INVERSORES

INTRODUCCION La electrónica de potencia se puede definir como la

aplicación de la electrónica para el control y la conversionde la enegia electrica mediante la conmutacion de dispositivos semiconductores. Las tecnicas de conversionrequieren la conmutacion de dispositivos semiconductores de potencia, que a su vez son controlados mediante señales de conmpuertas generadas por circuitos electronicos de bajo nivel tales como circuitos integrados y componentes discretos los cuales se han ido desplazando por microprocesadores con el paso de los años.

Dentro de la electronica de potencia los circuitos para transformar de corriente directa a corriente alterna se conocen como inversores.

INTRODUCCION Dentro de los dispositivos de la electronica de potencia se

conocen los tiristores( SCR,GTO,TRIAC,RTC,SITH,LASCR,FET,MOS), transistores

(BJT,MOSFET ,IGBT) y diodos. Un tiristor es uno de los tipos más importantes de los

dispositivos semiconductores de potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los tiristores son interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prácticos exhiben ciertas características y limitaciones.

INTRODUCCION Un tiristor es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de

estructura pnpn con tres uniones pn tiene tres terminales: ánodo cátodo y compuerta. La fig. 1 muestra el símbolo del tiristor y una sección recta de tres uniones pn. Los tiristores se fabrican por difusión. Cuando el voltaje del ánodo se hace positivo con respecto al cátodo, las uniones J1 y J3 tienen polarización directa o positiva. La unión J2 tiene polarización inversa, y solo fluirá una pequeña corriente de fuga del ánodo al cátodo. Se dice entonces que el tiristor está en condición de bloqueo directo o en estado desactivado llamándose a la corriente fuga corriente de estado inactivo ID. Si el voltaje ánodo a cátodo VAK se incrementa a un valor lo suficientemente grande la unión J2 polarizada inversamente entrará en ruptura. Esto se conoce como ruptura por avalancha y el voltaje correspondiente se llama voltaje de ruptura directa VBO. Dado que las uniones J1 y J3 ya tienen polarización directa, habrá un movimiento libre de portadores a través de las tres uniones que provocará una gran corriente directa del ánodo. Se dice entonces que el dispositivo está en estado de conducción o activado.

INTRODUCCIONTIRISTOR:

La caída de voltaje se deberá a la caída óhmica de las cuatro capas y será pequeña, por lo común 1v. En el estado activo, la corriente del ánodo debe ser mayor que un valor conocido como corriente de enganche IL, a fin de mantener la cantidad requerida de flujo de portadores a través de la unión; de lo contrario, al reducirse el voltaje del ánodo al cátodo, el dispositivo regresará a la condición de bloqueo. La corriente de enganche, IL, es la corriente del ánodo mínima requerida para mantener el tiristor en estado de conducción inmediatamente después de que ha sido activado y se ha retirado la señal de la compuerta.

Una vez que el tiristor es activado, se comporta como un diodo en conducción y ya no hay control sobre el dispositivo. El tiristor seguirá conduciendo, porque en la unión J2 no existe una capa de agotamiento de vida a movimientos libres de portadores. Sin embargo si se reduce la corriente directa del ánodo por debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH, se genera una región de agotamiento alrededor de la unión J2 debido al número reducido de portadores; el tiristor estará entonces en estado de bloqueo. La corriente de mantenimiento es del orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche, IL. Esto significa que IL>IH. La corriente de mantenimiento IH es la corriente del ánodo mínima para mantener el tiristor en estado de régimen permanente. La corriente de mantenimiento es menor que la corriente de enganche.

Cuando el voltaje del cátodo es positivo con respecto al del ánodo, la unión J2 tiene polarización directa, pero las unioneJ1 y J3 tienen polarización inversa. Esto es similar a dos diodos conectados en serie con un voltaje inverso a través de ellos. El tiristor estará en estado de bloqueo inverso y una corriente de fuga inversa, conocida como corriente de fuga inversa IR, fluirá a través del dispositivo.

