15 Y+ 12V Al pulsar la tecla deencendido bien en el proshypia aparato 0 a traves del control remote el sistema de control activara la lineaonoff y con ella al transistor Q1 que perrnitira que el estabilizador U1 y porconsishyguiente el U2 suministren las tensiones necesarias para iniciar el funcionamiento de todo el aparato
Aunque en este esquema se han utilizado estabilizashydores integrados estos circuitos pueden adoptar estructuras muy dispares Podremos encontrar estabishylizadores simples formados por un diodo zenery una resistencia limitadora y tambien circuitos reguladores a transistores Sin embargo el nivel de integraci6n va en aumento y tambien es posible encontrar circuitos integrados que contienen todos los estabilizadores que el equipo necesita para funcionar lo que si bien simshyplifica notablemente el cableado hace que el circuito
2-3 PW-l 2 3 BOARD POWER SUPPLY CIRCUIT DIAGRA
r - - - 1 IC5~1 Slk~JltH VOLTAGE REG AIOR PW-2 I
ALWAr$ -45V
ALWAYS 55V TG CP-I (PW-Al
Clb4 J JW5J I
0451 I
t GNO I~H
6 LWAYs--13-i(~)
GNO MCI
AC 2N AC29V
9 JIoLWAlS 5V a l-~A-YSi3vi IgtlH ~
-~~n I GND =J II GNO
-5101 fogt 51( 1-0 5gtlt IIgt
-j--------shy
PW-l GNO PI-lJI21SPr-GIT
--t--r---6~gt~---shyI~OO~ 2iO~
(1ltgt2 2C1~ bull
OS101 15$24
Ihi Jr~~ 0
I I
Fig 153 Fuente de alishy
mentaci6n con
--- --- ---- --_-shy
con pocos componentes hace quesean faciles de repashyrar al diferenciarse facilmente sus distintas areas funshycionales Sin embargo la utilizaci6n de un transformashydor a frecuencia de red hace que su rendimiento sea bajo con excesivas perdidas de energia que obligan a aumentar su tamafio y peso Por eso euando el consumo
t)II01OO102---DSFlorcestabilizador 051030510middot--GlI0DL bull _O_5-OSI0B---DSlltIOCLintegrado
no sea tan intuitivo En la figura 153 se puede obsershyvar una Fuente de alimentaci6n quetiene centralizados los circuitos de estabilizaci6n en el regulador de tenshysi6n multiple STK 5446
Las Fuentes de alimentaci6n lineales son como ya hemos comentado los sistemas de alimentaci6n de utishy empieza a elevarse se plantean otros tipos de Fuente de lizaci6n mas difundida Suestructura clasica sencilla y alimentaci6n que estudiaremos a continuaci6n
153 Fuentes de allmentacion conmutadas
Frente a las clasicas Fuentes lineales cada vez son mas los fabricantes que deciden montar sistemas de alishymentaci6n conmutados Sus ventajas son evidentes ya que su mejor rendimiento enerqetico hace que se calienten menos al tiempo que disminuyen su tamaiio y peso Paralelamente un consumo mas bajo supone utilizar componentes de menor potencia reduciendo asi los costes del circuito
A Principio 1 ti de funcionamiento
El diagrama basico de unaFuente de alimentaci6n conshyll mutada aparece representado en la Figura 154yesmiddot
sensiblemente distinto al de las Fuentes lineales En primer lugar la tension que llega de la red electrica se rectifica directamente sin utilizar transformador de entrada Este rectificador generalmente de doble onda entrega la serial pulsatoria de SlJ salida a un filshytro que obtendra una onda de nivel mas estable Mediante estos dos bloques se erea una Fuente de alishymentaci6n primaria que proporciona una tensi6n conshytinua de mas de 300 V que tendra fundamentalmente dos funciones
a) Sera la base de la cual obtendremos los pulsos necesarios para el funcionamiento del resto del cirshycuito
-----------======= -- 15 Fuentes-de-alsmenteclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
Enlrada dered
ffiJ[L WL
b) Una vez reducido su valor mediante resistencias servira para alimentar inicialmente el oscilador y el comparador que aparecen en el diagrama
Al recibir alimentacion el oscilador ernpezara a geneshyrar una onda de varias decenas de kilohercios que se aplicara al modulador PWM En su estado de inicio este modulador sacara porsu salida un pulso generado a partirdel oscilador quese aplicara al conmutador Este elemento formado casi siempre por un transistor se polariza en estado de saturacion cuando recibe el pulso del modulador y se situa en corte cuando no recibe serial de excitacion Por 10 tanto los pulsos procedentes del modulador serviran para trocear la tension contishynua que tiene el conmutador en su entrada aplicanshydole al transformador unos impulsos de alta frecuencia y elevada tension Esta operacion hace que se conozca este tipo de Fuente como chopeada por el terrnino inqles chopper (troceador)
En este punto del circuito utilizaremos un transformador como medio para adaptar la tenshysion de entrada a las requeridas por los circuishytos a alimentar Sin embargo la frecuencia de La serial que se le aplica es mucho mayor que en las Fuentes lineales lo que reduce sensibleshymente las erdidas de este componente De hecho tarnafio de este transforrnador es muc menor que el utilizado para conseguir u potencia de salida simiLar en las Fuentes ineales Al aplicarle los pulses en el secundashyrio del transformador tendremos una sefial alterna si bien no es de tipo senoidal Para obtener a partir de esta serial La tensi6n contishynua de alimentacion utilizaremos una segunda red de rectificaci6n y filtrado A diferencia de la primera ahora no sera necesario utilizar recshy
r---~~
Salida
RUm
Fig 154 Principia de funcionamienta de unafuente canmutada
tificadores de doble onda puesto que la mayor freshycuencia de la serial hace mas sencilla la obtencion de una tensi6n constante Esta razon hace que tambien la capacidad necesaria en los condensadores de filtrado disminuya e incluso que en muchos casos no sea neceshysaria la utilizacion de estabilizadores posteriores
B Tecnicas de regulad6n en ifgt fuentes conmutadas
Para poder mantener la tension de salida constante las Fuentes conmutadas establecen un lazo de realimenshytad6n Este bucle se forma a partir de la tensi6n del secunda rio del transformador del cual se obtendra una muestra para conocer los posibles cam bios que se proshyduzcan en la tension de salida Estos cambios suelen suceder cuando se modifica el consumo de potencia del circuito al que se alimenta y debemos establecer un sistema que los neutralice El sistema empleado consisshy
Regulaci6n par frecuencia variable
In-----L~ tan gt1 ton _
Frecuencia minima = t onmaximo = energia maxima v
Frecuencia maxima =t onminima =energia minima
Fig 155 Sistemas de regulaci6n enfuentes canmutadas
15 Fuentes de alimentaci6n 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
te en comparar La muestra de la tension del secundario con una tension de referencia y modificar la energia que el conmutador aplica al primario del transformador para conseguir compensar lasvariaciones de la tension de salida de la fuente de alirnentacion Como vimos el oscilador es el encargado de marcar el ritmo de trabajo delinterruptor Para poder mantener la tension de salida estabilizada debemos modificar el tiempo en el que el conmutador permanece aplicando tension sobre el prishymario deltransformador denominado tiempo de activashycion (tn~ Esto se puede lograr de dos modos distintos
bull Variando la frecuencia de la sefial Si aplicamos una serial de frecuencia variable al conmutador estaremos modificando la cantidad de enerqia que se inyecta al transforrnador Una seiial de alta freshycuencia tendra durante poco tiempo el conmutador activado por lo que la cantidad de energia transshyferida al primario sera pequeiia Al disminuir la freshycuencia de conrnutacion se aumenta paralelamente el tiempo de activacion y con el la cantidad de energia que recibe el transformador
bull Variando la duraci6n de los pulsos Otra posibilishydad de modificar la cantidad de campo maqnetico que se induce en el transformador consiste en variar el cielo de trabajo de la seiial de control del con-
a) Mediante secundarioespecifico
Zona noaislada
b)Mediante transformador separador
c)Mediante optoacoplador
Fig 156 Temicas de extracCi6n de la miiestra de regultldon
mutador Aunque la frecuencia no vane si manteshynemos mas tiempo el pulso a nivel alto pasara mas corriente a traves del prirnario Por lo tanto una seiial de anchura de pulso variable (PWM) podra ser adecuada para regular la cantidad de energia quese aplica sobre el transformador de forma que se manshytenga estable la tension de salida de la fuente
Cualquiera de las dos opciones supone quejunto al comshyparador tendremos un circuito modulador encargado de modificar laseiial delosciLador SegOn elequipo concreto podremos encontrar fuentes quetrabajan porfrecuencia variable por anchura de pulsos variable e incluso que comshybinan las dos tecnicas simultaneamente Esto supone que el comparador tendra asociado un sistema de control que rnodificara los parametros de laseiial quese aplica al conshymutador en funcion de las variaciones detectadas en la muestra de latension desalida
C Extracci6n o de la muestra
Como ya comentamos en la Unidad 8 el transformador de las fuentes de alimentation adernas de servir para cambiar elvalor de La tension de entrada proporciona un aislamiento qalvanico muy interesante como medida de proteccion ante descargas electricas En el caso de fuenshy
tes conmutadas la zona conectada directamente a la red se abarcara toda la fuente primaria el conshymutador el oscilador y el sistema de control adeshymas del primario del transformador En el disefio resulta fundamental no conectar zonas aisladas de la red con otras que no lo estan por lo que tenshydremos circuitos totalmente independientes a uno y otro lade del transformador Ineluso las masas seran diferentes lo que nos obliqara a considerar dedonde tomamos la referenda a la hora de realishyzar medidas en el circuito Sin embargo si obsershyvamos el diagrama de bloques notaremos que hay una linea queincumple laseparation imprescindishyble entre lasdoszonasde la fuente se trata de la linea de retorno de la rnuestra necesaria para la requlacion En realidad vamos a ver como esta linea transfiere su informacion sin necesidad de tenercontacto Fisico con lazona no aislada delcirshycuito
Precisamente una de las caracteristicas que difeshyrencian unas fuentes conmutadas de otras es la forma de extraer esta muestra pudiendo enconshytrar tres tecnicas distintas
--------------------------
15 Fuentes de allmentacion 153 Fuentes de alirnentacion conmutadas
Ff T250V 3A
Fig 157 Esquema ellictrico de una fuente conmutada
bull Mediante unsecundario especifico La forma mas comun es diseiiar eL transformador de modo que contenga un secundario espec1fico para La toma de La muestra De esta forma se tendra una referencia fieL de La energiaque circuLa por eL transformador y aL tomar La seiiaL mediante induccion deL campo maqnetico generado por eL primario no existira contacto aLguno con eL resto de Los secundarios
bull Mediante un transformador separador Si quereshymos tomar La muestra desde eL secundario de La fuente podemos coLocar un pequeiio transformashydor que transfiera La seiiaL hacia eL comparador Asi tendremos garantizada La separacion qalvanica entre Las dos areas deL circuito
bull Mediante un optoacoplador Para transferir una seiiaL sin contacto fisico podemos optar por conshyvertirla en seiiaLes lurninosas y transferirla en este formato hasta un fototransistor que La devolvera aL pLano electrico A diferencia de Los otros dos m dos La muestra se tomara desde La saLida de
fuente por Lo que se trata de un niveL de tenshysion continua en Lugar de una seiiaL aLterna En eL
AC ZJfJV 50Hz C1
LrI~7
------------GEJ
----------------Qill
mercado existen componentes que en una pequeiia capsula simiLar a un circuito integrado incorporan eL diodo emisor de Luz y eL fototransistor por Lo queeste sistema resultara comedo barato y fiabLe aL mismo tiempo
Circuitos o reales
Una vez que hemos estudiado Los aspectos basicos de Las fuentes conmutadas podemos afrontar eL analisis de un circuito real En La Figura 157 podemos ver eL diagrama de una fuente de alirnentacion conmutada de uso muy extendido en Los receptores de television Para simpLificar su comprension se han eLiminado algushynos componentes de menor reLevancia representando solo los mas importantes Sobre eL esquema se han marcado Los diferentes hloques con Los mismos coloshyres utiLizados en el diagrama de La Figura 154
En eL circuito como ya ocurriera en La fuente LineaL que estudiamos anteriormente La seiiaL de red entra a traves de un fiLtro de radiofrecuencia para evitarseiiales espushy
_----------------
15 Fuentes de allmentaclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
gt ~
5 ~sdiv
a) Seiialdesalida depulsos del regulador
Fig 158 Seiiales en lafuente de alimentaci6n conmutada
rias que pudieran perturbar el funcionamiento delequipo A continuacion encontramos la fuente de alimentation prirnaria formada por el puente rectificador de entrada (diodos 01 a 04) y el condensador de filtro C2
Paralelamente a esta linea de aiirnentacion observamos el conjunto de componentes 05R1 que aparecen conectados directamente a la tension alterna de entrada Estos componentes se encarqaran de proporshycionar la tension de alirnentacion inicial al circuito integrado U1 que realiza las funciones de oscilador modulador PWM y comparador estando a su cargo el control de los pulsos de conrnutacion Este regulador conmutado del tipo TDA 4601 utiliza un sistema de control mixto variando al mismo tiempo la frecuencia de los pulsos y su anchura para mantener constante las tensiones de salida de la fuente
Al conectar el aparato en diodo 05 rectificara el prishymer semiciclo positivo que aparezca en la red mienshytras que R1 atenuara su valor Oe esta forma el circuito integrado U1 ernpezara a generar pulsos por su termi-
Oibuja las formas de onda y comenta cuales son las sefiales que encontraremos sobre el circuito de la Figura 157 si medimos en los ~
siguientes puntos I
bull Ierminal B de U1 bull Ierminai tu del transfcrmador I bull Colector de Q1 bull Catodo de 011 I bull Terminal 5 del transformador bull Terminal 3 de U2 1
- bull Terminal 3 de U1 i
5 ~ sdiv
b)Seiial enel colector deltransistor conmutador
Analisis de sefiales
nal numero 8 Estos pulsos atravesaran C3 polarizando la base del transistor Q1 Al recibir el primer pulse este transistor pasara a saturaci6n quedando su colecshytor unido a la masa viva del circuito En ese memento la diferencia de potencial entre los extremos del prishymario del transformador (bobinado 1-2) hara que cirshycule corriente por ella creandose campo rnaqnetico en el interior del transformador Estaenergia provocara la aparici6n de corriente inducida en todos los secundashyrios del transformador distribuyendose para diferentes aplicaciones
