Reguladores Conmutados 613w65

Reguladores conmutados Los reguladores conmutados provienen de la clase general de convertidores cc-cc, dado que transforman una tensi6n de entrada continua en otra tensión de salida continua, superior o inferior a la de entrada. Pero loss reguladores conmutados incluyen tambien regulación de tensión, tipicamente modulacion en ancho de pulso controlando el corte y la conducción de un transistor. Con cambios en el ciclo de trabajo, loss reguladores conmutados pueden mantener la tensión de salida constante bajo condiciones de variación de la red y la carga.

El transistor de paso En los reguladores serie la potencia disipada en el transistor de paso era aproximadamente la tension diferencial' entradalsalida por la corriente de carga: PD=( Vin−Vout ) IL

Si la tensión diferencial entradal/salida era igual a la tensión de salida, el rendimiento se aproximaba al 50 por 100. Por ejemplo, si la entrada a un 7805 es de 10 V, la tensión en la carga es 5 V y el rendimiento es del 50 por 100 . La mejor solución al problema del bajo rendimiento y las altas temperaturas en 10s equipos son 10s reguladores conmutados, brevemente descritos anteriormente. Con este tipo de regulador, el transistor de paso esta conmutando entre saturación y corte. Cuando el transistor está en corte, la potencia disipada es virtualmente cero. Cuando el transistor se satura, la potencia disipada permanece muy baja, ya que V, es mucho menor que la tensión diferencial entradal/salida de los reguladores serie. Como se mencionó anteriormente, los reguladores conmutados pueden alcanzar rendimientos de entre el 75% y el 95%. Por su gran rendimiento y su pequeño tamaño, comienzan a ser extensamente usados.

En la siguiente tabla se muestran la topologia utilizada conrespecto a las fuentes conmutadas Cuando es preferible el uso de un transformador aislado, se usaran las topologias deflyback y de half-forward, que soportan hasta 150 W. Cuando la potencia de carga esta entre 150 y 2.000 W, las topologias de pushpull, de medio puente o de puente cornpleto seran las adecuadas. Como estas tres ultimas usan mds componentes, la complejidad del circuito es mayor.

Tabla 1 Topología de los reguladres conmutados

Regulador Reductor En la Figura 1 se representa un regulador reductor, la topologia mhs basica para un regulador conmutado. Un regulador reductor siempre disminuye la tension. Se usa como dispositivo de conmutación un transistor, ya sea bipolar o FET.

La señal rectangular de salida del modulador de pulso abre y cierra el conmutador. El comparador controla el ciclo de trabajo de los pulsos. Por ejemplo, el modulador de ancho de pulso puede ser un multil vibrador de disparo unico con un comparador alimentando la entrada de control, con un temporizador 555 monoestable, un aumento de la tensión de control aumenta el ciclo de trabajo. Cuando el pulso esta en nivel alto, el conmutador esta cerrado. Esto polariza en inversa el diodo, con lo que toda la corriente de entrada circula a través de la autoinducción. Esta comente crea un campo magnético alrededor de dicha autoinducción. La cantidad de energia almacenada en el campo magnético viene dada por:

Energia=0,5 L i2

Imagen 1 Regulador Reductor La coniente que atraviesa la autoinducción tarnbién carga el condensador y proporciona corriente a la carga. Mientras el conmutador este cerrado, la tensión en la autoinducción tiene la polaridad corno aparece en la Figura1-b. Como la corriente en la bobina aumenta, se va almacenando más energia en el carnpo magnético. Cuando cae el pulso, se abre el conrnutador. En este instante, el campo magnético en torno a la autoinduccion cornienza a caer e induce una tensión inversa en la misma, corno refleja la Figura1C. Esta tension inversa se llama golpe inductivo. Debido a este golpe inductivo, el diodo se polariza en directa y la corriente.que circula por la autoinduccion continua haciendolo en el rnismo sentido. En este rnornento, la bobina está devolviendo al circuito la energia almacenada. En otras palabras, la autoinducción actua corno una fuente y continua surninistrando corriente a la carga El conmutador estl abriendose y cerrandose continuamente. La frecuencia de conmutación va desde los 10 a más de 100 kHz La corriente circula por la autoinducción siempre en el misrno sentido, saliendo del diodo o del conmutador en momentos diferentes del ciclo. Con una tensión de entrada fija y un diodo ideal, Ilegará una tensión de forma rectangular a la entrada del filtro de choque. Cuanto mayor, sea el ciclo de trabajo. mayor sera la tensi6n continua de salida.

Cuando la fuente se enciende por primera vez, no hay tensión en la salida que realimente el divisor de tensión formado por R1 y R2. Entonces. la salida del comparador es muy alta y el ciclo de trabajo se aproxima al 100 por 100. Como la tensión de salida aumenta, la tensión de realimentación V,, disminuye la salida del comparador, con lo que se reduce el ciclo de trabajo. En algún punto, la tensión de salida alcanzara un equilibrio en el cual la tensión de realimentaci6n produzca un ciclo de trabajo que tenga la misma tension de salida.

Vout=

R 1+ R 1 Vref R1

Después de establecerse el equilibrio, cualquier intento de cambio en la tensión de salida, ya sea debido a cambios en la red o en la carga, será completamente compensado por la realimentacián negativa. Por ejemplo, si la tensión de salida trata de aumentar, la tensión de realimentacibn disminuye la salida del comparador. Esto disminuye el ciclo de trabajo y la tensión de salida

Regulador Elevador En la figura 2 se muestra un regulador elevador, otro regulador conmutado de topologia basica. Este tipo de reguladores siernpre aumentan la tensión. La teoria de su funcionamiento es similar a la del regulador reductor en algunos aspectos, pero muy diferente en otros. Por ejemplo, cuando el pulso estd en nivel alto, el conmutador está cerrado y la energia se almacena en el campo magnético, como se vio anteriormente. Cuando el pulso pasa a nivel bajo, se abre el conmutador. De nuevo, el campo magnético inducido en la bobina comienza a disminuir y provoca una tensión inversa en ésta, como muestra la Figura 2b. Obsérvese que la tensión de entrada se suma ahora al golpe inductivo. Esto significa que el pico de tensión en el extremo derecho de la autoinducción es: Vp=Vin+Vgolpe

Imagen 2 Regulador Elevador