INTRODUCCION Modelo de tiristor de dos

transistores La acción regenerativa o de

enganche debido a la retroalimentación directa se puede demostrar mediante un modelo de tiristor de dos transistores. Un tiristor se puede considerar como dos transistores complementarios, un transistor PNP, Q1, y un transistor NPN, Q2, tal y como se demuestra en la figura 3.

INTRODUCCION Activación del tiristor: Un tiristor se activa incrementando la corriente del ánodo. Esto se puede llevar a cabo

mediante una de las siguientes formas: TERMICA. Si la temperatura de un tiristor es alta habrá un aumento en el número de pares electrón-hueco, lo que aumentará las corrientes de fuga. Este aumento en las corrientes hará que a1 y a2 aumenten. Debido a la acción regenerativa (a1 + a2) puede tender a la unidad y el tiristor pudiera activarse. Este tipo de activación puede causar una fuga térmica que por lo general se evita.

LUZ. Si se permite que la luz llegue a las uniones de un tiristor, aumentaran los pares electrón-hueco pudiéndose activar el tiristor. La activación de tiristores por luz se logra permitiendo que esta llegue a los discos de silicio.

ALTO VOLTAJE. Si el voltaje directo ánodo a cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo VBO, fluirá una corriente de fuga suficiente para iniciar una activación regenerativa. Este tipo de activación puede resultar destructiva por lo que se debe evitar.

dv/dt. Si la velocidad de elevación del voltaje ánodo-cátodo es alta, la corriente de carga de las uniones capacitivas puede ser suficiente para activar el tiristor. Un valor alto de corriente de carga puede dañar el tiristor por lo que el dispositivo debe protegerse contra dv/dt alto. Los fabricantes especifican el dv/dt máximo permisible de los tiristores.

CORRIENTE DE COMPUERTA. Si un tiristor está polarizado en directa, la inyección de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo de compuerta entre la compuerta y las terminales del cátodo activará al tiristor. Conforme aumenta la corriente de compuerta, se reduce el voltaje de bloqueo directo, podiendo llegar a activarse.

INTRODUCCION Tipos de tiristores: Tiristores de control de fase o de conmutación rápida (SCR): El miembro más importante de la familia de los tiristores es el tiristor de tres terminales,

conocido también como el rectificador controlado de silicio o SCR. Este dispositivo lo desarrolló la General Electric en 1958 y lo denominó SCR. El nombre de tiristor lo adoptó posteriormente la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI). En la figura siguiente se muestra el símbolo de un tiristor de tres terminales o SCR. Tal como su nombre lo sugiere, el SCR es un rectificador controlado o diodo. Su característica voltaje-corriente, con la compuerta de entrada en circuito abierto, es la misma que la del diodo PNPN.

Lo que hace al SCR especialmente útil para el control de motores en sus aplicaciones es que el voltaje de ruptura o de encendido puede ajustarse por medio de una corriente que fluye hacia su compuerta de entrada. Cuanto mayor sea la corriente de la compuerta, tanto menor se vuelve VBO. Si se escoge un SCR de tal manera que su voltaje de ruptura, sin señal de compuerta, sea mayor que el mayor voltaje en el circuito, entonces, solamente puede activarse mediante la aplicación de una corriente a la compuerta. Una vez activado, el dispositivo permanece así hasta que su corriente caiga por debajo de IH. Además, una vez que se dispare el SCR, su corriente de compuerta puede retirarse, sin que afecte su estado activo. En este estado, la caída de voltaje directo a través del SCR es cerca de 1.2 a 1.5 veces mayor que la caída de voltaje a través de un diodo directo-oblicuo común.