Justo debajo del primario aparece entre los contactos 3 y 4 el secundario que proporcionara la alimentacion del sistema de control de conmutaci6n Este bobinado creara entre sus terminales una tension alterna que se rectificara en el diodo 07 y se filtrara en el condensashydor C4 convirtiendose asi en continua Esta tension recuperada del transformador es superior a la que llega a traves del diodo OS por lo que una vez que la fuente se pone en funcionamiento se producira una autoalishyrnentacion del circuitointegrado a traves de esta linea
Para estabilizar la tension de salida esta fuente utishyliza una muestra tomada a partir del secundario 5-6 del transformador Oe forma parecida a la anterior la seiial captada por esta bobina se rectifica por 08 solo que ahora nos quedaremos con los semiciclos negativos ya que el circuito comparador trabaja con tension neqativa El condensador C5 filtrara la rnuesshytra antes de aplicarla al comprador de control La resistencia R3 adaptara la tension de la muestra a los marqenes de funcionamiento del comparador y el potenciometro P1 servira para regular la tension de salida de la fuente
La zona aislada de la red a la derecha del transformashydor nos resulta familiar puesto que el circuito es basshytante parecido al utilizado en las fuentes lineales Segun las necesidades del circuito encontraremos un numero mayor 0 menor de fuentes de alirnentacion secundarias En este caso todas se nutren de un mismo bobinado con tomas intermedias para las diferentes tensiones y con una misma referencia cornun que se tornara en el terminal 11 del transformador Es imporshytante notar que la masa conectada a este punto (que sera la masa efectiva de los circuitos del aparato) tiene un simbolo diferente de la que aparece por ejemplo en el pin 6 Como ya vimos se trata de puntos difeshyrentes del circuito para respetar el aislamiento que proporciona el transformador ~~=~-o~~=~~=--~-n~=--YO~~$~-==-~==lt=~~=V1=~=J
15 Fuentes de alimentaci6n t54C~n~Hd~reDClDC
Entrad a dered muestra de cornparacion y can ella ajustashy
Filtro primario Filtro dered remos la tension de salida
Fillros secundarios Rectificador
primario
Del terminal 8 del transformador tomaremos la tension mas alta de la fuente que servira
Reclificadores secundarios
para alimentarel amplificador de salida horishyzontal del televisor Un rectificador de media onda y un filtro de tipo L-C serviran para
Transformador Regulador suministrar una tensi6n constante Como es la linea de mayor consume se suele montar un fusible especifico que proteqera la Fuente de alirnentacion ante posibles averias en la
Conmutador etapa de deflexi6n
Con una estructura similar a la anterior el terminal 9 alirnentara los circuitos que requieran una tension media y con estabilishyzadores posterioresmiddot podremos conseguir otras de menor valor que alimentaran por
5i en el circuito a aLimentar se produce un aumento de ejemplo al sistema de controlde funciones La Fuente consumo el secundario correspondiente absorbers mas secundaria mas compleja parte del terminal 10 del campo rnaqnetico del transformador Al reducirse el transformador Aqui aparece un sistema regulado por campo rnaqnetico que queda disponibLe para el resto el estabilizador U2 que tiene conectado un circuito de en el secundario de muestreo disminuira la tensi6n de activacion a traves del transistor 02 Como hemos estushysalida Una vez rectificada y filtrada la muestra de tenshy diado anteriormente desde esta linea se alirnentaran sion continua tambien tendra menor valor por lo que los circuitos de sefial del equipo cuando se reciba la el comparador disrninuira la frecuencia y aumentara la orden oportuna desde el microprocesador de control anchura de los pulsos de conmutaci6n Con esta opeshyradon se mantendra activo durante mas tiempo el transhysistor 01 aplicandole mas energia al transformador para suplir el incremento de demanda
Como vemos la cantidad de enerqia que se aplica al Avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada transformador y por lo tanto la tensi6n que aparecera en los secundarios depende de la tensi6n del terminal 3 del circuito integrado Par lo tanto si coLocamos una resistencia ajustable podremos variar el valor de la
154 Convertidores DCDC
lador que sera modulado para obtener los impulses de rn Principio conmutaci6n Esta modularion estara controlada par la
i- de funcionamiento comparacion de una muestra de la salida respecto a una tension de referencia interna En este caso al parshy
En realidad un convertidor DCDC es una Fuente de alishy tir de una tension de bajo valor el transformador se mentaci6n conrnutada a la cual se le ha suprimido la encarqara de elevar el nivel de la tension de entrada Fuente de alimentaci6n primaria Realmente no la hasta la que se necesite en los circuitos a los que alishynecesita puesto que su funcion la realiza la propia mentara Como no esta conectado a La red este cirshybateria A partir de esta tensi6n se alimenta un osci- cuito no requiere las precauciones de la Fuente de ali-
Fig 159 Detalle de los elementos principales en unafuente de alimentad6n conmutada
Ii Realiza un arbol de seguimiento que desarrolle la investigaci6n de i una avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada
~=~lt=~_~~-~_~= ~_=gtogt~r===bull~--=~~gt-=
-f ~
15 Fuentes de elimentaclon 154Convertidores DCDC
Entrada ~-~
Vfill I
VWi I
VC I
Salida
Fillro
FiglS 10 Principio dejuncionamiento de un convertidor DCDC
mentation conmutada relativas al aislamiento y porlo tanto se podra aplicar la muestra de salida directashymente al comparador teniendo todas las tensiones la misma masa de referenda
Cuando la tension necesaria enla salida del convertishydares mas pequeiia que la entrada y deseamos utilizar un regulador conmutado el circuito se simplifica todashyvia mas Como se aprecia en la Figura 1511 se han eLishyminado el transformador y el rectificador quedando una version minima de fuente conmutada Tambien el filtro se ha modificado convirtiendose ahora en un circuito integrador de los pulsos de conrnutarion
Al no utilizar transformador la seiialde conmutashycion no cambia de sentido manteniendose en todo momento como una seiial continua de caracshyter pulsante Por lo tanto no es necesario utilizar la fuente secundaria En su lugar es suficiente con queextraigamos la tension eficaz que transportan los pulsos cuya anchura variara sequn deba aumentar 0 disminuir la potencia suministrada en la salida Esta es la funcion del circuito integrashydor que hemos utilizado siempre que necesitabashymos pasar una seiial modulada en anchura a un nivel de tension continua
Las cameras de video son los equipos de imagen que montan con mas frecuencia convertidores DCDC Habitualmente se utilizan combinaciones de las dos estructuras comentadas pudiendo encontrar un convertidor con transformador de
mutados para estabilizar la alimentacion de valor mas bajo de los circuitos integrashydos
La Figura 1512 representa un convertidor DCDC compuesto por dos circuitos de requlacion independientes El circuito se basa en el empleo de un regulador conshymutado doble (1C1) que contiene en su interior un generador de tension de refeshyrencia el oscilador dos comparadores de tension y dos moduladores de anchura de pulsos Como componentes asociados a este integrado aparecen R5 y C4 que defishynen la frecuencia de trabajo del oscilador interno
La tension de la bateria se filtra a traves de la red LlshyC5 Yse protege con un fusible Asi se consigue La tenshysion de alirnentacion no regulada que servira para alishymentar el circuito integrado lC1 asi como los transistores conmutadores 01 y 02 Al recibir esta alishymentacion el integrado apiicara pulsos a la base de 01 Por lo tanto la tension de la bateria se convertira en seiialpulsante en el colector deeste transistor D1 actua como eLemento de protecci6n evitando que La fuerza contraelectromotriz de la bobina L2 pueda daiiar con picos negativos al transistor Precisamente esta bobina L2 junto al condensador C1 forman la red integradora de estos pulses creando de nuevo tension continua en esta salida de la fuente Para regular la tension toma-
VC Vloml 1 I
~ I Salida
Referenda
Fig 1511 Diagrama de bloques de un regulador de tension conmutado
secunda rio multiple para obtener las tensiones mas grandes asociado-avarios reguladores con-
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
2-3 PW-l 2 3 BOARD POWER SUPPLY CIRCUIT DIAGRA
r - - - 1 IC5~1 Slk~JltH VOLTAGE REG AIOR PW-2 I
ALWAr$ -45V
ALWAYS 55V TG CP-I (PW-Al
Clb4 J JW5J I
0451 I
t GNO I~H
6 LWAYs--13-i(~)
GNO MCI
AC 2N AC29V
9 JIoLWAlS 5V a l-~A-YSi3vi IgtlH ~
-~~n I GND =J II GNO
-5101 fogt 51( 1-0 5gtlt IIgt
-j--------shy
PW-l GNO PI-lJI21SPr-GIT
--t--r---6~gt~---shyI~OO~ 2iO~
(1ltgt2 2C1~ bull
OS101 15$24
Ihi Jr~~ 0
I I
Fig 153 Fuente de alishy
mentaci6n con
--- --- ---- --_-shy
con pocos componentes hace quesean faciles de repashyrar al diferenciarse facilmente sus distintas areas funshycionales Sin embargo la utilizaci6n de un transformashydor a frecuencia de red hace que su rendimiento sea bajo con excesivas perdidas de energia que obligan a aumentar su tamafio y peso Por eso euando el consumo
t)II01OO102---DSFlorcestabilizador 051030510middot--GlI0DL bull _O_5-OSI0B---DSlltIOCLintegrado
no sea tan intuitivo En la figura 153 se puede obsershyvar una Fuente de alimentaci6n quetiene centralizados los circuitos de estabilizaci6n en el regulador de tenshysi6n multiple STK 5446
Las Fuentes de alimentaci6n lineales son como ya hemos comentado los sistemas de alimentaci6n de utishy empieza a elevarse se plantean otros tipos de Fuente de lizaci6n mas difundida Suestructura clasica sencilla y alimentaci6n que estudiaremos a continuaci6n
153 Fuentes de allmentacion conmutadas
Frente a las clasicas Fuentes lineales cada vez son mas los fabricantes que deciden montar sistemas de alishymentaci6n conmutados Sus ventajas son evidentes ya que su mejor rendimiento enerqetico hace que se calienten menos al tiempo que disminuyen su tamaiio y peso Paralelamente un consumo mas bajo supone utilizar componentes de menor potencia reduciendo asi los costes del circuito
A Principio 1 ti de funcionamiento
El diagrama basico de unaFuente de alimentaci6n conshyll mutada aparece representado en la Figura 154yesmiddot
sensiblemente distinto al de las Fuentes lineales En primer lugar la tension que llega de la red electrica se rectifica directamente sin utilizar transformador de entrada Este rectificador generalmente de doble onda entrega la serial pulsatoria de SlJ salida a un filshytro que obtendra una onda de nivel mas estable Mediante estos dos bloques se erea una Fuente de alishymentaci6n primaria que proporciona una tensi6n conshytinua de mas de 300 V que tendra fundamentalmente dos funciones
a) Sera la base de la cual obtendremos los pulsos necesarios para el funcionamiento del resto del cirshycuito
-----------======= -- 15 Fuentes-de-alsmenteclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
Enlrada dered
ffiJ[L WL
b) Una vez reducido su valor mediante resistencias servira para alimentar inicialmente el oscilador y el comparador que aparecen en el diagrama
Al recibir alimentacion el oscilador ernpezara a geneshyrar una onda de varias decenas de kilohercios que se aplicara al modulador PWM En su estado de inicio este modulador sacara porsu salida un pulso generado a partirdel oscilador quese aplicara al conmutador Este elemento formado casi siempre por un transistor se polariza en estado de saturacion cuando recibe el pulso del modulador y se situa en corte cuando no recibe serial de excitacion Por 10 tanto los pulsos procedentes del modulador serviran para trocear la tension contishynua que tiene el conmutador en su entrada aplicanshydole al transformador unos impulsos de alta frecuencia y elevada tension Esta operacion hace que se conozca este tipo de Fuente como chopeada por el terrnino inqles chopper (troceador)
En este punto del circuito utilizaremos un transformador como medio para adaptar la tenshysion de entrada a las requeridas por los circuishytos a alimentar Sin embargo la frecuencia de La serial que se le aplica es mucho mayor que en las Fuentes lineales lo que reduce sensibleshymente las erdidas de este componente De hecho tarnafio de este transforrnador es muc menor que el utilizado para conseguir u potencia de salida simiLar en las Fuentes ineales Al aplicarle los pulses en el secundashyrio del transformador tendremos una sefial alterna si bien no es de tipo senoidal Para obtener a partir de esta serial La tensi6n contishynua de alimentacion utilizaremos una segunda red de rectificaci6n y filtrado A diferencia de la primera ahora no sera necesario utilizar recshy
r---~~
Salida
RUm
Fig 154 Principia de funcionamienta de unafuente canmutada
tificadores de doble onda puesto que la mayor freshycuencia de la serial hace mas sencilla la obtencion de una tensi6n constante Esta razon hace que tambien la capacidad necesaria en los condensadores de filtrado disminuya e incluso que en muchos casos no sea neceshysaria la utilizacion de estabilizadores posteriores
B Tecnicas de regulad6n en ifgt fuentes conmutadas
Para poder mantener la tension de salida constante las Fuentes conmutadas establecen un lazo de realimenshytad6n Este bucle se forma a partir de la tensi6n del secunda rio del transformador del cual se obtendra una muestra para conocer los posibles cam bios que se proshyduzcan en la tension de salida Estos cambios suelen suceder cuando se modifica el consumo de potencia del circuito al que se alimenta y debemos establecer un sistema que los neutralice El sistema empleado consisshy
Regulaci6n par frecuencia variable
In-----L~ tan gt1 ton _
Frecuencia minima = t onmaximo = energia maxima v
Frecuencia maxima =t onminima =energia minima
Fig 155 Sistemas de regulaci6n enfuentes canmutadas
15 Fuentes de alimentaci6n 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
te en comparar La muestra de la tension del secundario con una tension de referencia y modificar la energia que el conmutador aplica al primario del transformador para conseguir compensar lasvariaciones de la tension de salida de la fuente de alirnentacion Como vimos el oscilador es el encargado de marcar el ritmo de trabajo delinterruptor Para poder mantener la tension de salida estabilizada debemos modificar el tiempo en el que el conmutador permanece aplicando tension sobre el prishymario deltransformador denominado tiempo de activashycion (tn~ Esto se puede lograr de dos modos distintos
bull Variando la frecuencia de la sefial Si aplicamos una serial de frecuencia variable al conmutador estaremos modificando la cantidad de enerqia que se inyecta al transforrnador Una seiial de alta freshycuencia tendra durante poco tiempo el conmutador activado por lo que la cantidad de energia transshyferida al primario sera pequeiia Al disminuir la freshycuencia de conrnutacion se aumenta paralelamente el tiempo de activacion y con el la cantidad de energia que recibe el transformador
