SOCOM Implementation

En este capitulo, se presentan los resultados obtenidos con el prototipo de la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje, a través de oscilogramas correspondientes a las señales de control del circuito integrado TL494. Estas mediciones son realizadas en el laboratorio, cuando la fuente de poder retroalimentada con voltaje tiene carga.

4.1 ELABORACIÓN DEL PROTOTIPO

A continuación, se presenta una sencilla descripción de la forma como se realiza la placa del circuito impreso para la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje. También se indica como se deben distribuir los dispositivos electrónicos, magnéticos (transformador con núcleo de ferrita), etc.

En la Fig. 4.1.1, se muestra el aspecto de la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje, que está integrada por: (a) Rectificador monofásico de entrada y filtro, (b) Red de arranque, (c) Convertidorflyback, (d) Inductores auxiliares, (e) Circuito de controlTL494con modulación por ancho de pulso, (f) Circuito de salida.

Fig. 4.1.1. Aspecto Físico de la Fuente de Poder Conmutada Retroalimentada por Voltaje El circuito impreso del prototipo de fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje, se realiza sobre una placa fenólica, de cara individual, siendo los dispositivos electrónicos distribuidos, según, se muestran en la placa de circuito impreso de la Fig. 4.1.2. a y el esquema del circuito impreso en la Fig. 4.1.2.b.

El montaje de fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje junto, con la carga que consiste de dos lámparas de21W, que se conectan a su salida, para mostrar el funcionamiento de la fuente de poder conmutada. En la Fig. 4.1.3, se ilustra el aspecto del montaje de la fuente de

Fig. 4.1.2.a Distribución de Componentes sobre la Placa del Circuito Impreso

Fig. 4.1.2. b Placa de Circuito Impreso

4.2 MEDICIONES

En esta sección, se hace una descripción de las mediciones realizadas para obtener las señales correspondientes del circuito del control, para justificar el funcionamiento de la fuente de poder conmutada [5]. Estás mediciones, se realizaron con ayuda de un osciloscopio digital de la serie

TDS3000B deTEKTRONIX. El osciloscopio digital, permite que se pueda guardar la información, es decir los oscilogramas en un disco floppy, esto hace más versátil, la realización de la medición. En primer lugar, se realizaron las mediciones correspondientes a la señal del reloj con frecuencia de20KHz, y ciclo de trabajo del30%, en seguida la señal que corresponde al diente de sierra, que se utiliza para formar las señal de control, con la comparación del voltaje de error, obtenido de la diferencia del voltaje de referencia con valor de4.9Vy del voltaje de retroalimentación de3.6V, que es igual a1.3Vaproximadamente.

En las Fig. 4.2.1 y 4.2.2, se observan estos oscilogramas respectivamente. En la figura de cada oscilograma, se indica la información correspondiente de la amplitud, frecuencia, ciclo de trabajo, etc.

Fig. 4.2.2. Oscilograma de la señal diente de sierra para generar la señal PWM 4.3 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

En esta sección, se procede evaluar el rendimiento de la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje. Se inyecta una señal alterna de 120V RMS, 60Hz, para obtener sus respectivas características eléctricas, con dos lámparas de 21W como carga. La información obtenida, se enlista en laTabla 4.1.

TABLA 4.1

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

PARÁMETRO VARIABLE VALOR

Voltaje de entrada VE 54V

Voltaje de salida menor V1 + 9V

Voltaje de salida mayor V2 + 12V

Corriente de entrada IE 0.16A

Corriente con carga

(lámpara de 21W) IS 1.0A

Temperatura del

transistor MOSFET Tj < 1000C

Eficiencia η ~ 80%

De acuerdo con las mediciones dedisipación de caloren el transistor MOSFETIR740, con ayuda de un multimetro de la marca STEREN, se observa que el valor de temperatura registrada, no alcanza el valor de TJ = 150OC, en donde el cambio de la temperatura en el transistor, es una variable dependiente del nivel de potencia; esto indica, que el transistor está operando correctamente en el limite del pulso, que es valido para ciclos de trabajo de 10% a 40%, y que provee un valorTJ< 150OC. Por está razón, el transistor MOSFETIRF740, no requieredisipador

Por otra parte, también se puede observar de laTabla 4.1, que la eficiencia de la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje, realizada en este trabajo, es tan solo del 80%. Esto es debido en parte al diseño del transformador con núcleo de ferrita, el cual presenta algunas deficiencias, con respecto al tipo de alambre magneto, que se utiliza, para sus respectivos devanados [11], así como también a su baja permeabilidad magnética del núcleo de ferrita.

Sin embargo, a pesar de los inconvenientes mencionados, la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje, es funcional, para aplicaciones con baja potencia alrededor de15W. 4.4 PERSPECTIVAS

Debido a las deficiencias explicadas en la sección 4.3, sobre la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje, se debe evitar que el núcleo de ferrita del transformador de alta frecuencia, se sature, como se observa en la curva del ciclo de histéresis (B-H), de la Fig. 4.4.1

[7].

Fig. 4.4.1. Curva de magnetización normal, correspondiente al ciclo de histéresis, en donde se observa la región de saturación.

Como mejora en el rendimiento de la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje, se propone utilizar transformadores de alta frecuencia, con núcleo de ferrita de alta permeabilidad (μ> 2000), de la marca Ferroxcube (material 3C85). Esta solución permite, que la fuente de poder conmutada, mejore su rendimiento, es decir que alcance eficiencias del oren del90%.[7]

Por otra parte a la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje, le hace falta un circuito de protección, contra sobre carga. Este circuito puede ser desarrollado, aprovechando la variación de calor en el transistor MOSFETIRF740. En la Fig. 4.4.2, se propone un circuito de protección al diseño original de la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje.

El circuito de protección implementado en la fuente de poder conmutada de la Fig. 4.4.2, está provisto por un relevador magnético, el cual es activado por el transistor 2N2222, cuando se cierre la unión base-emisor con un voltaje aproximadamente de 4.5V, que corresponde a una temperatura en el transistor MOSFET IRF740 de TJ = 150OC, en donde la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje, se desconecta de la línea de 60Hz, hasta que se restaure la carga.

Fig. 4.4.2. Diagrama del circuito eléctrico propuesto para la mejora del rendimiento de la fuente de poder conmutada retroalimentada por voltaje.