ÌNDICE

CONTENIDO PÀGINA

RESUMEN EJECUTIVO 2

INTRODUCCIÒN 3

CAPÌTULO I: CONVERSORES DC/DC 4

1.1 LABORATORIO #01: CONVERSOR DC/DC SIMPLE 4

1.2 LABORATORIO #02: FUENTE CONMUTADA CON IRF 7

CONCLUSION 14

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RESUMEN EJECUTIVO

El siguiente informe de laboratorio consta de dos experiencias prácticas divididas respectivamente, la primera experiencia consta de una etapa virtual en la cual nos introduciremos en el estudio de un conversor dc/dc, para este fin haremos uso de bobinas switch, que serán los encargados de otorgar la elevación propiamente dicha en función a la configuración del circuito, observaremos el comportamiento de un elevador de voltaje básico constituido por tan solo la etapa de control dada por un switch y la etapa de potencia en la cual encontramos la bobina. Para los efectos de simulación nuevamente recurriremos al software Proteus.

En la segunda experiencia práctica simularemos y posteriormente montaremos físicamente un circuito elevador controlado de manera automática por PWM y a su vez por un transistor IRF que generara los pulsos para generar dicha función de elevación. Los circuitos sugeridos son entregados por el docente para poder desarrollarlos y a su vez ir entendiendo y poder dar explicación a lo que ira sucediendo a lo largo del proceso.

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INTRODUCCIÒN

El siguiente informe está basado en las experiencias prácticas realizadas en el simulador de circuitos, para poder observar el real funcionamiento de un elevador de voltaje. Es la puesta en práctica de la teoría vista en las clases anteriores al desarrollo y parte de investigación personal de cada uno, videos tutoriales e información de folletos y libros descargados.

La finalidad y objetivos de estas experiencias son poder apreciar e interpretar el funcionamiento de estos elevadores, entiendo y comprendiendo lo que sucede si es que modificamos el valor de algún componente que influirá directamente en el circuito, lo cual podría influir en la elevación.

Para llevar a cabo estos experimentos hemos utilizado de manera muy útil y eficaz el simulador de circuitos Proteus .La finalidad del presente documento se deriva en el entendimiento de las experiencias vistas e interpretaciones de las mismas, de manera secundaria de gran utilidad como una guía de estudio para nuestros compañeros.

CAPÌTULO I: CONVERSORES DC/DC

1.1 EXPERIENCIA PRÁCTICA LABORATORIO #01: CONVERSOR DC/DC SIMPLE

Para esta primera experiencia práctica haremos uso del simulador de circuitos PROTEUS, para poder observar el funcionamiento de un elevador de voltaje de manera mecánica es decir ocuparemos un switch para poder generar el pulso que hará elevar el voltaje y posteriormente agregaremos un IRF; que trabajara de manera automática enviando pulsos constantes, generados por un circuito PWM.

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Como mencionamos en el párrafo anterior primero montaremos el circuito elevador con un solo switch, el circuito en el cual trabajaremos el siguiente:

El zener nos permitirá obtener una regulación estable de 15V, como ya sabemos la salida de voltaje se mantendrá, más adelante en las experiencias prácticas observaremos el comportamiento del circuito con las diferentes configuraciones que se le pueden ir dando, ya sea mecánica o manual con un simple switch o ya un proceso más automático mediante el uso de un circuito de modulación de ancho de pulso.

Para poder generar una elevación debemos agregar un switch para poder generar el pulso controlado mecánicamente, es un valor que agregaremos para que el circuito funcione.

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Lo que trataremos de conseguir con este circuito es elevar 1.5V a el voltaje regulado dado por el diodo zener 1N5245A que nos permitirá elevar hasta 15V regulados. Usaremos dos transistores Q1 (PNP) y Q2 (NPN), una bobina de 200mH, un condensador electrolítico y una serie de resistencias. A continuación observaremos si la configuración del circuito nos permitirá elevar por encima de los 1.5V de alimentación.

En esta imagen apreciamos que por razones evidentes no circulara ningún voltaje por el estado de apertura del dispositivo de control. Entonces cuando cerramos el circuito se produce lo siguiente.

