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Fuentes de Alimentación No Lineales o
Reguladores de Conmutación
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Fuentes de Alimentación No Lineales o
Reguladores de Conmutación
BIBLIOGRAFÍA:
• POWER SUPPLY COOKBOOK – MARTY BROWN • SIMPLIFIED DESIGN OF SWITCHING POWER SUPPLIES • Dispositivos Electrónicos - Thomas Floyd – Cap. 17.4 • INTERNET: Buscar como SWITCHING POWER SUPPLIES
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Reseña
• Debido a la continua integración de componentes, los transformadores de tensión siempre han sido los componentes pasivos más difíciles de acomodar dentro de los equipos electrónicos.
• Si se tiene alguna noción de electromagnetismo, se podrá comprender fácilmente el funcionamiento de uno de estos "monstruos de cobre y acero".
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Principio Básico
• Como la frecuencia de entrada es directamente proporcional a la intensidad de salida, se llegó a la conclusión de que aumentando la frecuencia de entrada de un transformador, este podía dar más intensidad de la nominal, con la consiguiente reducción de tamaño del mismo y así comenzaron a fabricarse los llamados Reguladores de Conmutación.
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V d.cFILTRO Y
RECTIFICADOR
DE ENTRADA
V a.cFILTRO Y
RECTIFICADOR
DE SALIDA
Vo
MUESTRAY
CIRCUITO DE CONTROL
(PWM)
ELEMENTO
CONMUTADOR
(inversor de alta
frecuencia)
Estructura básica y funcionamiento
Diagrama Básico de una fuente Switching
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DIAGRAMAS DE BLOQUES DE UNA FUENTE SWITCHING
PWM Comp
Osc Ref
50 - 60 Hz
Inversor de alta frecuencia(high frecuency inverter)
Rectificador de saliday filtro
(output rectifierand filter)
Circuito de control(control circuit)
Rectificador deentrada y filtro
(input rectifierand filter)
DC 20 - 25 KHz DC
Línea
Introducción a las Fuentes Conmutadas
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TIPOS DE FUENTES SWITCHING
• Regulador reductor (buck) • Regulador elevador (boost) • Regulador elevador reductor • Regulador flyback • Regulador cuk • Reguladores tipo puente:
Regulador Contrafase (Push-Pull). Regulador Half-Bridge. Regulador Full-Bridge.
http://www.dte.upct.es/docencia/tutoriales/electronica_de_potencia/converso.htm
Fuentes Switching
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Las fuentes conmutadas existen en diferentes topologías con características particulares en cada una. 1
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Análisis de Topologías REGULADOR REDUCTOR (BUCK) • El voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada http://www.dte.upct.es/docencia/tutoriales/electronica_de_potencia/converso.htm#buc
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Circuito básico y funcionamiento
PMW
CONTROLC
L+
D Vo
+Vi
DViVo *
Regulador Reductor
(Buck)
ToffTon
Ton
T
TonD
Tarea: Dibujar formas de onda En el condensador (IC) y en el diodo Va con Multisim
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Circuito básico y funcionamiento
CD Vo
SWITCH
ONL
V i
L
Vo
SWITCH
OFF
CV i
0 t
t0
TonToff
Vtr
iL
t
t0
0
iC
Vo
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Operación Reductora (“BUCK”)
Tarea: Dibujar formas de onda en el circuito (ID, IL, VC), con un simulador
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Análisis de Topologías REGULADOR ELEVADOR (BOOST) • El voltaje de salida es mayor que el voltaje de entrada http://www.dte.upct.es/docencia/tutoriales/electronica_de_potencia/boost.htm
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CV in
+
Vo
+PMW
CONTROL
L D
SWITCH
D
ViVo
1 Regulador Elevador (Boost)
Tarea: Dibujar formas de onda En el condensador (IC) y en el diodo Va con Multisim
Circuito básico y funcionamiento
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V in SWITCH
ON Vo
V in SWITCH
OFF Vo
iL
t
t
t
t
t
iL
Vtr
iD
iC
Vo
0
0
0
0
0
Circuito básico y funcionamiento
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Operación Elevadora (“Boost”)
Tarea: Dibujar formas de onda en el condensador (IC) y en el diodo Va con Simulador
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Análisis de Topologías REGULADOR INVERSOR ELEVADOR - REDUCTOR (BUCK - BOOST)
• Su voltaje de salida es mayor o menor que el voltaje de entrada El voltaje de salida es inverso al de entrada
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CV in
+
PMW
CONTROL
D
+L
--Vo
D
DViVo
1
*Regulador Elevador Reductor
(Buck-Boost)
ToffTon
Ton
T
TonD
Tarea: Dibujar formas de onda
En el condensador (IC) y en el diodo Va con Multisim
Circuito básico y funcionamiento
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C
SWITCH
ON
+
-L Vo
V i
C+
-L Vo
SWITCH
OFF
V i
t
t
t
iC
Vo
0
0
0
Vtr
iL
0
TonToff
t
Circuito básico y funcionamiento
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Operación Inversora
Tarea: Dibujar formas de onda en el condensador (IC) y en el diodo Va con Simulador
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Análisis de Topologías REGULADOR FLYBACK
• Su voltaje de salida es mayor o menor que el voltaje de entrada • El voltaje de salida es directo al de entrada (igual polaridad)
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Circuito básico y funcionamiento
V in
+
PMW
CONTROL
C+
Vo
D
C+
Vo
D
V in
+
SWITCH
ON
C+
Vo
D
V in
+
SWITCH
OFF
)1(
*
Dn
DViVo
Regulador
Flyback
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Forward Converter Switching Regulator
D1
D2
L
++
-
VOC
Vi
D3
-
Forward Converter Switching Regulator
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Regulador Cúk
Su voltaje de salida es mayor o menor que el voltaje de entrada.