bull Variando la duraci6n de los pulsos Otra posibilishydad de modificar la cantidad de campo maqnetico que se induce en el transformador consiste en variar el cielo de trabajo de la seiial de control del con-
a) Mediante secundarioespecifico
Zona noaislada
b)Mediante transformador separador
c)Mediante optoacoplador
Fig 156 Temicas de extracCi6n de la miiestra de regultldon
mutador Aunque la frecuencia no vane si manteshynemos mas tiempo el pulso a nivel alto pasara mas corriente a traves del prirnario Por lo tanto una seiial de anchura de pulso variable (PWM) podra ser adecuada para regular la cantidad de energia quese aplica sobre el transformador de forma que se manshytenga estable la tension de salida de la fuente
Cualquiera de las dos opciones supone quejunto al comshyparador tendremos un circuito modulador encargado de modificar laseiial delosciLador SegOn elequipo concreto podremos encontrar fuentes quetrabajan porfrecuencia variable por anchura de pulsos variable e incluso que comshybinan las dos tecnicas simultaneamente Esto supone que el comparador tendra asociado un sistema de control que rnodificara los parametros de laseiial quese aplica al conshymutador en funcion de las variaciones detectadas en la muestra de latension desalida
C Extracci6n o de la muestra
Como ya comentamos en la Unidad 8 el transformador de las fuentes de alimentation adernas de servir para cambiar elvalor de La tension de entrada proporciona un aislamiento qalvanico muy interesante como medida de proteccion ante descargas electricas En el caso de fuenshy
tes conmutadas la zona conectada directamente a la red se abarcara toda la fuente primaria el conshymutador el oscilador y el sistema de control adeshymas del primario del transformador En el disefio resulta fundamental no conectar zonas aisladas de la red con otras que no lo estan por lo que tenshydremos circuitos totalmente independientes a uno y otro lade del transformador Ineluso las masas seran diferentes lo que nos obliqara a considerar dedonde tomamos la referenda a la hora de realishyzar medidas en el circuito Sin embargo si obsershyvamos el diagrama de bloques notaremos que hay una linea queincumple laseparation imprescindishyble entre lasdoszonasde la fuente se trata de la linea de retorno de la rnuestra necesaria para la requlacion En realidad vamos a ver como esta linea transfiere su informacion sin necesidad de tenercontacto Fisico con lazona no aislada delcirshycuito
Precisamente una de las caracteristicas que difeshyrencian unas fuentes conmutadas de otras es la forma de extraer esta muestra pudiendo enconshytrar tres tecnicas distintas
--------------------------
15 Fuentes de allmentacion 153 Fuentes de alirnentacion conmutadas
Ff T250V 3A
Fig 157 Esquema ellictrico de una fuente conmutada
bull Mediante unsecundario especifico La forma mas comun es diseiiar eL transformador de modo que contenga un secundario espec1fico para La toma de La muestra De esta forma se tendra una referencia fieL de La energiaque circuLa por eL transformador y aL tomar La seiiaL mediante induccion deL campo maqnetico generado por eL primario no existira contacto aLguno con eL resto de Los secundarios
bull Mediante un transformador separador Si quereshymos tomar La muestra desde eL secundario de La fuente podemos coLocar un pequeiio transformashydor que transfiera La seiiaL hacia eL comparador Asi tendremos garantizada La separacion qalvanica entre Las dos areas deL circuito
bull Mediante un optoacoplador Para transferir una seiiaL sin contacto fisico podemos optar por conshyvertirla en seiiaLes lurninosas y transferirla en este formato hasta un fototransistor que La devolvera aL pLano electrico A diferencia de Los otros dos m dos La muestra se tomara desde La saLida de
fuente por Lo que se trata de un niveL de tenshysion continua en Lugar de una seiiaL aLterna En eL
AC ZJfJV 50Hz C1
LrI~7
------------GEJ
----------------Qill
mercado existen componentes que en una pequeiia capsula simiLar a un circuito integrado incorporan eL diodo emisor de Luz y eL fototransistor por Lo queeste sistema resultara comedo barato y fiabLe aL mismo tiempo
Circuitos o reales
Una vez que hemos estudiado Los aspectos basicos de Las fuentes conmutadas podemos afrontar eL analisis de un circuito real En La Figura 157 podemos ver eL diagrama de una fuente de alirnentacion conmutada de uso muy extendido en Los receptores de television Para simpLificar su comprension se han eLiminado algushynos componentes de menor reLevancia representando solo los mas importantes Sobre eL esquema se han marcado Los diferentes hloques con Los mismos coloshyres utiLizados en el diagrama de La Figura 154
En eL circuito como ya ocurriera en La fuente LineaL que estudiamos anteriormente La seiiaL de red entra a traves de un fiLtro de radiofrecuencia para evitarseiiales espushy
_----------------
15 Fuentes de allmentaclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
gt ~
5 ~sdiv
a) Seiialdesalida depulsos del regulador
Fig 158 Seiiales en lafuente de alimentaci6n conmutada
rias que pudieran perturbar el funcionamiento delequipo A continuacion encontramos la fuente de alimentation prirnaria formada por el puente rectificador de entrada (diodos 01 a 04) y el condensador de filtro C2
Paralelamente a esta linea de aiirnentacion observamos el conjunto de componentes 05R1 que aparecen conectados directamente a la tension alterna de entrada Estos componentes se encarqaran de proporshycionar la tension de alirnentacion inicial al circuito integrado U1 que realiza las funciones de oscilador modulador PWM y comparador estando a su cargo el control de los pulsos de conrnutacion Este regulador conmutado del tipo TDA 4601 utiliza un sistema de control mixto variando al mismo tiempo la frecuencia de los pulsos y su anchura para mantener constante las tensiones de salida de la fuente
Al conectar el aparato en diodo 05 rectificara el prishymer semiciclo positivo que aparezca en la red mienshytras que R1 atenuara su valor Oe esta forma el circuito integrado U1 ernpezara a generar pulsos por su termi-
Oibuja las formas de onda y comenta cuales son las sefiales que encontraremos sobre el circuito de la Figura 157 si medimos en los ~
siguientes puntos I
bull Ierminal B de U1 bull Ierminai tu del transfcrmador I bull Colector de Q1 bull Catodo de 011 I bull Terminal 5 del transformador bull Terminal 3 de U2 1
- bull Terminal 3 de U1 i
5 ~ sdiv
b)Seiial enel colector deltransistor conmutador
Analisis de sefiales
nal numero 8 Estos pulsos atravesaran C3 polarizando la base del transistor Q1 Al recibir el primer pulse este transistor pasara a saturaci6n quedando su colecshytor unido a la masa viva del circuito En ese memento la diferencia de potencial entre los extremos del prishymario del transformador (bobinado 1-2) hara que cirshycule corriente por ella creandose campo rnaqnetico en el interior del transformador Estaenergia provocara la aparici6n de corriente inducida en todos los secundashyrios del transformador distribuyendose para diferentes aplicaciones
Justo debajo del primario aparece entre los contactos 3 y 4 el secundario que proporcionara la alimentacion del sistema de control de conmutaci6n Este bobinado creara entre sus terminales una tension alterna que se rectificara en el diodo 07 y se filtrara en el condensashydor C4 convirtiendose asi en continua Esta tension recuperada del transformador es superior a la que llega a traves del diodo OS por lo que una vez que la fuente se pone en funcionamiento se producira una autoalishyrnentacion del circuitointegrado a traves de esta linea
Para estabilizar la tension de salida esta fuente utishyliza una muestra tomada a partir del secundario 5-6 del transformador Oe forma parecida a la anterior la seiial captada por esta bobina se rectifica por 08 solo que ahora nos quedaremos con los semiciclos negativos ya que el circuito comparador trabaja con tension neqativa El condensador C5 filtrara la rnuesshytra antes de aplicarla al comprador de control La resistencia R3 adaptara la tension de la muestra a los marqenes de funcionamiento del comparador y el potenciometro P1 servira para regular la tension de salida de la fuente
La zona aislada de la red a la derecha del transformashydor nos resulta familiar puesto que el circuito es basshytante parecido al utilizado en las fuentes lineales Segun las necesidades del circuito encontraremos un numero mayor 0 menor de fuentes de alirnentacion secundarias En este caso todas se nutren de un mismo bobinado con tomas intermedias para las diferentes tensiones y con una misma referencia cornun que se tornara en el terminal 11 del transformador Es imporshytante notar que la masa conectada a este punto (que sera la masa efectiva de los circuitos del aparato) tiene un simbolo diferente de la que aparece por ejemplo en el pin 6 Como ya vimos se trata de puntos difeshyrentes del circuito para respetar el aislamiento que proporciona el transformador ~~=~-o~~=~~=--~-n~=--YO~~$~-==-~==lt=~~=V1=~=J
15 Fuentes de alimentaci6n t54C~n~Hd~reDClDC
Entrad a dered muestra de cornparacion y can ella ajustashy
Filtro primario Filtro dered remos la tension de salida
Fillros secundarios Rectificador
primario
Del terminal 8 del transformador tomaremos la tension mas alta de la fuente que servira
Reclificadores secundarios
para alimentarel amplificador de salida horishyzontal del televisor Un rectificador de media onda y un filtro de tipo L-C serviran para
Transformador Regulador suministrar una tensi6n constante Como es la linea de mayor consume se suele montar un fusible especifico que proteqera la Fuente de alirnentacion ante posibles averias en la
Conmutador etapa de deflexi6n
Con una estructura similar a la anterior el terminal 9 alirnentara los circuitos que requieran una tension media y con estabilishyzadores posterioresmiddot podremos conseguir otras de menor valor que alimentaran por
5i en el circuito a aLimentar se produce un aumento de ejemplo al sistema de controlde funciones La Fuente consumo el secundario correspondiente absorbers mas secundaria mas compleja parte del terminal 10 del campo rnaqnetico del transformador Al reducirse el transformador Aqui aparece un sistema regulado por campo rnaqnetico que queda disponibLe para el resto el estabilizador U2 que tiene conectado un circuito de en el secundario de muestreo disminuira la tensi6n de activacion a traves del transistor 02 Como hemos estushysalida Una vez rectificada y filtrada la muestra de tenshy diado anteriormente desde esta linea se alirnentaran sion continua tambien tendra menor valor por lo que los circuitos de sefial del equipo cuando se reciba la el comparador disrninuira la frecuencia y aumentara la orden oportuna desde el microprocesador de control anchura de los pulsos de conmutaci6n Con esta opeshyradon se mantendra activo durante mas tiempo el transhysistor 01 aplicandole mas energia al transformador para suplir el incremento de demanda
Como vemos la cantidad de enerqia que se aplica al Avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada transformador y por lo tanto la tensi6n que aparecera en los secundarios depende de la tensi6n del terminal 3 del circuito integrado Par lo tanto si coLocamos una resistencia ajustable podremos variar el valor de la
154 Convertidores DCDC
lador que sera modulado para obtener los impulses de rn Principio conmutaci6n Esta modularion estara controlada par la
i- de funcionamiento comparacion de una muestra de la salida respecto a una tension de referencia interna En este caso al parshy
En realidad un convertidor DCDC es una Fuente de alishy tir de una tension de bajo valor el transformador se mentaci6n conrnutada a la cual se le ha suprimido la encarqara de elevar el nivel de la tension de entrada Fuente de alimentaci6n primaria Realmente no la hasta la que se necesite en los circuitos a los que alishynecesita puesto que su funcion la realiza la propia mentara Como no esta conectado a La red este cirshybateria A partir de esta tensi6n se alimenta un osci- cuito no requiere las precauciones de la Fuente de ali-
Fig 159 Detalle de los elementos principales en unafuente de alimentad6n conmutada
Ii Realiza un arbol de seguimiento que desarrolle la investigaci6n de i una avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada
~=~lt=~_~~-~_~= ~_=gtogt~r===bull~--=~~gt-=
-f ~
15 Fuentes de elimentaclon 154Convertidores DCDC
Entrada ~-~
Vfill I
VWi I
VC I
Salida
Fillro
FiglS 10 Principio dejuncionamiento de un convertidor DCDC
mentation conmutada relativas al aislamiento y porlo tanto se podra aplicar la muestra de salida directashymente al comparador teniendo todas las tensiones la misma masa de referenda
Cuando la tension necesaria enla salida del convertishydares mas pequeiia que la entrada y deseamos utilizar un regulador conmutado el circuito se simplifica todashyvia mas Como se aprecia en la Figura 1511 se han eLishyminado el transformador y el rectificador quedando una version minima de fuente conmutada Tambien el filtro se ha modificado convirtiendose ahora en un circuito integrador de los pulsos de conrnutarion
Al no utilizar transformador la seiialde conmutashycion no cambia de sentido manteniendose en todo momento como una seiial continua de caracshyter pulsante Por lo tanto no es necesario utilizar la fuente secundaria En su lugar es suficiente con queextraigamos la tension eficaz que transportan los pulsos cuya anchura variara sequn deba aumentar 0 disminuir la potencia suministrada en la salida Esta es la funcion del circuito integrashydor que hemos utilizado siempre que necesitabashymos pasar una seiial modulada en anchura a un nivel de tension continua
Las cameras de video son los equipos de imagen que montan con mas frecuencia convertidores DCDC Habitualmente se utilizan combinaciones de las dos estructuras comentadas pudiendo encontrar un convertidor con transformador de
mutados para estabilizar la alimentacion de valor mas bajo de los circuitos integrashydos
La Figura 1512 representa un convertidor DCDC compuesto por dos circuitos de requlacion independientes El circuito se basa en el empleo de un regulador conshymutado doble (1C1) que contiene en su interior un generador de tension de refeshyrencia el oscilador dos comparadores de tension y dos moduladores de anchura de pulsos Como componentes asociados a este integrado aparecen R5 y C4 que defishynen la frecuencia de trabajo del oscilador interno