Observamos que se produce una elevación considerable en diferencia a la fuente de alimentación. Llegamos hasta los 9.04V de salida con carga netamente resistiva de 1kΩ;

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observamos también que el voltaje de la bobina es similar al de entrada, para esto tenemos que tener en el comportamiento de las bobinas al paso de una corriente continua; sucede que está en primera instancia se opone al paso de la corriente, luego de un tiempo esta accede al paso de la misma; pero tengamos en cuenta que al momento de desenergizarla se genera una contracorriente, es decir por donde ingresaba un voltaje positivo al restringir la alimentación la bobina entrega un voltaje negativo, he ahí el arreglo con transistores que funcionaran como conmutadores.

Entonces podemos explicar el funcionamiento del circuito así; las resistencias generan una diferencia de potencial, lo cual permite que los transistores se saturen y conduzcan. La bobina se va cargando de manera progresiva hasta que se satura, cuando ocurre esto se genera una fuerza contra electromotriz, lo que hace que polarice de manera inversa la base del transistor PNP, lo cual da como resultado que ambos transistores se abran. Vemos que en serie a la bobina hemos conectado un diodo Schotty el cual se encarga de rectificar, usamos un diodo de estas características por su alto grado de respuesta (más rápido que un diodo rectificador común), esto debido a la velocidad de operación y cambios que se generan en la etapa de conmutación dada por los transistores, y una etapa de filtrado del diodo electrolítico, y la etapa reguladora dada por el diodo zener. Tengamos en cuenta que en la práctica los valores finales se verán afectados por las características de los componentes.

Ahora veamos lo que se puede observar en el osciloscopio.

Se puede observar el estado de carga de la bobina, cuando se genera el pulso del switch, en el canal B del osciloscopio (línea azul), mientras que en el canal A se observa el paso de energía que genera el pulso (línea amarilla).

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1.2 EXPERIENCIA PRÁCTICA #02: FUENTE CONMUTADA CON IRF

Hemos aprendido de la experiencia anterior el funcionamiento de una fuente conmutada simple con un switch, que de manera mecánica entrega el pulso para poder elevar. Para la experiencia práctica que desarrollaremos a continuación, haremos uso de un tren de pulsos que se generan mediante un circuito PWM, el cual ya hemos estudiado y montado en experiencia anteriores, sabemos que este circuito entrega una serie de pulsaciones discretas (no digitales), ya sabemos que un circuito de modulación de ancho de pulso puede ser montado con un integrado 555, con una configuración que se nos entregó para poder modificar sus ciclos de trabajo, que serán los que dominaran el tiempo que trabajara el IRF; esta etapa la denominaremos etapa de control. En una segunda etapa, la cual es la etapa de potencia, solo utilizaremos una bobina y una serie de componentes que se encargaran de generar junto con la inductancia la elevación.

Como ya hemos hecho en experiencias anteriores antes de proceder a montar un circuito físico nos basamos en las simulaciones que nos entregan valores aproximados a los reales, esto nos sirve como guía para poder entender de manera más completa este circuito. El circuito sugerido es el siguiente:

De la imagen podemos apreciar amabas etapas que luego procederemos a realizar mediante montaje físico; se aprecia dentro de la etapa de control un potenciómetro el cual modificara los ciclos de trabajo que en el montaje físico deberemos tener muy en cuenta junto con la corriente que le aplicamos desde la fuente, debido a la alta velocidad de conmutación del IRF y la carga de la bobina. Eso lo explicaremos más adelante en el montaje físico del elevador.

El objetivo de este circuito es elevar 6 VDC; hasta valores muy superiores, obviamente en la simulación estos valores serán aproximados a los reales, podríamos establecer una diferencia al circuito físico debido a la limitancia de los componentes que podemos adquirir en el comercio local y los que poseemos en los laboratorios.

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Observamos en el osciloscopio que tenemos un ciclo de trabajo muy bajo, lo cual genera una elevación del casi del doble del voltaje original que alimenta el circuito que son de aproximadamente unos 6Vcc, pero ya tenemos cierta elevación en la salida superior a los 12Vcc.

En esta imagen podemos observar un aumento en el ciclo de trabajo lo que genera un aumento en el voltaje de salida hasta aproximadamente 47Vcc.

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En esta tercera muestra vemos que el voltaje de salida llega a un peak de 75V cc, teniendo un ciclo de trabajo de casi un 90% del ancho del pulso.