Es capaz de manejar mayores corrientes, que los anteriores.
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V in
+
PMW
CONTROLSWITCH
+C2D Vo
+
C1 L2L1
D
DViVo
1
*Regulador Cúk
Circuito básico y funcionamiento
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+
DV in
+
+
SWITCHON
L1C1
L2
C2 Vo
+
DV in
+
+
SWITCH
OFF
L1C1
L2
VoC2
0
TonToff
iC1
0
iL2
iC2
Vo
iL1
t
t
t
t
t
t
0
0
0
0
Vtr
Circuito básico y funcionamiento
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DESVENTAJAS
• Al trabajar con un solo transistor se requieren de inductores y capacitores de gran tamaño para la transferencia de energía.
• A excepción del regulador Flyback, no presentan una aislación galvánica
TOPOLOGÍAS
• Regulador Contrafase (Push-Pull).
• Regulador Half-Bridge.
• Regulador Full-Bridge.
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Reguladores tipo Puente • Permiten manejar mayores niveles de potencia • Están aislados galvánicamente • Su ciclo de trabajo debe ser 50% • Permiten salidas con voltajes positivos y/o negativos
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Regulador Contrafase Push – Pull • Su voltaje de salida es menor que el de entrada. • Ocupa dos transistores para la conmutación. • Sus voltajes de salida son bajos, típicamente 12
a 24 VDC.
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Basic Push-Pull Converter Circuit
L
VO
+
-
+
-
Vi
n
DViVo
*2
Regulador
Contrafase
( Push-Pull )
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Regulador HALF-BRIDGE • Pueden operar conectados a altas tensiones DC de
entrada. • Utiliza dos transistores para la conmutación. • Puede alcanzar tensiones sobre los 200 VDC de salida.
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Half Bridge Converter Circuit
+
-
Vi
L
VO
+
-
1 : n
n
DViVo
*
Regulador de
Medio Puente
Half-Bridge
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Regulador FULL-BRIDGE • Tiene la misma configuración que el Half-Bridge. • Ocupa cuatro transistores para la conmutación. • Sus voltajes de salida se sitúan entre 1 a 3 KV
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Full Bridge Converter Circuit
+
-
Vi
VO
+
-
LQ1 Q4
Q2
Q3
Regulador
Full-Bridge
n
DViVo
*2
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Aplicaciones
Full Bridge Converter Circuit • Por características, permiten ahorrar espacio, energía y
costos. • Su regulación, al ser controlada, es más exacta. • Producen altas EMI y RFI. (Interferencias electromagnéticas y
de radiofrecuencia) • Están disponibles en circuitos integrados, para sus distintas
aplicaciones y configuraciones. • Donde se destacan LM78S40 de National y MC34060 de
Motorola.
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MODULADOR POR ANCHO DE PULSO (PWM) TL 494
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Cargador de Celular.
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Vinculaciones de apoyo
Electrónica
Allan Hambley
Dispositivos Electrónicos
Thomas Floyd
Principios de Electrónica Malvino
Teoría de circuitos R. L. Boylestad
Teoría de circuitos R. L. Boylestad
Power Supply Cookbook Marty Brown
Teoría de circuitos R. L. Boylestad
Simplified Design of Switching Power Supplies