La tension de la bateria se filtra a traves de la red LlshyC5 Yse protege con un fusible Asi se consigue La tenshysion de alirnentacion no regulada que servira para alishymentar el circuito integrado lC1 asi como los transistores conmutadores 01 y 02 Al recibir esta alishymentacion el integrado apiicara pulsos a la base de 01 Por lo tanto la tension de la bateria se convertira en seiialpulsante en el colector deeste transistor D1 actua como eLemento de protecci6n evitando que La fuerza contraelectromotriz de la bobina L2 pueda daiiar con picos negativos al transistor Precisamente esta bobina L2 junto al condensador C1 forman la red integradora de estos pulses creando de nuevo tension continua en esta salida de la fuente Para regular la tension toma-
VC Vloml 1 I
~ I Salida
Referenda
Fig 1511 Diagrama de bloques de un regulador de tension conmutado
secunda rio multiple para obtener las tensiones mas grandes asociado-avarios reguladores con-
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
-----------======= -- 15 Fuentes-de-alsmenteclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
Enlrada dered
ffiJ[L WL
b) Una vez reducido su valor mediante resistencias servira para alimentar inicialmente el oscilador y el comparador que aparecen en el diagrama
Al recibir alimentacion el oscilador ernpezara a geneshyrar una onda de varias decenas de kilohercios que se aplicara al modulador PWM En su estado de inicio este modulador sacara porsu salida un pulso generado a partirdel oscilador quese aplicara al conmutador Este elemento formado casi siempre por un transistor se polariza en estado de saturacion cuando recibe el pulso del modulador y se situa en corte cuando no recibe serial de excitacion Por 10 tanto los pulsos procedentes del modulador serviran para trocear la tension contishynua que tiene el conmutador en su entrada aplicanshydole al transformador unos impulsos de alta frecuencia y elevada tension Esta operacion hace que se conozca este tipo de Fuente como chopeada por el terrnino inqles chopper (troceador)
En este punto del circuito utilizaremos un transformador como medio para adaptar la tenshysion de entrada a las requeridas por los circuishytos a alimentar Sin embargo la frecuencia de La serial que se le aplica es mucho mayor que en las Fuentes lineales lo que reduce sensibleshymente las erdidas de este componente De hecho tarnafio de este transforrnador es muc menor que el utilizado para conseguir u potencia de salida simiLar en las Fuentes ineales Al aplicarle los pulses en el secundashyrio del transformador tendremos una sefial alterna si bien no es de tipo senoidal Para obtener a partir de esta serial La tensi6n contishynua de alimentacion utilizaremos una segunda red de rectificaci6n y filtrado A diferencia de la primera ahora no sera necesario utilizar recshy
r---~~
Salida
RUm
Fig 154 Principia de funcionamienta de unafuente canmutada
tificadores de doble onda puesto que la mayor freshycuencia de la serial hace mas sencilla la obtencion de una tensi6n constante Esta razon hace que tambien la capacidad necesaria en los condensadores de filtrado disminuya e incluso que en muchos casos no sea neceshysaria la utilizacion de estabilizadores posteriores
B Tecnicas de regulad6n en ifgt fuentes conmutadas
Para poder mantener la tension de salida constante las Fuentes conmutadas establecen un lazo de realimenshytad6n Este bucle se forma a partir de la tensi6n del secunda rio del transformador del cual se obtendra una muestra para conocer los posibles cam bios que se proshyduzcan en la tension de salida Estos cambios suelen suceder cuando se modifica el consumo de potencia del circuito al que se alimenta y debemos establecer un sistema que los neutralice El sistema empleado consisshy
Regulaci6n par frecuencia variable
In-----L~ tan gt1 ton _
Frecuencia minima = t onmaximo = energia maxima v
Frecuencia maxima =t onminima =energia minima
Fig 155 Sistemas de regulaci6n enfuentes canmutadas
15 Fuentes de alimentaci6n 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
te en comparar La muestra de la tension del secundario con una tension de referencia y modificar la energia que el conmutador aplica al primario del transformador para conseguir compensar lasvariaciones de la tension de salida de la fuente de alirnentacion Como vimos el oscilador es el encargado de marcar el ritmo de trabajo delinterruptor Para poder mantener la tension de salida estabilizada debemos modificar el tiempo en el que el conmutador permanece aplicando tension sobre el prishymario deltransformador denominado tiempo de activashycion (tn~ Esto se puede lograr de dos modos distintos
bull Variando la frecuencia de la sefial Si aplicamos una serial de frecuencia variable al conmutador estaremos modificando la cantidad de enerqia que se inyecta al transforrnador Una seiial de alta freshycuencia tendra durante poco tiempo el conmutador activado por lo que la cantidad de energia transshyferida al primario sera pequeiia Al disminuir la freshycuencia de conrnutacion se aumenta paralelamente el tiempo de activacion y con el la cantidad de energia que recibe el transformador
bull Variando la duraci6n de los pulsos Otra posibilishydad de modificar la cantidad de campo maqnetico que se induce en el transformador consiste en variar el cielo de trabajo de la seiial de control del con-
a) Mediante secundarioespecifico
Zona noaislada
b)Mediante transformador separador
c)Mediante optoacoplador
Fig 156 Temicas de extracCi6n de la miiestra de regultldon
mutador Aunque la frecuencia no vane si manteshynemos mas tiempo el pulso a nivel alto pasara mas corriente a traves del prirnario Por lo tanto una seiial de anchura de pulso variable (PWM) podra ser adecuada para regular la cantidad de energia quese aplica sobre el transformador de forma que se manshytenga estable la tension de salida de la fuente
Cualquiera de las dos opciones supone quejunto al comshyparador tendremos un circuito modulador encargado de modificar laseiial delosciLador SegOn elequipo concreto podremos encontrar fuentes quetrabajan porfrecuencia variable por anchura de pulsos variable e incluso que comshybinan las dos tecnicas simultaneamente Esto supone que el comparador tendra asociado un sistema de control que rnodificara los parametros de laseiial quese aplica al conshymutador en funcion de las variaciones detectadas en la muestra de latension desalida
C Extracci6n o de la muestra
Como ya comentamos en la Unidad 8 el transformador de las fuentes de alimentation adernas de servir para cambiar elvalor de La tension de entrada proporciona un aislamiento qalvanico muy interesante como medida de proteccion ante descargas electricas En el caso de fuenshy
tes conmutadas la zona conectada directamente a la red se abarcara toda la fuente primaria el conshymutador el oscilador y el sistema de control adeshymas del primario del transformador En el disefio resulta fundamental no conectar zonas aisladas de la red con otras que no lo estan por lo que tenshydremos circuitos totalmente independientes a uno y otro lade del transformador Ineluso las masas seran diferentes lo que nos obliqara a considerar dedonde tomamos la referenda a la hora de realishyzar medidas en el circuito Sin embargo si obsershyvamos el diagrama de bloques notaremos que hay una linea queincumple laseparation imprescindishyble entre lasdoszonasde la fuente se trata de la linea de retorno de la rnuestra necesaria para la requlacion En realidad vamos a ver como esta linea transfiere su informacion sin necesidad de tenercontacto Fisico con lazona no aislada delcirshycuito
Precisamente una de las caracteristicas que difeshyrencian unas fuentes conmutadas de otras es la forma de extraer esta muestra pudiendo enconshytrar tres tecnicas distintas
--------------------------
15 Fuentes de allmentacion 153 Fuentes de alirnentacion conmutadas
Ff T250V 3A
Fig 157 Esquema ellictrico de una fuente conmutada
bull Mediante unsecundario especifico La forma mas comun es diseiiar eL transformador de modo que contenga un secundario espec1fico para La toma de La muestra De esta forma se tendra una referencia fieL de La energiaque circuLa por eL transformador y aL tomar La seiiaL mediante induccion deL campo maqnetico generado por eL primario no existira contacto aLguno con eL resto de Los secundarios
bull Mediante un transformador separador Si quereshymos tomar La muestra desde eL secundario de La fuente podemos coLocar un pequeiio transformashydor que transfiera La seiiaL hacia eL comparador Asi tendremos garantizada La separacion qalvanica entre Las dos areas deL circuito
bull Mediante un optoacoplador Para transferir una seiiaL sin contacto fisico podemos optar por conshyvertirla en seiiaLes lurninosas y transferirla en este formato hasta un fototransistor que La devolvera aL pLano electrico A diferencia de Los otros dos m dos La muestra se tomara desde La saLida de
fuente por Lo que se trata de un niveL de tenshysion continua en Lugar de una seiiaL aLterna En eL
AC ZJfJV 50Hz C1
LrI~7
------------GEJ
----------------Qill
mercado existen componentes que en una pequeiia capsula simiLar a un circuito integrado incorporan eL diodo emisor de Luz y eL fototransistor por Lo queeste sistema resultara comedo barato y fiabLe aL mismo tiempo
Circuitos o reales
Una vez que hemos estudiado Los aspectos basicos de Las fuentes conmutadas podemos afrontar eL analisis de un circuito real En La Figura 157 podemos ver eL diagrama de una fuente de alirnentacion conmutada de uso muy extendido en Los receptores de television Para simpLificar su comprension se han eLiminado algushynos componentes de menor reLevancia representando solo los mas importantes Sobre eL esquema se han marcado Los diferentes hloques con Los mismos coloshyres utiLizados en el diagrama de La Figura 154
En eL circuito como ya ocurriera en La fuente LineaL que estudiamos anteriormente La seiiaL de red entra a traves de un fiLtro de radiofrecuencia para evitarseiiales espushy
_----------------
15 Fuentes de allmentaclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
gt ~
5 ~sdiv
a) Seiialdesalida depulsos del regulador
Fig 158 Seiiales en lafuente de alimentaci6n conmutada
rias que pudieran perturbar el funcionamiento delequipo A continuacion encontramos la fuente de alimentation prirnaria formada por el puente rectificador de entrada (diodos 01 a 04) y el condensador de filtro C2
Paralelamente a esta linea de aiirnentacion observamos el conjunto de componentes 05R1 que aparecen conectados directamente a la tension alterna de entrada Estos componentes se encarqaran de proporshycionar la tension de alirnentacion inicial al circuito integrado U1 que realiza las funciones de oscilador modulador PWM y comparador estando a su cargo el control de los pulsos de conrnutacion Este regulador conmutado del tipo TDA 4601 utiliza un sistema de control mixto variando al mismo tiempo la frecuencia de los pulsos y su anchura para mantener constante las tensiones de salida de la fuente
Al conectar el aparato en diodo 05 rectificara el prishymer semiciclo positivo que aparezca en la red mienshytras que R1 atenuara su valor Oe esta forma el circuito integrado U1 ernpezara a generar pulsos por su termi-
Oibuja las formas de onda y comenta cuales son las sefiales que encontraremos sobre el circuito de la Figura 157 si medimos en los ~
siguientes puntos I
bull Ierminal B de U1 bull Ierminai tu del transfcrmador I bull Colector de Q1 bull Catodo de 011 I bull Terminal 5 del transformador bull Terminal 3 de U2 1
- bull Terminal 3 de U1 i
5 ~ sdiv
b)Seiial enel colector deltransistor conmutador
Analisis de sefiales
nal numero 8 Estos pulsos atravesaran C3 polarizando la base del transistor Q1 Al recibir el primer pulse este transistor pasara a saturaci6n quedando su colecshytor unido a la masa viva del circuito En ese memento la diferencia de potencial entre los extremos del prishymario del transformador (bobinado 1-2) hara que cirshycule corriente por ella creandose campo rnaqnetico en el interior del transformador Estaenergia provocara la aparici6n de corriente inducida en todos los secundashyrios del transformador distribuyendose para diferentes aplicaciones
Justo debajo del primario aparece entre los contactos 3 y 4 el secundario que proporcionara la alimentacion del sistema de control de conmutaci6n Este bobinado creara entre sus terminales una tension alterna que se rectificara en el diodo 07 y se filtrara en el condensashydor C4 convirtiendose asi en continua Esta tension recuperada del transformador es superior a la que llega a traves del diodo OS por lo que una vez que la fuente se pone en funcionamiento se producira una autoalishyrnentacion del circuitointegrado a traves de esta linea
Para estabilizar la tension de salida esta fuente utishyliza una muestra tomada a partir del secundario 5-6 del transformador Oe forma parecida a la anterior la seiial captada por esta bobina se rectifica por 08 solo que ahora nos quedaremos con los semiciclos negativos ya que el circuito comparador trabaja con tension neqativa El condensador C5 filtrara la rnuesshytra antes de aplicarla al comprador de control La resistencia R3 adaptara la tension de la muestra a los marqenes de funcionamiento del comparador y el potenciometro P1 servira para regular la tension de salida de la fuente
La zona aislada de la red a la derecha del transformashydor nos resulta familiar puesto que el circuito es basshytante parecido al utilizado en las fuentes lineales Segun las necesidades del circuito encontraremos un numero mayor 0 menor de fuentes de alirnentacion secundarias En este caso todas se nutren de un mismo bobinado con tomas intermedias para las diferentes tensiones y con una misma referencia cornun que se tornara en el terminal 11 del transformador Es imporshytante notar que la masa conectada a este punto (que sera la masa efectiva de los circuitos del aparato) tiene un simbolo diferente de la que aparece por ejemplo en el pin 6 Como ya vimos se trata de puntos difeshyrentes del circuito para respetar el aislamiento que proporciona el transformador ~~=~-o~~=~~=--~-n~=--YO~~$~-==-~==lt=~~=V1=~=J
15 Fuentes de alimentaci6n t54C~n~Hd~reDClDC
Entrad a dered muestra de cornparacion y can ella ajustashy
Filtro primario Filtro dered remos la tension de salida
Fillros secundarios Rectificador
primario
Del terminal 8 del transformador tomaremos la tension mas alta de la fuente que servira
Reclificadores secundarios
para alimentarel amplificador de salida horishyzontal del televisor Un rectificador de media onda y un filtro de tipo L-C serviran para
Transformador Regulador suministrar una tensi6n constante Como es la linea de mayor consume se suele montar un fusible especifico que proteqera la Fuente de alirnentacion ante posibles averias en la
Conmutador etapa de deflexi6n
Con una estructura similar a la anterior el terminal 9 alirnentara los circuitos que requieran una tension media y con estabilishyzadores posterioresmiddot podremos conseguir otras de menor valor que alimentaran por