INTRODUCCION Los tiristores de tres terminales o

SCR son, sin lugar a dudas, los dispositivos de uso más común en los circuitos de control de potencia. Se utilizan ampliamente para cambiar o rectificar aplicaciones y actualmente se encuentran en clasificaciones que van desde unos pocos amperios hasta un máximo de 3,000 A.

Un SCR. Se activa cuando el voltaje VD que lo

alimenta excede VBO

Tiene un voltaje de ruptura VBO, cuyo nivel se controla por la cantidad de corriente iG, presente en el SCR

Se desactiva cuando la corriente iDque fluye por él cae por debajo de IH

Detiene todo flujo de corriente en dirección inversa, hasta que se supere el voltaje máximo inverso.

Tiristores de desactivación por compuerta (GTO) Entre las mejoras más recientes que se le han

hecho al tiristor está el apagado por compuerta (GTO). Un tiristor GTO es un SCR que puede apagarse por una pulsación suficientemente grande en su compuerta de entrada, aun si la corriente iD excede IH. Aunque los tiristores GTO se han venido usando desde 1960, solamente se volvieron prácticos para las aplicaciones de control de motores, al final de los años setenta. Estos dispositivos se han vuelto más y más comunes en las unidades de control de motores, puesto que ellos eliminaron la necesidad de componentes externos para apagar los SCR en circuitos de cc.

Un tiristor GTO requiere una mayor corriente de compuerta para encendido que un SCR común. Para grandes aparatos de alta potencia se necesitan corrientes de compuerta del orden de 10 A o más. Para apagarlos se necesita una gran pulsación de corriente negativa de entre 20 y 30m s de duración. La magnitud de la pulsación de corriente negativa debe ser de un cuarto a un sexto de la corriente que pasa por el aparato.

Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC)

Es un dispositivo que se comporta como dos SCR conectados en contraposición, con una compuerta de paso común; puede ir en cualquier dirección desde el momento en que el voltaje de ruptura se sobrepasa. El símbolo del TRIAC se ilustra en la figura siguiente. El voltaje de ruptura en un TRIAC disminuye si se aumenta la corriente de compuerta, en la misma forma que lo hace en un SCR, con la diferencia que un TRIAC responde tanto a los impulsos positivos como a los negativos de su compuerta. Una vez encendido, un TRIAC permanece así hasta que su corriente cae por debajo de IH.

Tiristores de conducción inversa (RTC) En muchos circuitos pulsadores e inversores, se

conecta un diodo antiparalelo a través de un SCR, con la finalidad de permitir un flujo de corriente inversa debido a una carga inductiva, y para mejorar el requisito de desactivación de un circuito de conmutación. El diodo fija el voltaje de bloqueo inverso del SCR a 1 ó 2v por debajo de las condiciones de régimen permanente. Sin embargo, bajo condiciones transitorias, el voltaje inverso puede elevarse hasta 30v debido al voltaje inducido en la inductancia dispersa del circuito dentro del dispositivo. Un RCT es un intercambio entre características del dispositivo y requisitos del circuito; puede considerarse como un tiristor con un diodo antiparalelo incorporado, tal y como se muestra en la figura siguiente. Un RCT se conoce también como tiristor asimétrico (ASCR). El voltaje de bloqueo directo varía de 400 a 2000v y la especificación de corriente llega hasta 500 A. El voltaje de bloqueo inverso es típicamente 30 a 40v. Dado que para un dispositivo determinado está preestablecida la relación entre la corriente directa a través de un tiristor y la corriente inversa del diodo, sus aplicaciones se limitarán a diseños de circuitos específicos.

