leccion 3 circuitos de mando
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Lección 3
Sistemas Electrónicos de Alimentación
5º Curso. Ingeniería de Telecomunicación
Circuitos de mando para convertidores
Universidad de Oviedo
Salida
Carga
Cir
cu
ito
s d
e m
an
do
pa
ra c
on
vert
ido
res
Ideas generales
Vg
Entrada
+
Etapa de potencia
-
Vref
Av
+Realimentación
• En general, los convertidores constan de:
- Etapa de potencia
- Circuito de mando
- Red (redes) de realimentación de variables de entrada y/o salida
- Protecciones
Circuito de mando
Cir
cu
ito
s d
e m
an
do
pa
ra c
on
vert
ido
res
Ideas generales
• En todos los casos, la transferencia de energía entre la
entrada y la salida se controla con la conmutación cíclica del
interruptor controlado (transistor o tiristor).
• En general, cuanto mayor es la parte del periodo total de
conmutación en la que el interruptor está cerrado, mayor es la
transferencia de energía.
• Se puede operar a frecuencia fija, o a tiempo de conducción
fijo, o a tiempo de no conducción fijo.
Salida
CargaVg
Entrada
+
Etapa de potencia
Circuito de mando
Cir
cu
ito
s d
e m
an
do
pa
ra c
on
vert
ido
res
Tipos de operación
vgs
TS
tC
TS
tC’
Etapa de potencia
Circuito de mando +
-vgs
• Operación a frecuencia fija (y tiempo de conducción variable). TS no varía y tc sí lo hace.
• Operación a tiempo de conducción fijo (y frecuencia variable). TS varía y tc no lo hace.
vgs
TS
tC
TS’
tC
• Operación a tiempo de no conducción fijo (y frecuencia variable). TS varía y tnc=TS-tc no lo hace.
vgs
TS
tC tnc
TS’
tC’ tnc
Cir
cu
ito
s d
e m
an
do
pa
ra c
on
vert
ido
res
Circuitos de mando con operación a frecuencia fija
vgs
TS
tC
TS
tC’
Etapa de potencia
Circuito de mando +
-vgs
• Es la más utilizada en convertidores. Las razones para ello
son:
- Se optimiza el diseño de los componentes reactivos.
- Las pérdidas de conmutación son constantes.
- Se acota mejor el espectro de interferencias
electromagnéticas generadas.
• Se genera fácilmente con un modulador de ancho de pulso
(Pulse Width Modulator, PWM)
PWM
Cir
cu
ito
s d
e m
an
do
pa
ra c
on
vert
ido
res
El modulador de ancho de pulso
El “corazón” del circuito de mando de los convertidores conmutados es el modulador de ancho de pulso, PWM
vgs
VP
VV
VPVvd
TS
tC
vd - VV
VPV d =
Definición de ciclo de trabajo: d= tC/TS
-
+vd
+
-
Generador
de rampas (oscilador)
vgs
+
-
Cir
cu
ito
s d
e m
an
do
pa
ra c
on
vert
ido
res
Circuitos de mando integrados basados en modulador de ancho de pulso
vd
+
-
-
+
Generador
de rampas (oscilador)
• Normalmente incluyen más funciones:
-
+Av
-
+
-
+
Reg V
- Amplificador de error del lazo de tensión
- Comparadores para alarmas
- Circuitería lógica de actuación
- Amplificación de señales
- Regulador lineal
vgs
+
-“Driver”
Circuitería lógica
Cir
cu
ito
s d
e m
an
do
pa
ra c
on
vert
ido
res
• Algunos circuitos de mando general dos salidas
- Desfasadas 180º
- Complementarias
vgs2
+
-“Driver”
Circuitos de mando integrados basados en modulador de ancho de pulso
vgs1
+
-“Driver”-
+
Generador
de rampas (oscilador)
-
+Av
-
+
-
+
Reg V
Circuitería lógica
vcmp
+
-
Cir
cu
ito
s d
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an
do
pa
ra c
on
vert
ido
res
Desfasadas 180º
Circuitos de mando integrados basados en modulador de ancho de pulso
vcmp
vgs1
vgs2
Complementarias
vcmp
vgs1
vgs2
vgs2
+
-“Driver”
vgs1
+
-“Driver”-
+
Generador
de rampas(oscilador)
-
+Av
-
+
-
+
Reg V
Circuiteríalógica
vcmp
+
-
vgs2
+
-“Driver”vgs2
+
-“Driver”
vgs1
+
-“Driver”vgs1
+
-“Driver”-
+
Generador
de rampas(oscilador)
-
+Av
-
+
-
+
Reg V
Circuiteríalógica
vcmp
+
-
-
+
Generador
de rampas(oscilador)
-
+Av
-
+
-
+
Reg V
Circuiteríalógica
vcmp
+
-
Cir
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Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
Diagrama de bloques del UC 3525
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Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
-
+
Generador
de rampas(oscilador)
-
+Av
-
+
-
+
Reg V
Circuiteríalógica
cmp
-
+
Generador
de rampas(oscilador)
-
+Av
-
+
-
+
-
+
Reg V
Circuiteríalógica
cmp
Cir
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Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
• Montaje del generador de rampas (oscilador)
CT
RT
Estas “masas” deben estar muy
próximas
Cir
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Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
• Montaje con “tiempo muerto regulable”
CT
RTRD
Cir
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Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
• El amplificador de error es de transconductancia (comportamiento como fuente de corriente en la salida)
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Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
• Montaje habitual del amplificador de error para cerrar el lazo de realimentación
RL
Al terminal 16
A la salida del convertidor
CRRR2
RR1
Cir
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vert
ido
res
Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
• Montaje del amplificador de error para comprobar el funcionamiento en lazo abierto
Regulación de tensión para modificar el ciclo de
trabajo
RR
Al terminal 16
Cir
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vert
ido
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Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
• Arranque suave
vss
vgs
CSSvSS
+
-
El ciclo de trabajo aumenta lentamente en el proceso de arranque del convertidor
La tensión VSS crece con una derivada definida por CSS
Cir
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res
Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
• Tratamiento de las protecciones y de las alarmas
valn
vgs
En el UC 3525 se utiliza el terminal 10 (Shutdown”) para esto
val1
+
-
valn
+
-
Cir
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vert
ido
res
Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
• Tratamiento de las protecciones y de las alarmas
valn
vgs
¿Qué pasa si al cesar los pulsos de control la situación de alarma desaparece?
val1
+
-
valn
+
-
val1
+
-val1
+
-val1
+
-val1
+
-val1
+
-
valn
+
-valn
+
-
Normal Alarma Arranq. Normal Alarma Arranq. Normal Alarma
Este tipo de operación recibe el nombre popular de “modo hipo”
Cir
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Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
• Amplificadores de corriente de salida
No son etapas complementarias, sino montajes “totem pole”
Cir
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Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525
• Amplificadores de corriente de salida
Recomendamos realizar una amplificación posterior externa al “chip” y tan cercana al transistor como sea posible
“Driver” externo
+-
Al terminal 12 “Ground”
A +VCC
100
47
1 F
Conexionado críticamente corto
Conexionado no crítico