5i en el circuito a aLimentar se produce un aumento de ejemplo al sistema de controlde funciones La Fuente consumo el secundario correspondiente absorbers mas secundaria mas compleja parte del terminal 10 del campo rnaqnetico del transformador Al reducirse el transformador Aqui aparece un sistema regulado por campo rnaqnetico que queda disponibLe para el resto el estabilizador U2 que tiene conectado un circuito de en el secundario de muestreo disminuira la tensi6n de activacion a traves del transistor 02 Como hemos estushysalida Una vez rectificada y filtrada la muestra de tenshy diado anteriormente desde esta linea se alirnentaran sion continua tambien tendra menor valor por lo que los circuitos de sefial del equipo cuando se reciba la el comparador disrninuira la frecuencia y aumentara la orden oportuna desde el microprocesador de control anchura de los pulsos de conmutaci6n Con esta opeshyradon se mantendra activo durante mas tiempo el transhysistor 01 aplicandole mas energia al transformador para suplir el incremento de demanda
Como vemos la cantidad de enerqia que se aplica al Avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada transformador y por lo tanto la tensi6n que aparecera en los secundarios depende de la tensi6n del terminal 3 del circuito integrado Par lo tanto si coLocamos una resistencia ajustable podremos variar el valor de la
154 Convertidores DCDC
lador que sera modulado para obtener los impulses de rn Principio conmutaci6n Esta modularion estara controlada par la
i- de funcionamiento comparacion de una muestra de la salida respecto a una tension de referencia interna En este caso al parshy
En realidad un convertidor DCDC es una Fuente de alishy tir de una tension de bajo valor el transformador se mentaci6n conrnutada a la cual se le ha suprimido la encarqara de elevar el nivel de la tension de entrada Fuente de alimentaci6n primaria Realmente no la hasta la que se necesite en los circuitos a los que alishynecesita puesto que su funcion la realiza la propia mentara Como no esta conectado a La red este cirshybateria A partir de esta tensi6n se alimenta un osci- cuito no requiere las precauciones de la Fuente de ali-
Fig 159 Detalle de los elementos principales en unafuente de alimentad6n conmutada
Ii Realiza un arbol de seguimiento que desarrolle la investigaci6n de i una avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada
~=~lt=~_~~-~_~= ~_=gtogt~r===bull~--=~~gt-=
-f ~
15 Fuentes de elimentaclon 154Convertidores DCDC
Entrada ~-~
Vfill I
VWi I
VC I
Salida
Fillro
FiglS 10 Principio dejuncionamiento de un convertidor DCDC
mentation conmutada relativas al aislamiento y porlo tanto se podra aplicar la muestra de salida directashymente al comparador teniendo todas las tensiones la misma masa de referenda
Cuando la tension necesaria enla salida del convertishydares mas pequeiia que la entrada y deseamos utilizar un regulador conmutado el circuito se simplifica todashyvia mas Como se aprecia en la Figura 1511 se han eLishyminado el transformador y el rectificador quedando una version minima de fuente conmutada Tambien el filtro se ha modificado convirtiendose ahora en un circuito integrador de los pulsos de conrnutarion
Al no utilizar transformador la seiialde conmutashycion no cambia de sentido manteniendose en todo momento como una seiial continua de caracshyter pulsante Por lo tanto no es necesario utilizar la fuente secundaria En su lugar es suficiente con queextraigamos la tension eficaz que transportan los pulsos cuya anchura variara sequn deba aumentar 0 disminuir la potencia suministrada en la salida Esta es la funcion del circuito integrashydor que hemos utilizado siempre que necesitabashymos pasar una seiial modulada en anchura a un nivel de tension continua
Las cameras de video son los equipos de imagen que montan con mas frecuencia convertidores DCDC Habitualmente se utilizan combinaciones de las dos estructuras comentadas pudiendo encontrar un convertidor con transformador de
mutados para estabilizar la alimentacion de valor mas bajo de los circuitos integrashydos
La Figura 1512 representa un convertidor DCDC compuesto por dos circuitos de requlacion independientes El circuito se basa en el empleo de un regulador conshymutado doble (1C1) que contiene en su interior un generador de tension de refeshyrencia el oscilador dos comparadores de tension y dos moduladores de anchura de pulsos Como componentes asociados a este integrado aparecen R5 y C4 que defishynen la frecuencia de trabajo del oscilador interno
La tension de la bateria se filtra a traves de la red LlshyC5 Yse protege con un fusible Asi se consigue La tenshysion de alirnentacion no regulada que servira para alishymentar el circuito integrado lC1 asi como los transistores conmutadores 01 y 02 Al recibir esta alishymentacion el integrado apiicara pulsos a la base de 01 Por lo tanto la tension de la bateria se convertira en seiialpulsante en el colector deeste transistor D1 actua como eLemento de protecci6n evitando que La fuerza contraelectromotriz de la bobina L2 pueda daiiar con picos negativos al transistor Precisamente esta bobina L2 junto al condensador C1 forman la red integradora de estos pulses creando de nuevo tension continua en esta salida de la fuente Para regular la tension toma-
VC Vloml 1 I
~ I Salida
Referenda
Fig 1511 Diagrama de bloques de un regulador de tension conmutado
secunda rio multiple para obtener las tensiones mas grandes asociado-avarios reguladores con-
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
15 Fuentes de alimentaci6n 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
te en comparar La muestra de la tension del secundario con una tension de referencia y modificar la energia que el conmutador aplica al primario del transformador para conseguir compensar lasvariaciones de la tension de salida de la fuente de alirnentacion Como vimos el oscilador es el encargado de marcar el ritmo de trabajo delinterruptor Para poder mantener la tension de salida estabilizada debemos modificar el tiempo en el que el conmutador permanece aplicando tension sobre el prishymario deltransformador denominado tiempo de activashycion (tn~ Esto se puede lograr de dos modos distintos
bull Variando la frecuencia de la sefial Si aplicamos una serial de frecuencia variable al conmutador estaremos modificando la cantidad de enerqia que se inyecta al transforrnador Una seiial de alta freshycuencia tendra durante poco tiempo el conmutador activado por lo que la cantidad de energia transshyferida al primario sera pequeiia Al disminuir la freshycuencia de conrnutacion se aumenta paralelamente el tiempo de activacion y con el la cantidad de energia que recibe el transformador
bull Variando la duraci6n de los pulsos Otra posibilishydad de modificar la cantidad de campo maqnetico que se induce en el transformador consiste en variar el cielo de trabajo de la seiial de control del con-
a) Mediante secundarioespecifico
Zona noaislada
b)Mediante transformador separador
c)Mediante optoacoplador
Fig 156 Temicas de extracCi6n de la miiestra de regultldon
mutador Aunque la frecuencia no vane si manteshynemos mas tiempo el pulso a nivel alto pasara mas corriente a traves del prirnario Por lo tanto una seiial de anchura de pulso variable (PWM) podra ser adecuada para regular la cantidad de energia quese aplica sobre el transformador de forma que se manshytenga estable la tension de salida de la fuente
Cualquiera de las dos opciones supone quejunto al comshyparador tendremos un circuito modulador encargado de modificar laseiial delosciLador SegOn elequipo concreto podremos encontrar fuentes quetrabajan porfrecuencia variable por anchura de pulsos variable e incluso que comshybinan las dos tecnicas simultaneamente Esto supone que el comparador tendra asociado un sistema de control que rnodificara los parametros de laseiial quese aplica al conshymutador en funcion de las variaciones detectadas en la muestra de latension desalida
C Extracci6n o de la muestra
Como ya comentamos en la Unidad 8 el transformador de las fuentes de alimentation adernas de servir para cambiar elvalor de La tension de entrada proporciona un aislamiento qalvanico muy interesante como medida de proteccion ante descargas electricas En el caso de fuenshy
tes conmutadas la zona conectada directamente a la red se abarcara toda la fuente primaria el conshymutador el oscilador y el sistema de control adeshymas del primario del transformador En el disefio resulta fundamental no conectar zonas aisladas de la red con otras que no lo estan por lo que tenshydremos circuitos totalmente independientes a uno y otro lade del transformador Ineluso las masas seran diferentes lo que nos obliqara a considerar dedonde tomamos la referenda a la hora de realishyzar medidas en el circuito Sin embargo si obsershyvamos el diagrama de bloques notaremos que hay una linea queincumple laseparation imprescindishyble entre lasdoszonasde la fuente se trata de la linea de retorno de la rnuestra necesaria para la requlacion En realidad vamos a ver como esta linea transfiere su informacion sin necesidad de tenercontacto Fisico con lazona no aislada delcirshycuito
Precisamente una de las caracteristicas que difeshyrencian unas fuentes conmutadas de otras es la forma de extraer esta muestra pudiendo enconshytrar tres tecnicas distintas
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15 Fuentes de allmentacion 153 Fuentes de alirnentacion conmutadas
Ff T250V 3A
Fig 157 Esquema ellictrico de una fuente conmutada
bull Mediante unsecundario especifico La forma mas comun es diseiiar eL transformador de modo que contenga un secundario espec1fico para La toma de La muestra De esta forma se tendra una referencia fieL de La energiaque circuLa por eL transformador y aL tomar La seiiaL mediante induccion deL campo maqnetico generado por eL primario no existira contacto aLguno con eL resto de Los secundarios
bull Mediante un transformador separador Si quereshymos tomar La muestra desde eL secundario de La fuente podemos coLocar un pequeiio transformashydor que transfiera La seiiaL hacia eL comparador Asi tendremos garantizada La separacion qalvanica entre Las dos areas deL circuito
bull Mediante un optoacoplador Para transferir una seiiaL sin contacto fisico podemos optar por conshyvertirla en seiiaLes lurninosas y transferirla en este formato hasta un fototransistor que La devolvera aL pLano electrico A diferencia de Los otros dos m dos La muestra se tomara desde La saLida de
fuente por Lo que se trata de un niveL de tenshysion continua en Lugar de una seiiaL aLterna En eL
AC ZJfJV 50Hz C1
LrI~7
------------GEJ
----------------Qill
mercado existen componentes que en una pequeiia capsula simiLar a un circuito integrado incorporan eL diodo emisor de Luz y eL fototransistor por Lo queeste sistema resultara comedo barato y fiabLe aL mismo tiempo
Circuitos o reales
Una vez que hemos estudiado Los aspectos basicos de Las fuentes conmutadas podemos afrontar eL analisis de un circuito real En La Figura 157 podemos ver eL diagrama de una fuente de alirnentacion conmutada de uso muy extendido en Los receptores de television Para simpLificar su comprension se han eLiminado algushynos componentes de menor reLevancia representando solo los mas importantes Sobre eL esquema se han marcado Los diferentes hloques con Los mismos coloshyres utiLizados en el diagrama de La Figura 154
En eL circuito como ya ocurriera en La fuente LineaL que estudiamos anteriormente La seiiaL de red entra a traves de un fiLtro de radiofrecuencia para evitarseiiales espushy
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15 Fuentes de allmentaclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
gt ~
5 ~sdiv
a) Seiialdesalida depulsos del regulador
Fig 158 Seiiales en lafuente de alimentaci6n conmutada
rias que pudieran perturbar el funcionamiento delequipo A continuacion encontramos la fuente de alimentation prirnaria formada por el puente rectificador de entrada (diodos 01 a 04) y el condensador de filtro C2
Paralelamente a esta linea de aiirnentacion observamos el conjunto de componentes 05R1 que aparecen conectados directamente a la tension alterna de entrada Estos componentes se encarqaran de proporshycionar la tension de alirnentacion inicial al circuito integrado U1 que realiza las funciones de oscilador modulador PWM y comparador estando a su cargo el control de los pulsos de conrnutacion Este regulador conmutado del tipo TDA 4601 utiliza un sistema de control mixto variando al mismo tiempo la frecuencia de los pulsos y su anchura para mantener constante las tensiones de salida de la fuente
Al conectar el aparato en diodo 05 rectificara el prishymer semiciclo positivo que aparezca en la red mienshytras que R1 atenuara su valor Oe esta forma el circuito integrado U1 ernpezara a generar pulsos por su termi-
Oibuja las formas de onda y comenta cuales son las sefiales que encontraremos sobre el circuito de la Figura 157 si medimos en los ~
siguientes puntos I
bull Ierminal B de U1 bull Ierminai tu del transfcrmador I bull Colector de Q1 bull Catodo de 011 I bull Terminal 5 del transformador bull Terminal 3 de U2 1
- bull Terminal 3 de U1 i
5 ~ sdiv
b)Seiial enel colector deltransistor conmutador
Analisis de sefiales
nal numero 8 Estos pulsos atravesaran C3 polarizando la base del transistor Q1 Al recibir el primer pulse este transistor pasara a saturaci6n quedando su colecshytor unido a la masa viva del circuito En ese memento la diferencia de potencial entre los extremos del prishymario del transformador (bobinado 1-2) hara que cirshycule corriente por ella creandose campo rnaqnetico en el interior del transformador Estaenergia provocara la aparici6n de corriente inducida en todos los secundashyrios del transformador distribuyendose para diferentes aplicaciones
Justo debajo del primario aparece entre los contactos 3 y 4 el secundario que proporcionara la alimentacion del sistema de control de conmutaci6n Este bobinado creara entre sus terminales una tension alterna que se rectificara en el diodo 07 y se filtrara en el condensashydor C4 convirtiendose asi en continua Esta tension recuperada del transformador es superior a la que llega a traves del diodo OS por lo que una vez que la fuente se pone en funcionamiento se producira una autoalishyrnentacion del circuitointegrado a traves de esta linea
Para estabilizar la tension de salida esta fuente utishyliza una muestra tomada a partir del secundario 5-6 del transformador Oe forma parecida a la anterior la seiial captada por esta bobina se rectifica por 08 solo que ahora nos quedaremos con los semiciclos negativos ya que el circuito comparador trabaja con tension neqativa El condensador C5 filtrara la rnuesshytra antes de aplicarla al comprador de control La resistencia R3 adaptara la tension de la muestra a los marqenes de funcionamiento del comparador y el potenciometro P1 servira para regular la tension de salida de la fuente