Tiristores de inducción estática (SITH) Por lo general, un SITH es activado al aplicársele un voltaje

positivo de compuerta, como los tiristores normales, y desactivado al aplicársele un voltaje negativo a su compuerta. Un SITH es un dispositivo de portadores minoritarios. Como consecuencia, el SITH tiene una baja resistencia en estado activo así como una baja caída de potencial, y se puede fabricar con especificaciones de voltaje y corriente más altas. Un SITH tiene velocidades de conmutación muy rápidas y capacidades altas de dv/dt y di/dt. El tiempo de conmutación es del orden de 1 a 6m s. La especificación de voltaje puede alcanzar hasta 2500v y la de corriente está limitada a 500 A. Este dispositivo es extremadamente sensible a su proceso de fabricación, por lo que pequeñas variaciones en el proceso de manufactura pueden producir cambios de importancia en sus características.

Rectificadores controlados de silicio activados por luz (LASCR) Este dispositivo se activa mediante radiación directa sobre el disco de

silicio provocada con luz. Los pares electrón-hueco que se crean debido a la radiación producen la corriente de disparo bajo la influencia de un campo eléctrico. La estructura de compuerta se diseña a fin de proporcionar la suficiente sensibilidad para el disparo, a partir de fuentes luminosas prácticas (por ejemplo, LED y para cumplir con altas capacidades de di/dt y dv/dt). Los LASRC se utilizan en aplicaciones de alto voltaje y corriente [por ejemplo, transmisión de cd de alto voltaje (HVDC) y compensación de potencia reactiva estática o de volt-amperes reactivos (VAR)]. Un LASCR ofrece total aislamiento eléctrico entre la fuente de disparo luminoso y el dispositivo de conmutación de un convertidor de potencia, que flota a un potencial tan alto como unos cuantos cientos de kilovoltios. La especificación de voltaje de un LASCR puede llegar tan alto como 4 kv a 1500 A, con una potencia de disparo luminoso de menos de 100mw. El di/dt típico es 250 A/m s y el dv/dtpuede ser tan alto como 2000v/m s.

Tiristores controlados por FET (FET-CTH)

Un dispositivo FET-CTH combina un MOSFET y un tiristor en paralelo, tal y como se muestra en la figura siguiente. Si a la compuerta del MOSFET se le aplica un voltaje suficiente, típicamente 3v, se genera internamente una corriente de disparo para el tiristor. Tiene una alta velocidad de conmutación, un di/dtalto y un dv/dt alto. Este dispositivo se puede activar como los tiristores convencionales, pero no se puede desactivar mediante control de compuerta. Esto serviría en aplicaciones en las que un disparo óptico debe utilizarse con el fin de proporcionar un aislamiento eléctrico entre la señal de entrada o de control y el dispositivo de conmutación del convertidor de potencia.

Tiristores controlados por MOS (MCT) Un tiristor controlado por MOS (MCT) combina las características de un tiristor

regenerativo de cuatro capas y una estructura de compuerta MOS. El circuito equivalente se muestra en la figura siguiente (b) y el símbolo correspondiente en la (a). La estructura NPNP se puede representar por un transistor NPN Q1 y con un transistor Q2. La estructura de compuerta MOS se puede representar por un MOSFET de canal p M1 y un MOSFET de canal n M2. Debido a que se trata de una estructura NPNP, en vez de la estructura PNPN de un SCR normal, el ánodo sirve como la terminal de referencia con respecto a la cual se aplican todas las señales de compuerta. Supongamos que el MCT está en estado de bloqueo directo y se aplica un voltaje negativo VGA. Un canal, p (o una capa de inversión) se forma en el material dopado n, haciendo que los huecos fluyan lateralmente del emisor p E2 de Q2 (fuente S1 del MOSFET M1 del canal p) a través del canal p hacia la base p B1 de Ql (que es drenaje D1 del MOSFET M1, del canal p). Este flujo de huecos forma la corriente de base correspondiente al transistor npn Q1. A continuación e1 emisor n+ E1 de Q1, inyecta electrones, que son recogidos en la base n B2 (y en el colector n C1) que hace que el emisor p E2 inyecte huecos en la base n B2, de tal forma que se active el transistor PNP Q2 y engancha al MCT. En breve, un VGA de compuerta negativa activa al MOSFET M1 canal p, proporcionando así la corriente de base del transistor Q2.