Teniendo en cuenta esto, vamos a proceder al montaje del circuito físico y e iremos explicando ciertos detalles que fueron apareciendo dentro de la experiencia. La idea es la misma el montaje de un circuito físico teniendo como base el virtual sugerido. Tendremos las mismas etapas solo que para este experiencia usaremos dos protoboards una para cada etapa debido a lo largo del proceso de experimentación se tuvieron problemas con la placa de la protoboard, se tuvo problemas con la elevación debido a esto. Solucionado esto montamos los circuitos.

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Podemos apreciar la etapa de control dada por un circuito PWM, apreciamos el potenciómetro que ira modulando el ancho de pulso.

Observamos ya ambas etapas conectadas, control y potencia. Debemos considerar que durante la experiencia la frecuencia de trabajo del PWM debe ser aproximada a los 200Hz esto debido a que a la velocidad de conmutación del transistor IRF830 debe ser relativamente rápida para protección del mismo, al igual que el ciclo de trabajo, lo ideal estaría entre el 50%-75% para no sobrecalentar el dispositivo, porque podemos ver a simple vista que nuestro circuito no tiene un sistema para disipar temperatura.

Ya sabemos calcular la frecuencia de un PWM, detalle que obviaremos en este documento. Nuestro circuito funcionara alrededor de los 100Hz-150Hz que también es un valor aceptable. El primer paso a seguir es poder obtener un tren de pulsos dado por nuestro circuito, lo cual podemos corroborarlo a través del osciloscopio.

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En esta imagen podemos apreciar ya ambas etapas físicas montadas en diferentes protoboard, ya tenemos claro los procedimientos y ahora procederemos a energizar el circuito.

Polarizaremos con 6Vcc, ambas etapas, tengamos en claro que esta experiencia lo máximo que vamos a poder elevar serán 50V, esto debido a la limitación del capacitor de filtro a la salida.

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Vemos que tenemos alimentado el circuito con los 6V,y obtenemos uno salida de ya aproximadamente 34V. Esto pasa por la configuración del circuito y el comportamiento de los componentes; veamos, tenemos un transistor IRF 830 el cual está conectado de manera que conmute a la velocidad o frecuencia que entrega nuestro circuito PWM, vemos que la salida de este componente va conectada a uno de los extremos de la bobina el cual nos enviara los pulsos que generaran que la bobina entregue energía. Vemos igual que existe un diodo Schotty, ¿porque utilizar un diodo de estas características y no un simple diodo rectificador? Esto debido a que estos componentes responden de manera más adecuada a las altas frecuencias, ocurriría con un diodo rectificador que la frecuencia del tren de pulsos sobrepasaría su máxima capacidad en cuanto a velocidad, lo que generaría que la elevación no sea de óptima manera.

Una apreciación que se pudo notar en el desarrollo de esta experiencia, la velocidad de la elevación va a depender bastante de la carga RC que se agregue al final. Obviamente mientras no se posea una carga a la salida la velocidad de elevación será mayor debido a que no encuentra resistencia a la corriente que conduce.

Otro punto a considerar es el tamaño del condensador y su capacidad de voltaje, debido a que no se pudo hacer la prueba con un condensador más grande lo máximo a elevar fueron 50V. Como mostramos a continuación.

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Un aspecto que notamos fue que al cambiar el condensador de 470uf por uno más pequeño de 2.2uf la velocidad de elevación se duplica de manera notoria.

Vemos aquí la forma de onda de respuesta de la bobina.

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CONCLUSION

Hemos podido apreciar el funcionamiento de una fuente conmutada básica, podemos concluir que muchas veces lo explicado por los textos no siempre se refleja en la práctica, claro ejemplo lo que nos explica el texto en cuanto al tamaño del valor de la bobina.

Entendimos que el circuito estudiado va a depender bastante de los ciclos de trabajo, ya sea para poder elevar, y a manera de protección de los componentes si es que no se cuenta con algún sistema de protección, esto igual va a ir junto con la corriente que se le puede aplicar al circuito desde la fuente. Lo ideal es aplicar una corriente relativamente baja para no sobrecalentar los componentes, pero a su vez debe ser lo suficientemente elevada para que la carga resistiva no consuma toda la misma. Esto podríamos variarlo cambiando la carga pero nos arriesgamos a poner en punto de quiebre nuestro IRF. Hemos aprendido que debemos tener una frecuencia relativamente alta para poder aumentar la velocidad de conmutación y la elevación sea óptima y a su vez proteja el circuito.

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