Fuentes de alimentación

Presentación del tema: "Fuentes de alimentación"— Transcripción de la presentación:

1 Fuentes de alimentación
ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Clasificación Exige diseños de bajo consumo Alimentación a partir de pilas o baterías. Poca autonomía y elevado costo de uso Los circuitos electrónicos necesitan una o varias fuentes de tensión continua para su funcionamiento. Fuente de energía más frecuente Voltaje alterno sinusoidal Alimentación a partir de la red eléctrica Se necesita obtener voltaje continuo a partir de voltaje alterno

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Esquema general Rectificador Filtro Pasivo Estabilizador o Regulador VCA VCC Transformador

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Transformadores y rectificadores v1 vo N1 N2 t v1 vo t N1 : N2 v1 vo N1 : N2 t

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Rectificador de media onda. t V T t V T Rectificador de onda completa. En la práctica, se utilizan casi exclusivamente los montajes rectificadores de doble onda, por sus mejores características.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación v2 t iD T1 T v2 t iD T1 T C C++ Aproximación a señal triangular y descarga de C a corriente constante (peor condición). Se define el factor de ondulación como: vo T / 2 Vr VoM Vom Vo

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Consideraciones: La tensión en la carga tiene un rizado menor cuanto mayor es la capacidad del condensador Una mayor capacidad provoca un menor intervalo de conducción de los diodos implica mayores “picos” de corriente en ellos Los picos de corriente son de difícil evaluación. Suelen considerarse entre 5 y 20 veces mayores que la corriente media en la carga. Es importante comprobar que no superen la IFRM de los diodos. El instante más peligroso es la primera conexión de la fuente, ya que el condensador completamente descargado y se genera un pico de corriente más elevado. Conclusión: no se debe usar un condensador de capacidad excesiva Se evita un aumento innecesario de volumen y costo Menores problemas con la corriente en los diodos y en el transformador

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Reguladores El conjunto Transformador + Rectificador + Filtro constituye una fuente de alimentación, sus principales desventajas son: Un alto factor de ondulación Sensible a las variaciones de carga Sensible al voltaje de red Para conseguir una mayor calidad en el voltaje de salida se puede incluir: Un estabilizador: Sensibilidad a las variaciones de carga (viables para pequeñas corrientes de carga). La estabilidad se consigue únicamente por las características de un dispositivo electrónico (generalmente, un diodo). Su funcionamiento se basa en limitar la tensión de entrada al nivel deseado Un regulador: La estabilidad se consigue aprovechando las características de un dispositivo electrónico (generalmente, una referencia de voltaje). Su funcionamiento está basado en la actuación sobre el voltaje de salida en función de compensar el error que se produce entre una muestra de dicho voltaje, obtenido por medio de un circuito observador y el voltaje de referencia.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Algunas definiciones para la caracterización de los estabilizadores y reguladores Vr Io

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Estabilizador Vi Vz RS RL Vz vo vi iR iZ io

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Límites de funcionamiento del estabilizador propuesto Corriente en el Zener: Iz(min)  iz  Iz(max) Se diseña para La diferencia de potencia entre la entrada y la salida es soportada por la resistencia Rs. Interesa que Vi no sea mucho mayor que Vo para disminuir la potencia sobre Rs. Si la corriente de salida es elevada, el diodo zener debe ser capaz de soportarla.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Estabilizador con diodo Zener y transistor serie Io RS RL Vz vo vi Q1 iR iB iz Vo = Vz – vBE La potencia generada por la diferencia de tensión entre Vi y Vo la disipa fundamentalmente en el transistor. Vi no debe ser mucho mayor que Vo No se necesita un Zener capaz de soportar corrientes elevadas El transistor Q1 se puede reemplazar por una configuración Darlington

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Regulador Existen dos tipos de reguladores: serie y paralelo Las posibles variaciones del voltaje de salida se compensan con variaciones de: Regulador serie : La caída de voltaje en un elemento situado en serie con la carga. Regulador paralelo : La corriente en un elemento situado en paralelo con la carga. En la práctica, el regulador serie es el más utilizado.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Diagrama de bloques típico de un regulador serie: Identificación de bloques Q1 permite entregar más corriente de salida. Tensión de referencia VR = VZ Vo será mayor o igual que la tensión de referencia.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Consideraciones: La corriente de base que demanda el transistor es aportada por el operacional: El operacional debe trabajar dentro de la zona lineal vi iE iB Para corrientes de salida elevadas configuración Darlington El transistor deberá poder soportar: La corriente máxima de salida. La caída de tensión máxima entrada-salida. La disipación de potencia correspondiente. Q1 Q2 + - Para el circuito del observador: (R1+R2)>>RL En caso de querer tener Vo ajustable se reemplaza por:

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Protección contra sobrecargas La protección contra sobrecargas no es permanente. Si se extiende en el tiempo el transistor de paso explota por disipación de potencia. Para una protección contra sobrecargas permanente se debe medir la temperatura del transistor de paso y ante su elevación reducir o cortar la corriente de excitación del mismo.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Esquema completo Vr + Ve Vo - Vf

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Ejemplo de diseño y cálculo de la resistencia de salida y el coeficiente de regulación de carga para una configuración básica

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Cálculo de la resistencia de salida, realizamos el circuito dinámico

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Reemplazamos al transistor por su modelo equivalente

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación La resistencia de salida de la fuente es comparable con la resistencia de los cables. Por lo tanto la regulación se realiza sobre los terminales del observador y no sobre la carga. Para regular el voltaje sobre los terminales de la carga, se genera una observación remota llevando los terminales del observador a la carga. Generando 4 terminales sobre la resistencia la misma, y dos circuitos, uno de baja corriente y otro de alta corriente

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Esquema de la observación remota. En donde la resistencia de los cables fue incorporada al amplificador. Se generaron dos circuitos uno de alta y otro de baja corriente. La resistencia de carga posee cuatro terminales dos de voltaje y dos de corriente

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Reguladores Integrados Su estructura interna se corresponde con la del regulador lineal básico. Bajo costo Facilidad de empleo Gran versatilidad. Reguladores de múltiples terminales. Configurables. Reguladores de tres terminales: De tensión fija: Positiva o Negativa De tensión ajustable: Positiva o Negativa

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Reguladores de tres terminales Con un único encapsulado se consigue una tensión de salida regulada. Es sencillo, práctico y barato para implementar fuentes de alimentación reguladas lineales. IN OUT GND Reguladores fijos Reguladores ajustables IN OUT ADJ

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Características básicas Dispone de todos los elementos para componer un regulador lineal básico: Limitación de la corriente Protección térmica Amplificador de error compensado Tensión de referencia del tipo BAND GAP Diagrama de bloques Especificaciones: Tensión de salida (máxima y mínima). Regulación de carga. Caída de tensión entre Vi y Vo (Dropout Voltage). Corriente de polarización o de reposo (Quiescent current).

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación En principio no requiere componentes externos. La tensión de entrada debe ser superior a la de salida al menos en 3 volts.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Aumento de la corriente de salida por medio de un transistor de paso Q1 Protección contra sobre carga por medio del transistor Q2. Aumento del voltaje de salida. Como fuente de corriente.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Reguladores ajustables de tres terminales Características básicas El divisor resistivo no está integrado. El voltaje de salida se elije mediante un divisor externo en el terminal de ajuste (ADJ). El retorno de la corriente de reposo tiene lugar a través de la salida  se debe permitir su circulación. Para su correcto funcionamiento se necesita un consumo mínimo.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Reguladores de múltiples terminales Su estructura interna se corresponde con la del regulador lineal básico.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación Principales características eléctricas del integrado 723: Tensión de entrada Máxima V. Mínima ,5 V. Diferencia entre entrada y salida Máxima V. Mínima V. Tensión de salida a 37 V. Corriente máxima de salida mA. Tensión de referencia típica ,15 V. Corriente de cortocircuito para RCL = 10  mA. Máxima disipación de potencia mW.

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación A723 Circuito de aplicación

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación L200 Regulador de tensión positiva, ajustable desde 2,85 a 36 V. Admite tensiones de entrada de hasta 40 V. Es capaz de suministrar hasta 2 A, sin transistor externo. Incluye limitación de corriente, limitación de potencia, protección térmica y protección contra sobretensiones de entrada (hasta 60 V).

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ELECTRÓNICA APLICADA I Fuentes de alimentación L200 Circuito de aplicación RCL 5 1 2 L200 3 4 vi R2 P1 R1 vo RL La tensión de salida (con VREF = 2,77 V típico)se obtiene como: Con VREF = 2,77 V típico, y es el proporcional de P1 La corriente máxima de salida viene dada por: con V5-2 = 0,45 V típico.