Supongamos que el MCT está en estado de conducción, y se aplica un voltaje positivo VGA. Se forma entonces un canal n en el material contaminado p, haciendo que fluyan lateralmente electrones de la base n B2 de Q2 (fuente S2 del MOSFET M2 del canal n) a través del canal n del emisor n+ fuertemente contaminado de Ql (drenaje D2 del MOSFET M2 del canal n+). Este flujo de electrones desvía la corriente de base del transistor PNP Q2 de tal forma que su unión base-emisor se desactiva, y ya no habrá huecos disponibles para recolección por la base p B1 de Q1 (y el colector p C2 de Q2). La eliminación de esta corriente de huecos en la base p B1, hace que se desactive el transistor NPN Q1, y el MCT regresa a su estado de bloqueo. En breve, un pulso positivo de compuerta VGA, desvía la corriente que excita la base de Ql, desactivando por lo tanto el MCT.

El MCT se puede operar como dispositivo controlado por compuerta, si su corriente es menor que la corriente controlable pico. Intentar desactivar el MCT a corrientes mayores que su corriente controlable pico de especificación, puede provocar la destrucción del dispositivo. Para valores más altos de corriente, el MCT debe ser conmutado como un SCR estándar. Los anchos de pulso de la compuerta no son críticos para dispositivos de corrientes pequeñas. Para corrientes mayores, el ancho del pulso de desactivación debe ser mayor. Además, durante la desactivación, la compuerta utiliza una corriente pico. En muchas aplicaciones, incluyendo inversores y pulsadores, se requiere, de un pulso continuo de compuerta sobre la totalidad del período de encendido/apagado a fin de evitar ambigüedad en el estado.

Un MCT tiene: Una baja caída de voltaje directo durante la conducción; Un tiempo de activado rápido, típicamente 0.4m s, y un tiempo

de desactivado rápido, típicamente 1.25m s, para un MCT de 300A, 500v;

Bajas perdidas de conmutación; Una baja capacidad de bloqueo voltaje inverso. Una alta impedancia de entrada de compuerta, lo que simplifica

mucho los circuitos de excitación. Es posible ponerlo efectivamente en paralelo, para interrumpir corrientes altas, con sólo modestas reducciones en la especificación de corriente del dispositivo. No se puede excitar fácilmente a partir de un transformador de pulso, si se requiere de una polarización continua a fin de evitar ambigüedad de estado.

Transistores Los transistores son utilizados como

interruptores electrónicos de potencia. Los circuitos de excitación de estos se diseñan para que éstos estén completamente saturados (activados) o en corte (desactivados). Los transistores tienen la ventaja de que proporcionan un control de activación y de desactivación, mientras que el SCR sólo dispone de control de activación. Se utilizan los transistores de unión bipolar (BJT), los MOSFET y dispositivos híbridos, como por ejemplo, los de unión bipolar de puerta aislada (IGBT). El BJT es un dispositivo controlado por corriente. El MOSFET es un dispositivo controlado por tensión, el circuito de excitación es más sencillo que el utilizado en un BJT. El IGBT es una conexión integrada de un MOSFET y un BJT. El circuito de excitación es como el de un MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT. Este dispositivo es adecuado para velocidades de conmutación de hasta aproximadamente 20 kHz.

Diodos: Es el interruptor electrónico más

simple. No se puede controlar, en el sentido de que son las tensiones y corrientes del circuito las que determinan el estado de conducción y de corte del diodo. El diodo está polarizado en directa cuando la corriente que lo atraviesa es positiva, es decir cuando esta circula desde el ánodo hacia el cátodo y está polarizado en inversa cuando la tensión entre el ánodo y cátodo es negativa. Una característica dinámica importante de un diodo real es la corriente de recuperación inversa, esta es la corriente negativa que circula por el diodo al pasar de conducción a corte antes de que alcance el valor cero. El tiempo de recuperación es normalmente inferior a 1 µs.

