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Fuentes de Alimentación No Lineales o

Reguladores de Conmutación

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Fuentes de Alimentación No Lineales o

Reguladores de Conmutación

BIBLIOGRAFÍA:

• POWER SUPPLY COOKBOOK – MARTY BROWN • SIMPLIFIED DESIGN OF SWITCHING POWER SUPPLIES • Dispositivos Electrónicos - Thomas Floyd – Cap. 17.4 • INTERNET: Buscar como SWITCHING POWER SUPPLIES

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3

Reseña

• Debido a la continua integración de componentes, los transformadores de tensión siempre han sido los componentes pasivos más difíciles de acomodar dentro de los equipos electrónicos.

• Si se tiene alguna noción de electromagnetismo, se podrá comprender fácilmente el funcionamiento de uno de estos "monstruos de cobre y acero".

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Principio Básico

• Como la frecuencia de entrada es directamente proporcional a la intensidad de salida, se llegó a la conclusión de que aumentando la frecuencia de entrada de un transformador, este podía dar más intensidad de la nominal, con la consiguiente reducción de tamaño del mismo y así comenzaron a fabricarse los llamados Reguladores de Conmutación.

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5

V d.cFILTRO Y

RECTIFICADOR

DE ENTRADA

V a.cFILTRO Y

RECTIFICADOR

DE SALIDA

Vo

MUESTRAY

CIRCUITO DE CONTROL

(PWM)

ELEMENTO

CONMUTADOR

(inversor de alta

frecuencia)

Estructura básica y funcionamiento

Diagrama Básico de una fuente Switching

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DIAGRAMAS DE BLOQUES DE UNA FUENTE SWITCHING

PWM Comp

Osc Ref

50 - 60 Hz

Inversor de alta frecuencia(high frecuency inverter)

Rectificador de saliday filtro

(output rectifierand filter)

Circuito de control(control circuit)

Rectificador deentrada y filtro

(input rectifierand filter)

DC 20 - 25 KHz DC

Línea

Introducción a las Fuentes Conmutadas

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7

TIPOS DE FUENTES SWITCHING

• Regulador reductor (buck) • Regulador elevador (boost) • Regulador elevador reductor • Regulador flyback • Regulador cuk • Reguladores tipo puente:

Regulador Contrafase (Push-Pull). Regulador Half-Bridge. Regulador Full-Bridge.

http://www.dte.upct.es/docencia/tutoriales/electronica_de_potencia/converso.htm

Fuentes Switching

8

Las fuentes conmutadas existen en diferentes topologías con características particulares en cada una. 1

5

9

Análisis de Topologías REGULADOR REDUCTOR (BUCK) • El voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada http://www.dte.upct.es/docencia/tutoriales/electronica_de_potencia/converso.htm#buc

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Circuito básico y funcionamiento

PMW

CONTROLC

L+

D Vo

+Vi

DViVo *

Regulador Reductor

(Buck)

ToffTon

Ton

T

TonD

Tarea: Dibujar formas de onda En el condensador (IC) y en el diodo Va con Multisim

6

11

Circuito básico y funcionamiento

CD Vo

SWITCH

ONL

V i

L

Vo

SWITCH

OFF

CV i

0 t

t0

TonToff

Vtr

iL

t

t0

0

iC

Vo

12

Operación Reductora (“BUCK”)

Tarea: Dibujar formas de onda en el circuito (ID, IL, VC), con un simulador

7

13

Análisis de Topologías REGULADOR ELEVADOR (BOOST) • El voltaje de salida es mayor que el voltaje de entrada http://www.dte.upct.es/docencia/tutoriales/electronica_de_potencia/boost.htm

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CV in

+

Vo

+PMW

CONTROL

L D

SWITCH

D

ViVo

1 Regulador Elevador (Boost)

Tarea: Dibujar formas de onda En el condensador (IC) y en el diodo Va con Multisim

Circuito básico y funcionamiento

8

15

V in SWITCH

ON Vo

V in SWITCH

OFF Vo

iL

t

t

t

t

t

iL

Vtr

iD

iC

Vo

0

0

0

0

0

Circuito básico y funcionamiento

16

Operación Elevadora (“Boost”)

Tarea: Dibujar formas de onda en el condensador (IC) y en el diodo Va con Simulador

9

17

Análisis de Topologías REGULADOR INVERSOR ELEVADOR - REDUCTOR (BUCK - BOOST)

• Su voltaje de salida es mayor o menor que el voltaje de entrada El voltaje de salida es inverso al de entrada

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CV in

+

PMW

CONTROL

D

+L

--Vo

D

DViVo

1

*Regulador Elevador Reductor

(Buck-Boost)

