Lección 3

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

2. Etapa de potencia Salida Entrada + Vg Carga - Circuito de mando Realimentación Av + Vref Ideas generales Circuitos de mando para convertidores • En general, los convertidores constan de: • - Etapa de potencia • - Circuito de mando • - Red (redes) de realimentación de variables de entrada y/o salida • - Protecciones

3. Etapa de potencia Salida Entrada + Vg Carga Circuito de mando Ideas generales Circuitos de mando para convertidores • 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.

4. Etapa de potencia vgs vgs vgs + vgs - tC tC tC tC’ TS TS TS TS Circuito de mando tC TS’ tnc tnc tC’ TS’ Tipos de operación • 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. Circuitos de mando para convertidores • Operación a tiempo de no conducción fijo (y frecuencia variable). TS varía y tnc=TS-tc no lo hace.

5. Etapa de potencia vgs + vgs - tC tC’ TS TS Circuito de mando Circuitos de mando con operación a frecuencia fija Circuitos de mando para convertidores • 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)

6. VP vd VPV VV PWM vgs Generador de rampas (oscilador) tC - vd - VV TS d = + VPV + + vgs vd - - El modulador de ancho de pulso El “corazón” del circuito de mando de los convertidores conmutados es el modulador de ancho de pulso, PWM Definición de ciclo de trabajo: d= tC/TS Circuitos de mando para convertidores

7. Reg V Circuitería lógica Generador de rampas (oscilador) - - + + Av + vgs - “Driver” - + + vd - - + Circuitos de mando integrados basados en modulador de ancho de pulso • Normalmente incluyen más funciones: - Amplificador de error del lazo de tensión - Comparadores para alarmas - Circuitería lógica de actuación - Amplificación de señales - Regulador lineal Circuitos de mando para convertidores

8. Generador de rampas (oscilador) + vgs1 - Circuitería lógica “Driver” - + - + Av vcmp + - - + + vgs2 Reg V - “Driver” - + Circuitos de mando integrados basados en modulador de ancho de pulso • Algunos circuitos de mando general dos salidas • - Desfasadas 180º • - Complementarias Circuitos de mando para convertidores

9. vcmp vcmp vgs1 vgs1 vgs2 vgs2 Circuitos de mando integrados basados en modulador de ancho de pulso Circuitos de mando para convertidores Desfasadas 180º Complementarias

10. Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 Diagrama de bloques del UC 3525 Circuitos de mando para convertidores

11. Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 Circuitos de mando para convertidores

12. RT CT Estas “masas” deben estar muy próximas Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Montaje del generador de rampas (oscilador) Circuitos de mando para convertidores

13. RD RT CT Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Montaje con “tiempo muerto regulable” Circuitos de mando para convertidores

14. 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) Circuitos de mando para convertidores

15. A la salida del convertidor RR1 Al terminal 16 RR2 CR RL Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Montaje habitual del amplificador de error para cerrar el lazo de realimentación Circuitos de mando para convertidores

16. Al terminal 16 RR Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Montaje del amplificador de error para comprobar el funcionamiento en lazo abierto Circuitos de mando para convertidores Regulación de tensión para modificar el ciclo de trabajo

17. + vSS CSS - vss vgs Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Arranque suave El ciclo de trabajo aumenta lentamente en el proceso de arranque del convertidor Circuitos de mando para convertidores La tensión VSS crece con una derivada definida por CSS

18. + val1 - + valn - valn vgs Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Tratamiento de las protecciones y de las alarmas En el UC 3525 se utiliza el terminal 10 (Shutdown”) para esto Circuitos de mando para convertidores

19. valn vgs Normal Alarma Arranq. Normal Alarma Arranq. Normal Alarma Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Tratamiento de las protecciones y de las alarmas ¿Qué pasa si al cesar los pulsos de control la situación de alarma desaparece? Circuitos de mando para convertidores Este tipo de operación recibe el nombre popular de “modo hipo”

20. Ejemplo de circuito de mando integrado PWM: el UC 3525 • Amplificadores de corriente de salida No son etapas complementarias, sino montajes “totem pole” Circuitos de mando para convertidores

21. A +VCC + - “Driver” externo Conexionado críticamente corto Al terminal 12 “Ground” Conexionado no crítico 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 47 W 1 mF Circuitos de mando para convertidores 100 W