FUNCION DEL INVERSOR La función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada en corriente directa CD a un voltaje simétrico de salida en corriente alterna CA con magnitud y frecuencia deseadas. Tanto el voltaje de entrada como la frecuencia de salida pueden ser fijos o variables. Si se modifica el voltaje de entrada de CD y la ganancia del inversor se mantiene constante, es posible obtener un voltaje variable de salida. Por otra parte, si el voltaje de entrada en CD es fijo y por lo tanto no es controlable, se puede obtener un voltaje de salida variable sí se varía la ganancia del inversor. Esto por lo general se hace utilizando algún tipo de modulación, como es la modulación por ancho de pulso PWM que permite controlar tanto la ganancia como la frecuencia del inversor. La ganancia del inversor se puede definir como la relación entre el voltaje de salida CA y el voltaje de entrada CD.

FUNCION En los inversores, las formas de onda del voltaje de salida deberían ser senoidales. Sin embargo, en los inversores reales no son senoidales y contienen ciertas armónicas. Para aplicaciones de baja y mediana

potencia, se pueden aceptar los voltajes de onda cuadrada o casi cuadrada; para aplicaciones de alta potencia, son necesarias las formas de onda de baja distorsión. Dada la disponibilidad de los dispositivos semiconductores

de potencia de alta velocidad, es posible reducir significativamente el

contenido armónico del voltaje de salida mediante diversas técnicas de

conmutación.

CLASIFICACION DE LOS INVERSORES Se pueden clasificar según el numero de fases: Monofasicos Trifasicos Inversores monofásicos Los inversores se pueden clasificar dependiendo del número de fases de voltaje de corriente alterna que generen a la salida, cuando se genera una sola fase de voltaje a la salida se conoce como inversor monofásico, y en inversor trifásico cuando se generan tres fases de voltaje a la salida. Cada tipo de inversor puede subdividirse en inversores de tres niveles que sintetizan una señal de corriente alterna con tres niveles de voltaje de CD, y en inversores multinivel los cuales sintetizan la señal de voltaje de corriente alterna a la salida con más de tres niveles de voltaje de CD.

Inversor de medio puente El circuito consiste en un par de dispositivos de conmutación Q1

y Q2 conectados en serie a través de una fuente de voltaje de corriente

directa Vs, y una carga conectada entre el punto a y el punto central 0 en la

unión de los dos capacitores C1 y C2, los cuales dividen el voltaje de entrada

Vs. dispositivos Q1 y Q2 conmutan en forma alterna en un ángulo π

para generar el voltaje de salida. Mediante la figura 1.1 se puede explicar el principio de

funcionamiento del inversor de medio puente. Inicialmente, se activa el transistor Q1

durante un tiempo To/2, el voltaje instantáneo a través de la carga Vo será

Vs/2. Después, el transistor Q2 es activado por lo tanto Q1 desactivado durante

un tiempo To/2. El voltaje –Vs/2 aparece en la carga. En la figura 1.2 se pueden observar las formas de onda del voltaje

y la corriente en los dispositivos de conmutación de inversor de

medio puente con carga resistiva. En realidad, una pequeña brecha (Td) o banda

muerta es conservada entre conmutaciones como se indica en la figura 1.2

para prevenir un corto circuito en la estructura.

