Lección 3: Circuitos de mando para convertidores

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Lección 3 Sistemas Electrónicos de Alimentación 5º Curso. Ingeniería de Telecomunicación Circuitos de mando para convertidores Universidad de Oviedo

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Lección 3

Sistemas Electrónicos de Alimentación

5º Curso. Ingeniería de Telecomunicación

Circuitos de mando para convertidores

Universidad de Oviedo

Page 2: Lección 3: Circuitos de mando para convertidores

Salida

Carga

Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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)

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PWM

Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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

+

-

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

• 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

+

-

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

Desfasadas 180º

Circuitos de mando integrados basados en modulador de ancho de pulso

vcmp

vgs1

vgs2

Complementarias

vcmp

vgs1

vgs2

vgs2

+

-“Driver”

vgs1

+

-“Driver”-+

Generadorde rampas

(oscilador)

-

+Av

-

+

-

+

Reg V

Circuiteríalógica

vcmp

+

-

vgs2

+

-“Driver”vgs2

+

-“Driver”

vgs1

+

-“Driver”vgs1

+

-“Driver”-+

Generadorde rampas

(oscilador)

-

+Av

-

+

-

+

Reg V

Circuiteríalógica

vcmp

+

-

-+

Generadorde rampas

(oscilador)

-

+Av

-

+

-

+

Reg V

Circuiteríalógica

vcmp

+

-

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525

Diagrama de bloques del UC 3525

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525

-+

Generadorde rampas

(oscilador)

-

+Av

-

+

-

+

Reg V

Circuiteríalógica

cmp

-+

Generadorde rampas

(oscilador)

-

+Av

-

+

-

+

-

+

Reg V

Circuiteríalógica

cmp

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525

• Montaje del generador de rampas (oscilador)

CT

RT

Estas “masas” deben estar muy

próximas

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525

• Montaje con “tiempo muerto regulable”

CT

RTRD

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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

CR RR2

RR1

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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

+

-

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

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”

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525

• Amplificadores de corriente de salida

No son etapas complementarias, sino montajes “totem pole”

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Circ

uito

s de

man

do p

ara

conv

ertid

ores

Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525

• Amplificadores de corriente de salidaRecomendamos 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