La zona aislada de la red a la derecha del transformashydor nos resulta familiar puesto que el circuito es basshytante parecido al utilizado en las fuentes lineales Segun las necesidades del circuito encontraremos un numero mayor 0 menor de fuentes de alirnentacion secundarias En este caso todas se nutren de un mismo bobinado con tomas intermedias para las diferentes tensiones y con una misma referencia cornun que se tornara en el terminal 11 del transformador Es imporshytante notar que la masa conectada a este punto (que sera la masa efectiva de los circuitos del aparato) tiene un simbolo diferente de la que aparece por ejemplo en el pin 6 Como ya vimos se trata de puntos difeshyrentes del circuito para respetar el aislamiento que proporciona el transformador ~~=~-o~~=~~=--~-n~=--YO~~$~-==-~==lt=~~=V1=~=J
15 Fuentes de alimentaci6n t54C~n~Hd~reDClDC
Entrad a dered muestra de cornparacion y can ella ajustashy
Filtro primario Filtro dered remos la tension de salida
Fillros secundarios Rectificador
primario
Del terminal 8 del transformador tomaremos la tension mas alta de la fuente que servira
Reclificadores secundarios
para alimentarel amplificador de salida horishyzontal del televisor Un rectificador de media onda y un filtro de tipo L-C serviran para
Transformador Regulador suministrar una tensi6n constante Como es la linea de mayor consume se suele montar un fusible especifico que proteqera la Fuente de alirnentacion ante posibles averias en la
Conmutador etapa de deflexi6n
Con una estructura similar a la anterior el terminal 9 alirnentara los circuitos que requieran una tension media y con estabilishyzadores posterioresmiddot podremos conseguir otras de menor valor que alimentaran por
5i en el circuito a aLimentar se produce un aumento de ejemplo al sistema de controlde funciones La Fuente consumo el secundario correspondiente absorbers mas secundaria mas compleja parte del terminal 10 del campo rnaqnetico del transformador Al reducirse el transformador Aqui aparece un sistema regulado por campo rnaqnetico que queda disponibLe para el resto el estabilizador U2 que tiene conectado un circuito de en el secundario de muestreo disminuira la tensi6n de activacion a traves del transistor 02 Como hemos estushysalida Una vez rectificada y filtrada la muestra de tenshy diado anteriormente desde esta linea se alirnentaran sion continua tambien tendra menor valor por lo que los circuitos de sefial del equipo cuando se reciba la el comparador disrninuira la frecuencia y aumentara la orden oportuna desde el microprocesador de control anchura de los pulsos de conmutaci6n Con esta opeshyradon se mantendra activo durante mas tiempo el transhysistor 01 aplicandole mas energia al transformador para suplir el incremento de demanda
Como vemos la cantidad de enerqia que se aplica al Avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada transformador y por lo tanto la tensi6n que aparecera en los secundarios depende de la tensi6n del terminal 3 del circuito integrado Par lo tanto si coLocamos una resistencia ajustable podremos variar el valor de la
154 Convertidores DCDC
lador que sera modulado para obtener los impulses de rn Principio conmutaci6n Esta modularion estara controlada par la
i- de funcionamiento comparacion de una muestra de la salida respecto a una tension de referencia interna En este caso al parshy
En realidad un convertidor DCDC es una Fuente de alishy tir de una tension de bajo valor el transformador se mentaci6n conrnutada a la cual se le ha suprimido la encarqara de elevar el nivel de la tension de entrada Fuente de alimentaci6n primaria Realmente no la hasta la que se necesite en los circuitos a los que alishynecesita puesto que su funcion la realiza la propia mentara Como no esta conectado a La red este cirshybateria A partir de esta tensi6n se alimenta un osci- cuito no requiere las precauciones de la Fuente de ali-
Fig 159 Detalle de los elementos principales en unafuente de alimentad6n conmutada
Ii Realiza un arbol de seguimiento que desarrolle la investigaci6n de i una avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada
~=~lt=~_~~-~_~= ~_=gtogt~r===bull~--=~~gt-=
-f ~
15 Fuentes de elimentaclon 154Convertidores DCDC
Entrada ~-~
Vfill I
VWi I
VC I
Salida
Fillro
FiglS 10 Principio dejuncionamiento de un convertidor DCDC
mentation conmutada relativas al aislamiento y porlo tanto se podra aplicar la muestra de salida directashymente al comparador teniendo todas las tensiones la misma masa de referenda
Cuando la tension necesaria enla salida del convertishydares mas pequeiia que la entrada y deseamos utilizar un regulador conmutado el circuito se simplifica todashyvia mas Como se aprecia en la Figura 1511 se han eLishyminado el transformador y el rectificador quedando una version minima de fuente conmutada Tambien el filtro se ha modificado convirtiendose ahora en un circuito integrador de los pulsos de conrnutarion
Al no utilizar transformador la seiialde conmutashycion no cambia de sentido manteniendose en todo momento como una seiial continua de caracshyter pulsante Por lo tanto no es necesario utilizar la fuente secundaria En su lugar es suficiente con queextraigamos la tension eficaz que transportan los pulsos cuya anchura variara sequn deba aumentar 0 disminuir la potencia suministrada en la salida Esta es la funcion del circuito integrashydor que hemos utilizado siempre que necesitabashymos pasar una seiial modulada en anchura a un nivel de tension continua
Las cameras de video son los equipos de imagen que montan con mas frecuencia convertidores DCDC Habitualmente se utilizan combinaciones de las dos estructuras comentadas pudiendo encontrar un convertidor con transformador de
mutados para estabilizar la alimentacion de valor mas bajo de los circuitos integrashydos
La Figura 1512 representa un convertidor DCDC compuesto por dos circuitos de requlacion independientes El circuito se basa en el empleo de un regulador conshymutado doble (1C1) que contiene en su interior un generador de tension de refeshyrencia el oscilador dos comparadores de tension y dos moduladores de anchura de pulsos Como componentes asociados a este integrado aparecen R5 y C4 que defishynen la frecuencia de trabajo del oscilador interno
La tension de la bateria se filtra a traves de la red LlshyC5 Yse protege con un fusible Asi se consigue La tenshysion de alirnentacion no regulada que servira para alishymentar el circuito integrado lC1 asi como los transistores conmutadores 01 y 02 Al recibir esta alishymentacion el integrado apiicara pulsos a la base de 01 Por lo tanto la tension de la bateria se convertira en seiialpulsante en el colector deeste transistor D1 actua como eLemento de protecci6n evitando que La fuerza contraelectromotriz de la bobina L2 pueda daiiar con picos negativos al transistor Precisamente esta bobina L2 junto al condensador C1 forman la red integradora de estos pulses creando de nuevo tension continua en esta salida de la fuente Para regular la tension toma-
VC Vloml 1 I
~ I Salida
Referenda
Fig 1511 Diagrama de bloques de un regulador de tension conmutado
secunda rio multiple para obtener las tensiones mas grandes asociado-avarios reguladores con-
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
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15 Fuentes de allmentacion 153 Fuentes de alirnentacion conmutadas
Ff T250V 3A
Fig 157 Esquema ellictrico de una fuente conmutada
bull Mediante unsecundario especifico La forma mas comun es diseiiar eL transformador de modo que contenga un secundario espec1fico para La toma de La muestra De esta forma se tendra una referencia fieL de La energiaque circuLa por eL transformador y aL tomar La seiiaL mediante induccion deL campo maqnetico generado por eL primario no existira contacto aLguno con eL resto de Los secundarios
bull Mediante un transformador separador Si quereshymos tomar La muestra desde eL secundario de La fuente podemos coLocar un pequeiio transformashydor que transfiera La seiiaL hacia eL comparador Asi tendremos garantizada La separacion qalvanica entre Las dos areas deL circuito
bull Mediante un optoacoplador Para transferir una seiiaL sin contacto fisico podemos optar por conshyvertirla en seiiaLes lurninosas y transferirla en este formato hasta un fototransistor que La devolvera aL pLano electrico A diferencia de Los otros dos m dos La muestra se tomara desde La saLida de
fuente por Lo que se trata de un niveL de tenshysion continua en Lugar de una seiiaL aLterna En eL
AC ZJfJV 50Hz C1
LrI~7
------------GEJ
----------------Qill
mercado existen componentes que en una pequeiia capsula simiLar a un circuito integrado incorporan eL diodo emisor de Luz y eL fototransistor por Lo queeste sistema resultara comedo barato y fiabLe aL mismo tiempo
Circuitos o reales
Una vez que hemos estudiado Los aspectos basicos de Las fuentes conmutadas podemos afrontar eL analisis de un circuito real En La Figura 157 podemos ver eL diagrama de una fuente de alirnentacion conmutada de uso muy extendido en Los receptores de television Para simpLificar su comprension se han eLiminado algushynos componentes de menor reLevancia representando solo los mas importantes Sobre eL esquema se han marcado Los diferentes hloques con Los mismos coloshyres utiLizados en el diagrama de La Figura 154
En eL circuito como ya ocurriera en La fuente LineaL que estudiamos anteriormente La seiiaL de red entra a traves de un fiLtro de radiofrecuencia para evitarseiiales espushy
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15 Fuentes de allmentaclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
gt ~
5 ~sdiv
a) Seiialdesalida depulsos del regulador
Fig 158 Seiiales en lafuente de alimentaci6n conmutada
rias que pudieran perturbar el funcionamiento delequipo A continuacion encontramos la fuente de alimentation prirnaria formada por el puente rectificador de entrada (diodos 01 a 04) y el condensador de filtro C2
Paralelamente a esta linea de aiirnentacion observamos el conjunto de componentes 05R1 que aparecen conectados directamente a la tension alterna de entrada Estos componentes se encarqaran de proporshycionar la tension de alirnentacion inicial al circuito integrado U1 que realiza las funciones de oscilador modulador PWM y comparador estando a su cargo el control de los pulsos de conrnutacion Este regulador conmutado del tipo TDA 4601 utiliza un sistema de control mixto variando al mismo tiempo la frecuencia de los pulsos y su anchura para mantener constante las tensiones de salida de la fuente
Al conectar el aparato en diodo 05 rectificara el prishymer semiciclo positivo que aparezca en la red mienshytras que R1 atenuara su valor Oe esta forma el circuito integrado U1 ernpezara a generar pulsos por su termi-
Oibuja las formas de onda y comenta cuales son las sefiales que encontraremos sobre el circuito de la Figura 157 si medimos en los ~
siguientes puntos I
bull Ierminal B de U1 bull Ierminai tu del transfcrmador I bull Colector de Q1 bull Catodo de 011 I bull Terminal 5 del transformador bull Terminal 3 de U2 1
- bull Terminal 3 de U1 i
5 ~ sdiv
b)Seiial enel colector deltransistor conmutador
Analisis de sefiales
nal numero 8 Estos pulsos atravesaran C3 polarizando la base del transistor Q1 Al recibir el primer pulse este transistor pasara a saturaci6n quedando su colecshytor unido a la masa viva del circuito En ese memento la diferencia de potencial entre los extremos del prishymario del transformador (bobinado 1-2) hara que cirshycule corriente por ella creandose campo rnaqnetico en el interior del transformador Estaenergia provocara la aparici6n de corriente inducida en todos los secundashyrios del transformador distribuyendose para diferentes aplicaciones
Justo debajo del primario aparece entre los contactos 3 y 4 el secundario que proporcionara la alimentacion del sistema de control de conmutaci6n Este bobinado creara entre sus terminales una tension alterna que se rectificara en el diodo 07 y se filtrara en el condensashydor C4 convirtiendose asi en continua Esta tension recuperada del transformador es superior a la que llega a traves del diodo OS por lo que una vez que la fuente se pone en funcionamiento se producira una autoalishyrnentacion del circuitointegrado a traves de esta linea
Para estabilizar la tension de salida esta fuente utishyliza una muestra tomada a partir del secundario 5-6 del transformador Oe forma parecida a la anterior la seiial captada por esta bobina se rectifica por 08 solo que ahora nos quedaremos con los semiciclos negativos ya que el circuito comparador trabaja con tension neqativa El condensador C5 filtrara la rnuesshytra antes de aplicarla al comprador de control La resistencia R3 adaptara la tension de la muestra a los marqenes de funcionamiento del comparador y el potenciometro P1 servira para regular la tension de salida de la fuente
La zona aislada de la red a la derecha del transformashydor nos resulta familiar puesto que el circuito es basshytante parecido al utilizado en las fuentes lineales Segun las necesidades del circuito encontraremos un numero mayor 0 menor de fuentes de alirnentacion secundarias En este caso todas se nutren de un mismo bobinado con tomas intermedias para las diferentes tensiones y con una misma referencia cornun que se tornara en el terminal 11 del transformador Es imporshytante notar que la masa conectada a este punto (que sera la masa efectiva de los circuitos del aparato) tiene un simbolo diferente de la que aparece por ejemplo en el pin 6 Como ya vimos se trata de puntos difeshyrentes del circuito para respetar el aislamiento que proporciona el transformador ~~=~-o~~=~~=--~-n~=--YO~~$~-==-~==lt=~~=V1=~=J
15 Fuentes de alimentaci6n t54C~n~Hd~reDClDC
Entrad a dered muestra de cornparacion y can ella ajustashy
Filtro primario Filtro dered remos la tension de salida
Fillros secundarios Rectificador
primario
Del terminal 8 del transformador tomaremos la tension mas alta de la fuente que servira
Reclificadores secundarios
para alimentarel amplificador de salida horishyzontal del televisor Un rectificador de media onda y un filtro de tipo L-C serviran para
Transformador Regulador suministrar una tensi6n constante Como es la linea de mayor consume se suele montar un fusible especifico que proteqera la Fuente de alirnentacion ante posibles averias en la
Conmutador etapa de deflexi6n
Con una estructura similar a la anterior el terminal 9 alirnentara los circuitos que requieran una tension media y con estabilishyzadores posterioresmiddot podremos conseguir otras de menor valor que alimentaran por