FORMA DE ONDA DE SALIDA

Inversor de puente completo o puente H Dos inversores de medio puente pueden ser

conectados para formar un inversor de puente completo, o puente H,

como el de la figura. La ausencia de los capacitores es notoria y no

se utilizan en este caso. La carga esta conectada entre los puntos a y b. En

el modo de operación de señal de onda cuadrada, la cual es mostrada en la

figura 1.4, el par de dispositivos Q1Q3 y Q2Q4 conmutan en forma alterna para

generar la señal de voltaje de salida de onda cuadrada de amplitud Vs. Para esta estructura tanto los diodos y los

MOSFET están dimensionados para soportar el voltaje de la fuente Vs cuando

estos se encuentran polarizados inversamente y en corte

respectivamente. La corriente pico que deberán conducir los MOSFET es Im y la

corriente que conducirán los diodos es Im sen ϕ [1]

FORMA DE ONDA DE SALIDA

Control de voltaje de los inversores monofásicos En muchas aplicaciones Industriales, a menudo es necesario controlar el voltaje de salida

de los inversores, esto con el fin de: hacer frente a las variaciones de la entrada DC, para la regulación del voltaje de los inversores y para cumplir los requisitos de voltaje y frecuencia en la salida del circuito. Existen varias técnicas para modificar el voltaje de salida de un inversor. El método más eficiente de controlar este voltaje, es incorporar en

los inversores el control de modulación de ancho de pulso (PWM). Las técnicas mas comúnmente utilizadas son: 1. Modulación de un solo ancho de pulso. 2. Modulación de varios anchos de pulso. 3. Modulación senoidal del ancho de pulso. 4. Modulación senoidal modificada del ancho de pulso. 5. Control por desplazamiento de fase.

Modulación de un solo ancho de pulso

En el control por modulación de un solo ancho de pulso existe un solo pulso por cada

medio ciclo. El ancho del pulso se hace variar, a fin de controlar el voltaje de salida del

inversor. La figura 2 muestra las señales de excitación y el voltaje de salida para el inversor

monofásico en configuración puente de la figura 1A [1]

Modulación de varios anchos de pulso

También se le conoce como modulación uniforme de ancho de pulso (UPWM). Utilizando

varios pulsos en cada semiciclo de voltaje de salida puede reducirse el contenido armónico.

Mediante la comparación de una señal de referencia con una señal portadora se generan los

pulsos de disparo, tal como lo muestra la figura 3A. La frecuencia de la señal de referencia

establece la frecuencia de la señal de salida, Fo, y la frecuencia de la portadora, Fc,

determina el número de pulsos por cada ciclo. El índice de modulación controla el voltaje

de salida. En la figura 3B se muestra el voltaje de salida, teniendo en cuenta que los pulsos

positivos se generan debido a la excitación simultanea de S1 y S4 y los negativos con la de

S2 y S3 [1].

Modulación senoidal del ancho de pulso En vez de mantener igual el ancho de

todos los pulsos, en la modulación senoidal se varía

en proporción con la amplitud de una onda senoidal evaluada en el centro del mismo pulso.

Las señales de compuerta se generan al comparar una señal senoidal de referencia con una

onda portadora triangular unidireccional, tal y como se muestra en la Figura 4. La

frecuencia de la señal de referencia, fr, determina la frecuencia de salida del inversor, fo, y

18 su amplitud pico controla el índice de

modulación, M, y en consecuencia, el voltaje RMS

de salida [1].

Modulación senoidal modificada del ancho de pulso En la modulación senoidal de ancho de pulso, los anchos de los

pulsos más cercanos al pico de la onda senoidal no cambian considerablemente, luego en la

modulación senoidal modificada (MSPWM) durante los sesenta grados alrededor del

pico (treinta antes y treinta después) los interruptores están encendidos. Este tipo de

modulación permite que se reduzca el número de conmutaciones de los dispositivos de

potencia y las pérdidas de conmutación, incrementando la componente fundamental y

mejorando las características armónicas [1].

Control por desplazamiento de fase Este control se puede obtener

usando varios inversores y sumando el voltaje de salida de

los inversores individuales. Un ejemplo sería tener dos inversores de medio puente y

sumarlos. Un desplazamiento de fase entre ellos controlaría el descanso en cero de la onda

rectangular de salida, figura 5, controlando mediante esto el voltaje RMS de la salida [1].