ToffTon

Ton

T

TonD

Tarea: Dibujar formas de onda

En el condensador (IC) y en el diodo Va con Multisim

Circuito básico y funcionamiento

10

19

C

SWITCH

ON

+

-L Vo

V i

C+

-L Vo

SWITCH

OFF

V i

t

t

t

iC

Vo

0

0

0

Vtr

iL

0

TonToff

t

Circuito básico y funcionamiento

20

Operación Inversora

Tarea: Dibujar formas de onda en el condensador (IC) y en el diodo Va con Simulador

11

21

Análisis de Topologías REGULADOR FLYBACK

• Su voltaje de salida es mayor o menor que el voltaje de entrada • El voltaje de salida es directo al de entrada (igual polaridad)

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Circuito básico y funcionamiento

V in

+

PMW

CONTROL

C+

Vo

D

C+

Vo

D

V in

+

SWITCH

ON

C+

Vo

D

V in

+

SWITCH

OFF

)1(

*

Dn

DViVo

Regulador

Flyback

12

23

Forward Converter Switching Regulator

D1

D2

L

++

-

VOC

Vi

D3

-

Forward Converter Switching Regulator

24

Regulador Cúk

Su voltaje de salida es mayor o menor que el voltaje de entrada.

Es capaz de manejar mayores corrientes, que los anteriores.

13

25

V in

+

PMW

CONTROLSWITCH

+C2D Vo

+

C1 L2L1

D

DViVo

1

*Regulador Cúk

Circuito básico y funcionamiento

26

+

DV in

+

+

SWITCHON

L1C1

L2

C2 Vo

+

DV in

+

+

SWITCH

OFF

L1C1

L2

VoC2

0

TonToff

iC1

0

iL2

iC2

Vo

iL1

t

t

t

t

t

t

0

0

0

0

Vtr

Circuito básico y funcionamiento

14

27

DESVENTAJAS

• Al trabajar con un solo transistor se requieren de inductores y capacitores de gran tamaño para la transferencia de energía.

• A excepción del regulador Flyback, no presentan una aislación galvánica

TOPOLOGÍAS

• Regulador Contrafase (Push-Pull).

• Regulador Half-Bridge.

• Regulador Full-Bridge.

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Reguladores tipo Puente • Permiten manejar mayores niveles de potencia • Están aislados galvánicamente • Su ciclo de trabajo debe ser 50% • Permiten salidas con voltajes positivos y/o negativos

15

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Regulador Contrafase Push – Pull • Su voltaje de salida es menor que el de entrada. • Ocupa dos transistores para la conmutación. • Sus voltajes de salida son bajos, típicamente 12

a 24 VDC.

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Basic Push-Pull Converter Circuit

L

VO

+

-

+

-

Vi

n

DViVo

*2

Regulador

Contrafase

( Push-Pull )

16

31

Regulador HALF-BRIDGE • Pueden operar conectados a altas tensiones DC de

entrada. • Utiliza dos transistores para la conmutación. • Puede alcanzar tensiones sobre los 200 VDC de salida.

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Half Bridge Converter Circuit

+

-

Vi

L

VO

+

-

1 : n

n

DViVo

*

Regulador de

Medio Puente

Half-Bridge

17

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Regulador FULL-BRIDGE • Tiene la misma configuración que el Half-Bridge. • Ocupa cuatro transistores para la conmutación. • Sus voltajes de salida se sitúan entre 1 a 3 KV

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Full Bridge Converter Circuit

+

-

Vi

VO

+

-

LQ1 Q4

Q2

Q3

Regulador

Full-Bridge

n

DViVo

*2

18

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Aplicaciones

Full Bridge Converter Circuit • Por características, permiten ahorrar espacio, energía y

costos. • Su regulación, al ser controlada, es más exacta. • Producen altas EMI y RFI. (Interferencias electromagnéticas y

de radiofrecuencia) • Están disponibles en circuitos integrados, para sus distintas

aplicaciones y configuraciones. • Donde se destacan LM78S40 de National y MC34060 de

Motorola.

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MODULADOR POR ANCHO DE PULSO (PWM) TL 494

19

37

Cargador de Celular.

38

20

39

Vinculaciones de apoyo

Electrónica

Allan Hambley

Dispositivos Electrónicos

Thomas Floyd

Principios de Electrónica Malvino

Teoría de circuitos R. L. Boylestad

Teoría de circuitos R. L. Boylestad

Power Supply Cookbook Marty Brown

Teoría de circuitos R. L. Boylestad

Simplified Design of Switching Power Supplies