5i en el circuito a aLimentar se produce un aumento de ejemplo al sistema de controlde funciones La Fuente consumo el secundario correspondiente absorbers mas secundaria mas compleja parte del terminal 10 del campo rnaqnetico del transformador Al reducirse el transformador Aqui aparece un sistema regulado por campo rnaqnetico que queda disponibLe para el resto el estabilizador U2 que tiene conectado un circuito de en el secundario de muestreo disminuira la tensi6n de activacion a traves del transistor 02 Como hemos estushysalida Una vez rectificada y filtrada la muestra de tenshy diado anteriormente desde esta linea se alirnentaran sion continua tambien tendra menor valor por lo que los circuitos de sefial del equipo cuando se reciba la el comparador disrninuira la frecuencia y aumentara la orden oportuna desde el microprocesador de control anchura de los pulsos de conmutaci6n Con esta opeshyradon se mantendra activo durante mas tiempo el transhysistor 01 aplicandole mas energia al transformador para suplir el incremento de demanda
Como vemos la cantidad de enerqia que se aplica al Avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada transformador y por lo tanto la tensi6n que aparecera en los secundarios depende de la tensi6n del terminal 3 del circuito integrado Par lo tanto si coLocamos una resistencia ajustable podremos variar el valor de la
154 Convertidores DCDC
lador que sera modulado para obtener los impulses de rn Principio conmutaci6n Esta modularion estara controlada par la
i- de funcionamiento comparacion de una muestra de la salida respecto a una tension de referencia interna En este caso al parshy
En realidad un convertidor DCDC es una Fuente de alishy tir de una tension de bajo valor el transformador se mentaci6n conrnutada a la cual se le ha suprimido la encarqara de elevar el nivel de la tension de entrada Fuente de alimentaci6n primaria Realmente no la hasta la que se necesite en los circuitos a los que alishynecesita puesto que su funcion la realiza la propia mentara Como no esta conectado a La red este cirshybateria A partir de esta tensi6n se alimenta un osci- cuito no requiere las precauciones de la Fuente de ali-
Fig 159 Detalle de los elementos principales en unafuente de alimentad6n conmutada
Ii Realiza un arbol de seguimiento que desarrolle la investigaci6n de i una avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada
~=~lt=~_~~-~_~= ~_=gtogt~r===bull~--=~~gt-=
-f ~
15 Fuentes de elimentaclon 154Convertidores DCDC
Entrada ~-~
Vfill I
VWi I
VC I
Salida
Fillro
FiglS 10 Principio dejuncionamiento de un convertidor DCDC
mentation conmutada relativas al aislamiento y porlo tanto se podra aplicar la muestra de salida directashymente al comparador teniendo todas las tensiones la misma masa de referenda
Cuando la tension necesaria enla salida del convertishydares mas pequeiia que la entrada y deseamos utilizar un regulador conmutado el circuito se simplifica todashyvia mas Como se aprecia en la Figura 1511 se han eLishyminado el transformador y el rectificador quedando una version minima de fuente conmutada Tambien el filtro se ha modificado convirtiendose ahora en un circuito integrador de los pulsos de conrnutarion
Al no utilizar transformador la seiialde conmutashycion no cambia de sentido manteniendose en todo momento como una seiial continua de caracshyter pulsante Por lo tanto no es necesario utilizar la fuente secundaria En su lugar es suficiente con queextraigamos la tension eficaz que transportan los pulsos cuya anchura variara sequn deba aumentar 0 disminuir la potencia suministrada en la salida Esta es la funcion del circuito integrashydor que hemos utilizado siempre que necesitabashymos pasar una seiial modulada en anchura a un nivel de tension continua
Las cameras de video son los equipos de imagen que montan con mas frecuencia convertidores DCDC Habitualmente se utilizan combinaciones de las dos estructuras comentadas pudiendo encontrar un convertidor con transformador de
mutados para estabilizar la alimentacion de valor mas bajo de los circuitos integrashydos
La Figura 1512 representa un convertidor DCDC compuesto por dos circuitos de requlacion independientes El circuito se basa en el empleo de un regulador conshymutado doble (1C1) que contiene en su interior un generador de tension de refeshyrencia el oscilador dos comparadores de tension y dos moduladores de anchura de pulsos Como componentes asociados a este integrado aparecen R5 y C4 que defishynen la frecuencia de trabajo del oscilador interno
La tension de la bateria se filtra a traves de la red LlshyC5 Yse protege con un fusible Asi se consigue La tenshysion de alirnentacion no regulada que servira para alishymentar el circuito integrado lC1 asi como los transistores conmutadores 01 y 02 Al recibir esta alishymentacion el integrado apiicara pulsos a la base de 01 Por lo tanto la tension de la bateria se convertira en seiialpulsante en el colector deeste transistor D1 actua como eLemento de protecci6n evitando que La fuerza contraelectromotriz de la bobina L2 pueda daiiar con picos negativos al transistor Precisamente esta bobina L2 junto al condensador C1 forman la red integradora de estos pulses creando de nuevo tension continua en esta salida de la fuente Para regular la tension toma-
VC Vloml 1 I
~ I Salida
Referenda
Fig 1511 Diagrama de bloques de un regulador de tension conmutado
secunda rio multiple para obtener las tensiones mas grandes asociado-avarios reguladores con-
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
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15 Fuentes de allmentaclon 153 Fuentes de alimentaci6n conmutadas
gt ~
5 ~sdiv
a) Seiialdesalida depulsos del regulador
Fig 158 Seiiales en lafuente de alimentaci6n conmutada
rias que pudieran perturbar el funcionamiento delequipo A continuacion encontramos la fuente de alimentation prirnaria formada por el puente rectificador de entrada (diodos 01 a 04) y el condensador de filtro C2
Paralelamente a esta linea de aiirnentacion observamos el conjunto de componentes 05R1 que aparecen conectados directamente a la tension alterna de entrada Estos componentes se encarqaran de proporshycionar la tension de alirnentacion inicial al circuito integrado U1 que realiza las funciones de oscilador modulador PWM y comparador estando a su cargo el control de los pulsos de conrnutacion Este regulador conmutado del tipo TDA 4601 utiliza un sistema de control mixto variando al mismo tiempo la frecuencia de los pulsos y su anchura para mantener constante las tensiones de salida de la fuente
Al conectar el aparato en diodo 05 rectificara el prishymer semiciclo positivo que aparezca en la red mienshytras que R1 atenuara su valor Oe esta forma el circuito integrado U1 ernpezara a generar pulsos por su termi-
Oibuja las formas de onda y comenta cuales son las sefiales que encontraremos sobre el circuito de la Figura 157 si medimos en los ~
siguientes puntos I
bull Ierminal B de U1 bull Ierminai tu del transfcrmador I bull Colector de Q1 bull Catodo de 011 I bull Terminal 5 del transformador bull Terminal 3 de U2 1
- bull Terminal 3 de U1 i
5 ~ sdiv
b)Seiial enel colector deltransistor conmutador
Analisis de sefiales
nal numero 8 Estos pulsos atravesaran C3 polarizando la base del transistor Q1 Al recibir el primer pulse este transistor pasara a saturaci6n quedando su colecshytor unido a la masa viva del circuito En ese memento la diferencia de potencial entre los extremos del prishymario del transformador (bobinado 1-2) hara que cirshycule corriente por ella creandose campo rnaqnetico en el interior del transformador Estaenergia provocara la aparici6n de corriente inducida en todos los secundashyrios del transformador distribuyendose para diferentes aplicaciones
Justo debajo del primario aparece entre los contactos 3 y 4 el secundario que proporcionara la alimentacion del sistema de control de conmutaci6n Este bobinado creara entre sus terminales una tension alterna que se rectificara en el diodo 07 y se filtrara en el condensashydor C4 convirtiendose asi en continua Esta tension recuperada del transformador es superior a la que llega a traves del diodo OS por lo que una vez que la fuente se pone en funcionamiento se producira una autoalishyrnentacion del circuitointegrado a traves de esta linea
Para estabilizar la tension de salida esta fuente utishyliza una muestra tomada a partir del secundario 5-6 del transformador Oe forma parecida a la anterior la seiial captada por esta bobina se rectifica por 08 solo que ahora nos quedaremos con los semiciclos negativos ya que el circuito comparador trabaja con tension neqativa El condensador C5 filtrara la rnuesshytra antes de aplicarla al comprador de control La resistencia R3 adaptara la tension de la muestra a los marqenes de funcionamiento del comparador y el potenciometro P1 servira para regular la tension de salida de la fuente
La zona aislada de la red a la derecha del transformashydor nos resulta familiar puesto que el circuito es basshytante parecido al utilizado en las fuentes lineales Segun las necesidades del circuito encontraremos un numero mayor 0 menor de fuentes de alirnentacion secundarias En este caso todas se nutren de un mismo bobinado con tomas intermedias para las diferentes tensiones y con una misma referencia cornun que se tornara en el terminal 11 del transformador Es imporshytante notar que la masa conectada a este punto (que sera la masa efectiva de los circuitos del aparato) tiene un simbolo diferente de la que aparece por ejemplo en el pin 6 Como ya vimos se trata de puntos difeshyrentes del circuito para respetar el aislamiento que proporciona el transformador ~~=~-o~~=~~=--~-n~=--YO~~$~-==-~==lt=~~=V1=~=J
15 Fuentes de alimentaci6n t54C~n~Hd~reDClDC
Entrad a dered muestra de cornparacion y can ella ajustashy
Filtro primario Filtro dered remos la tension de salida
Fillros secundarios Rectificador
primario
Del terminal 8 del transformador tomaremos la tension mas alta de la fuente que servira
Reclificadores secundarios
para alimentarel amplificador de salida horishyzontal del televisor Un rectificador de media onda y un filtro de tipo L-C serviran para
Transformador Regulador suministrar una tensi6n constante Como es la linea de mayor consume se suele montar un fusible especifico que proteqera la Fuente de alirnentacion ante posibles averias en la
Conmutador etapa de deflexi6n
Con una estructura similar a la anterior el terminal 9 alirnentara los circuitos que requieran una tension media y con estabilishyzadores posterioresmiddot podremos conseguir otras de menor valor que alimentaran por
5i en el circuito a aLimentar se produce un aumento de ejemplo al sistema de controlde funciones La Fuente consumo el secundario correspondiente absorbers mas secundaria mas compleja parte del terminal 10 del campo rnaqnetico del transformador Al reducirse el transformador Aqui aparece un sistema regulado por campo rnaqnetico que queda disponibLe para el resto el estabilizador U2 que tiene conectado un circuito de en el secundario de muestreo disminuira la tensi6n de activacion a traves del transistor 02 Como hemos estushysalida Una vez rectificada y filtrada la muestra de tenshy diado anteriormente desde esta linea se alirnentaran sion continua tambien tendra menor valor por lo que los circuitos de sefial del equipo cuando se reciba la el comparador disrninuira la frecuencia y aumentara la orden oportuna desde el microprocesador de control anchura de los pulsos de conmutaci6n Con esta opeshyradon se mantendra activo durante mas tiempo el transhysistor 01 aplicandole mas energia al transformador para suplir el incremento de demanda
Como vemos la cantidad de enerqia que se aplica al Avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada transformador y por lo tanto la tensi6n que aparecera en los secundarios depende de la tensi6n del terminal 3 del circuito integrado Par lo tanto si coLocamos una resistencia ajustable podremos variar el valor de la
154 Convertidores DCDC
lador que sera modulado para obtener los impulses de rn Principio conmutaci6n Esta modularion estara controlada par la
i- de funcionamiento comparacion de una muestra de la salida respecto a una tension de referencia interna En este caso al parshy
En realidad un convertidor DCDC es una Fuente de alishy tir de una tension de bajo valor el transformador se mentaci6n conrnutada a la cual se le ha suprimido la encarqara de elevar el nivel de la tension de entrada Fuente de alimentaci6n primaria Realmente no la hasta la que se necesite en los circuitos a los que alishynecesita puesto que su funcion la realiza la propia mentara Como no esta conectado a La red este cirshybateria A partir de esta tensi6n se alimenta un osci- cuito no requiere las precauciones de la Fuente de ali-
Fig 159 Detalle de los elementos principales en unafuente de alimentad6n conmutada
Ii Realiza un arbol de seguimiento que desarrolle la investigaci6n de i una avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada
~=~lt=~_~~-~_~= ~_=gtogt~r===bull~--=~~gt-=
-f ~
15 Fuentes de elimentaclon 154Convertidores DCDC
Entrada ~-~
Vfill I
VWi I
VC I
Salida
Fillro
FiglS 10 Principio dejuncionamiento de un convertidor DCDC
mentation conmutada relativas al aislamiento y porlo tanto se podra aplicar la muestra de salida directashymente al comparador teniendo todas las tensiones la misma masa de referenda
Cuando la tension necesaria enla salida del convertishydares mas pequeiia que la entrada y deseamos utilizar un regulador conmutado el circuito se simplifica todashyvia mas Como se aprecia en la Figura 1511 se han eLishyminado el transformador y el rectificador quedando una version minima de fuente conmutada Tambien el filtro se ha modificado convirtiendose ahora en un circuito integrador de los pulsos de conrnutarion
Al no utilizar transformador la seiialde conmutashycion no cambia de sentido manteniendose en todo momento como una seiial continua de caracshyter pulsante Por lo tanto no es necesario utilizar la fuente secundaria En su lugar es suficiente con queextraigamos la tension eficaz que transportan los pulsos cuya anchura variara sequn deba aumentar 0 disminuir la potencia suministrada en la salida Esta es la funcion del circuito integrashydor que hemos utilizado siempre que necesitabashymos pasar una seiial modulada en anchura a un nivel de tension continua
Las cameras de video son los equipos de imagen que montan con mas frecuencia convertidores DCDC Habitualmente se utilizan combinaciones de las dos estructuras comentadas pudiendo encontrar un convertidor con transformador de
mutados para estabilizar la alimentacion de valor mas bajo de los circuitos integrashydos