DIAGRAMA DE BLOQUE DEL INVERSOR MONOFASICO

Fuente de alimentación

Consta de una fuente de switcheo flyback con entrada de 40 a 60 voltios DC y salida de 15

voltios para alimentar el circuito. Esta fuente es capaz de entregar 500 mA, o sea 7.5

Vatios y además tiene un riple menor al 5% (750mV).

Sincronismo La función del circuito de

sincronización es la de garantizar que la señal de salida trabaje a

una frecuencia de 60 Hz +/- 2%. Para esto se tiene un oscilador que genera una señal

estable de 4 M Hz, la cual es dividida para obtener 120 Hz y adecuada para generar pulsos

de sincronización que obliguen al PWM a trabajar a esa frecuencia. El PWM nos va a

generar una señal de control para cada uno de los semiciclos de la señal de salida, así que la

frecuencia final será de 60 Hz

PWM El LM 3524 (PWM) es el corazón del circuito ya que se

encarga de generar pulsos de voltaje de ancho variable a partir de los cuales se crean

las señales de disparo de los mosfets del puente inversor de salida. Esto se hace

utilizando su amplificador de error como comparador entre un voltaje de referencia y un

voltaje entregado por el circuito de control.

El LM 3524 tiene un control de límite de corriente, con el cual se evita que el circuito

sobrepase la corriente máxima para la que esta diseñado. Otra característica importante es

que sé esta usando el pin de compensación para asegurar que el circuito tenga un arranque

suave y con esto prevenir saturaciones del transformador de salida debido al punto sobre la

curva de magnetización en el que arranque cada vez que se enciende.

Circuito de retardo y disparo Este circuito se encarga de generar las señales de

disparo para los mosfets del puente de salida a partir de las señales de control que entrega el

LM 3524. Primero se genera un par de señales de control a partir

de cada una de las señales proveniente del LM 3524, para esto se utilizan circuitos

con optoacopladores. Cada uno de estos circuitos genera una señal igual a la de entrada y

otra inversa, las cuales controlan los disparos de una de las dos ramas del puente de salida.

Estos circuitos también se encargan de generar un retardo entre las señales de una misma

rama, esto con el fin de que antes de prender cualquier mosfet haya un tiempo suficiente

para que el mosfet de su misma rama se apague completamente. Finalmente cada par de estas señales de control van a

las entradas de un driver, el cual garantiza que cuando la señal de entrada este en alto,

la salida correspondiente entregue el voltaje gate-source para encender el mosfet.

Puente y transformador de salida El puente de salida se conforma de cuatro mosfets de

enriquecimiento canal N que funcionan como interruptores conectados a la fuente

de alimentación, proveniente de las 26 cuatro baterías, y al primario de un transformador.

Estos mosfets son manejados por unas señales de control que garantizan que en el primario

del transformador se genere una onda rectangular con descanso en cero. Posteriormente esta

señal va a ser adecuada por el transformador con el fin de entregar la amplitud

requerida. El transformador cumple con la relación de vueltas

entre el primario y el secundario para dar la amplificación que se busca y también soporta la

potencia máxima que el circuito entrega. Los cuatro mosfets escogidos cumplen con las

características de corriente y voltaje para soportar las exigencias de la carga sin

dañar la eficiencia del circuito.

Circuito de control

El circuito de control se encarga de tomar una muestra del voltaje de salida por medio de un

transformador y a partir de esta genera un voltaje DC proporcional al promedio de la onda

de salida rectificada, el cual va a ser comparado con una referencia en el LM 3524 para

controlar el ancho de los pulsos de salida.

Alarma de fuentes

El circuito de alarma de fuentes se encarga de bloquear el disparo de los mosfets del puente

de salida siempre que alguna de las fuentes este por fuera de su rango de voltaje. El rango

de las baterías es de 40 a 60 voltios y el de la fuente de switcheo es de 13 a 15 voltios.