La Figura 1512 representa un convertidor DCDC compuesto por dos circuitos de requlacion independientes El circuito se basa en el empleo de un regulador conshymutado doble (1C1) que contiene en su interior un generador de tension de refeshyrencia el oscilador dos comparadores de tension y dos moduladores de anchura de pulsos Como componentes asociados a este integrado aparecen R5 y C4 que defishynen la frecuencia de trabajo del oscilador interno
La tension de la bateria se filtra a traves de la red LlshyC5 Yse protege con un fusible Asi se consigue La tenshysion de alirnentacion no regulada que servira para alishymentar el circuito integrado lC1 asi como los transistores conmutadores 01 y 02 Al recibir esta alishymentacion el integrado apiicara pulsos a la base de 01 Por lo tanto la tension de la bateria se convertira en seiialpulsante en el colector deeste transistor D1 actua como eLemento de protecci6n evitando que La fuerza contraelectromotriz de la bobina L2 pueda daiiar con picos negativos al transistor Precisamente esta bobina L2 junto al condensador C1 forman la red integradora de estos pulses creando de nuevo tension continua en esta salida de la fuente Para regular la tension toma-
VC Vloml 1 I
~ I Salida
Referenda
Fig 1511 Diagrama de bloques de un regulador de tension conmutado
secunda rio multiple para obtener las tensiones mas grandes asociado-avarios reguladores con-
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
15 Fuentes de alimentaci6n t54C~n~Hd~reDClDC
Entrad a dered muestra de cornparacion y can ella ajustashy
Filtro primario Filtro dered remos la tension de salida
Fillros secundarios Rectificador
primario
Del terminal 8 del transformador tomaremos la tension mas alta de la fuente que servira
Reclificadores secundarios
para alimentarel amplificador de salida horishyzontal del televisor Un rectificador de media onda y un filtro de tipo L-C serviran para
Transformador Regulador suministrar una tensi6n constante Como es la linea de mayor consume se suele montar un fusible especifico que proteqera la Fuente de alirnentacion ante posibles averias en la
Conmutador etapa de deflexi6n
Con una estructura similar a la anterior el terminal 9 alirnentara los circuitos que requieran una tension media y con estabilishyzadores posterioresmiddot podremos conseguir otras de menor valor que alimentaran por
5i en el circuito a aLimentar se produce un aumento de ejemplo al sistema de controlde funciones La Fuente consumo el secundario correspondiente absorbers mas secundaria mas compleja parte del terminal 10 del campo rnaqnetico del transformador Al reducirse el transformador Aqui aparece un sistema regulado por campo rnaqnetico que queda disponibLe para el resto el estabilizador U2 que tiene conectado un circuito de en el secundario de muestreo disminuira la tensi6n de activacion a traves del transistor 02 Como hemos estushysalida Una vez rectificada y filtrada la muestra de tenshy diado anteriormente desde esta linea se alirnentaran sion continua tambien tendra menor valor por lo que los circuitos de sefial del equipo cuando se reciba la el comparador disrninuira la frecuencia y aumentara la orden oportuna desde el microprocesador de control anchura de los pulsos de conmutaci6n Con esta opeshyradon se mantendra activo durante mas tiempo el transhysistor 01 aplicandole mas energia al transformador para suplir el incremento de demanda
Como vemos la cantidad de enerqia que se aplica al Avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada transformador y por lo tanto la tensi6n que aparecera en los secundarios depende de la tensi6n del terminal 3 del circuito integrado Par lo tanto si coLocamos una resistencia ajustable podremos variar el valor de la
154 Convertidores DCDC
lador que sera modulado para obtener los impulses de rn Principio conmutaci6n Esta modularion estara controlada par la
i- de funcionamiento comparacion de una muestra de la salida respecto a una tension de referencia interna En este caso al parshy
En realidad un convertidor DCDC es una Fuente de alishy tir de una tension de bajo valor el transformador se mentaci6n conrnutada a la cual se le ha suprimido la encarqara de elevar el nivel de la tension de entrada Fuente de alimentaci6n primaria Realmente no la hasta la que se necesite en los circuitos a los que alishynecesita puesto que su funcion la realiza la propia mentara Como no esta conectado a La red este cirshybateria A partir de esta tensi6n se alimenta un osci- cuito no requiere las precauciones de la Fuente de ali-
Fig 159 Detalle de los elementos principales en unafuente de alimentad6n conmutada
Ii Realiza un arbol de seguimiento que desarrolle la investigaci6n de i una avena en una Fuente de alimentaci6n conmutada
~=~lt=~_~~-~_~= ~_=gtogt~r===bull~--=~~gt-=
-f ~
15 Fuentes de elimentaclon 154Convertidores DCDC
Entrada ~-~
Vfill I
VWi I
VC I
Salida
Fillro
FiglS 10 Principio dejuncionamiento de un convertidor DCDC
mentation conmutada relativas al aislamiento y porlo tanto se podra aplicar la muestra de salida directashymente al comparador teniendo todas las tensiones la misma masa de referenda
Cuando la tension necesaria enla salida del convertishydares mas pequeiia que la entrada y deseamos utilizar un regulador conmutado el circuito se simplifica todashyvia mas Como se aprecia en la Figura 1511 se han eLishyminado el transformador y el rectificador quedando una version minima de fuente conmutada Tambien el filtro se ha modificado convirtiendose ahora en un circuito integrador de los pulsos de conrnutarion
Al no utilizar transformador la seiialde conmutashycion no cambia de sentido manteniendose en todo momento como una seiial continua de caracshyter pulsante Por lo tanto no es necesario utilizar la fuente secundaria En su lugar es suficiente con queextraigamos la tension eficaz que transportan los pulsos cuya anchura variara sequn deba aumentar 0 disminuir la potencia suministrada en la salida Esta es la funcion del circuito integrashydor que hemos utilizado siempre que necesitabashymos pasar una seiial modulada en anchura a un nivel de tension continua
Las cameras de video son los equipos de imagen que montan con mas frecuencia convertidores DCDC Habitualmente se utilizan combinaciones de las dos estructuras comentadas pudiendo encontrar un convertidor con transformador de
mutados para estabilizar la alimentacion de valor mas bajo de los circuitos integrashydos
La Figura 1512 representa un convertidor DCDC compuesto por dos circuitos de requlacion independientes El circuito se basa en el empleo de un regulador conshymutado doble (1C1) que contiene en su interior un generador de tension de refeshyrencia el oscilador dos comparadores de tension y dos moduladores de anchura de pulsos Como componentes asociados a este integrado aparecen R5 y C4 que defishynen la frecuencia de trabajo del oscilador interno
La tension de la bateria se filtra a traves de la red LlshyC5 Yse protege con un fusible Asi se consigue La tenshysion de alirnentacion no regulada que servira para alishymentar el circuito integrado lC1 asi como los transistores conmutadores 01 y 02 Al recibir esta alishymentacion el integrado apiicara pulsos a la base de 01 Por lo tanto la tension de la bateria se convertira en seiialpulsante en el colector deeste transistor D1 actua como eLemento de protecci6n evitando que La fuerza contraelectromotriz de la bobina L2 pueda daiiar con picos negativos al transistor Precisamente esta bobina L2 junto al condensador C1 forman la red integradora de estos pulses creando de nuevo tension continua en esta salida de la fuente Para regular la tension toma-
VC Vloml 1 I
~ I Salida
Referenda
Fig 1511 Diagrama de bloques de un regulador de tension conmutado
secunda rio multiple para obtener las tensiones mas grandes asociado-avarios reguladores con-
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
-f ~
15 Fuentes de elimentaclon 154Convertidores DCDC
Entrada ~-~
Vfill I
VWi I
VC I
Salida
Fillro
FiglS 10 Principio dejuncionamiento de un convertidor DCDC
mentation conmutada relativas al aislamiento y porlo tanto se podra aplicar la muestra de salida directashymente al comparador teniendo todas las tensiones la misma masa de referenda
Cuando la tension necesaria enla salida del convertishydares mas pequeiia que la entrada y deseamos utilizar un regulador conmutado el circuito se simplifica todashyvia mas Como se aprecia en la Figura 1511 se han eLishyminado el transformador y el rectificador quedando una version minima de fuente conmutada Tambien el filtro se ha modificado convirtiendose ahora en un circuito integrador de los pulsos de conrnutarion
Al no utilizar transformador la seiialde conmutashycion no cambia de sentido manteniendose en todo momento como una seiial continua de caracshyter pulsante Por lo tanto no es necesario utilizar la fuente secundaria En su lugar es suficiente con queextraigamos la tension eficaz que transportan los pulsos cuya anchura variara sequn deba aumentar 0 disminuir la potencia suministrada en la salida Esta es la funcion del circuito integrashydor que hemos utilizado siempre que necesitabashymos pasar una seiial modulada en anchura a un nivel de tension continua
Las cameras de video son los equipos de imagen que montan con mas frecuencia convertidores DCDC Habitualmente se utilizan combinaciones de las dos estructuras comentadas pudiendo encontrar un convertidor con transformador de
mutados para estabilizar la alimentacion de valor mas bajo de los circuitos integrashydos
La Figura 1512 representa un convertidor DCDC compuesto por dos circuitos de requlacion independientes El circuito se basa en el empleo de un regulador conshymutado doble (1C1) que contiene en su interior un generador de tension de refeshyrencia el oscilador dos comparadores de tension y dos moduladores de anchura de pulsos Como componentes asociados a este integrado aparecen R5 y C4 que defishynen la frecuencia de trabajo del oscilador interno
La tension de la bateria se filtra a traves de la red LlshyC5 Yse protege con un fusible Asi se consigue La tenshysion de alirnentacion no regulada que servira para alishymentar el circuito integrado lC1 asi como los transistores conmutadores 01 y 02 Al recibir esta alishymentacion el integrado apiicara pulsos a la base de 01 Por lo tanto la tension de la bateria se convertira en seiialpulsante en el colector deeste transistor D1 actua como eLemento de protecci6n evitando que La fuerza contraelectromotriz de la bobina L2 pueda daiiar con picos negativos al transistor Precisamente esta bobina L2 junto al condensador C1 forman la red integradora de estos pulses creando de nuevo tension continua en esta salida de la fuente Para regular la tension toma-
VC Vloml 1 I
~ I Salida
Referenda
Fig 1511 Diagrama de bloques de un regulador de tension conmutado
secunda rio multiple para obtener las tensiones mas grandes asociado-avarios reguladores con-
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
mas una muestra a traves delatenuador resistivo R2-P1 Esta resistencia ajustable requlara la tension de la rnuesshytra y por lo tanto la tensi6n de salida (5V~ Esta muesshytra se lleva hasta el comparador que recibe la tensi6n de referencia interna para a partir de la diferencia de niveles variar la anchura de los pulsos
En la parte inferior delesquema aparece el segundo cirshycuito regulador que proporcionara dos tensiones mas al aparato En este caso el circuito integrado aplicara pulshysosal conmutador Q2 que alirnentara al transformador Como salida tenemos un secundario doble que en ambos devanados aumenta el valor de la tensi6n de entrada En elterminal 11se conecta una fuente secundaria de laque obtendremos 15 Vdecorriente continua tras la rectificashyci6n y el filtrado Esta sera la salida quese utilizara para establecer ellazo de realimentaci6n a traves deldivisor R3-P2-R4 En el otro extrema del secundario conectareshymos otro rectificador y su filtro correspondiente confishygurados para extraer una tensi6n negativa de 8 V Fig 1512 Esquema electrico de un convertidor DCDC
155 Averlas en las fuentes de allmentaclon
La fuente de alimentaci6n es un circuito que suele tener elemento su salida de pulsos se queda en estado alto un elevado lndicede averias debido a los altos niveles provocara la saturaci6n del transistor conmutador de potencia que maneja Acontinuation comentaremos durante untiempo excesivo y al crecer demasiado la las averias mas comunes para estos circuitos corriente de colector lo destruira Esta avena en
cadena acabara probablemente averiando uno 0 dos bull El equipo no arranca el fusible de red esta funshy de los diodos rectificadores de entrada antesde que
dido Ante este sintoma siempre deberemos pensar el fusible de red que es de fusi6n retardada abra queel fusible es laconsecuencia ultima de laavena definitivamente el circuito y nunca su causa Para localizar el fallo tendremos que buscar componentes cuya avena suponga un bull La fuente tiene hipo Este curiosa sintorna es muy incremento brusco en la corriente quese absorbe de frecuente en fuentes conmutadas Cuando el comshyla red extrayendo componentes de la placa y rnidienshy parador detecta un consumo excesivo su sistema dolos individualmente Si la fuente tiene otros fusishy de proteccion detiene la salida de impulses para bles comprobaremos si estan en buen estado loque evitar que se dane el conmutador Pasados unos nos servira para acotar la zona averiada Despues instantes la fuente intenta arrancar de nuevo para comprobaremos el estado de los semiconductores de comprobar si el problema ha pasado y se puede reishyla zona empezando por aquellos que soportan niciar el funcionamiento normal Si la avena pershypotencias mayores En las fuentes conmutadas este siste la fuente se detiene otra vez repitiendose problema suele estar acotado en la zona no aislada este ciclo Esto provoca la aparici6n del ruido de de la red porlo que en primer Lugar comprobaremos arranque de la fuente en intentos sucesivos sin el transistorconmutador quesuele cortocircuitarse exito con un sonido muy particularque llamamos Aunque el circuito integrado regulador tiene protecshy hipo SegCJn el tipo de integrado el hipo puede ser ciones contra sobrecorrientes y sobretensiones permanente a desaparecer tras varios intentos de lamentablemente no son todo lo eficaces que deseashy arranque al entender el circuito que existe una riamos y este componente tambien se avena con avena real En este caso lo mas habitual es que la facilidad Para colmo de males si poravena de este fuente funcione correctamente y sea uno de los
![GUARNICIONES CLASICAS[1]](https://img.pdfslide.net/doc/110x75/548b0817b479590d3c8b4578/guarniciones-clasicas1.jpg)
