CURSO DE FUENTES CONMUTADAS - LECCION 5
FUENTES CONMUTADAS DE TRANSFERENCIA DIRECTA

En las primeras lecciones de este curso analizamos la configuración que posee la fuente más "común" de los equipos electrónicos de consumo, y la simulamos en un laboratorio virtual. En esta entrega realizaremos el análisis teórico de una fuente conmutada de transferencia directa, calculando las formas de onda. De esta manera comenzaremos a catalogar las fuentes según un criterio práctico que permita estudiarlas por grupos bien definidos.

INTRODUCCION

Las fuentes deben estudiarse ordenadamente para que no ocurra que estudiamos dos veces un circuito muy similar. Por eso, lo mejor es realizar un ordenamiento en función del tipo de circuito.

Vamos a ordenar las fuentes en cuatro grandes grupos en función de cómo se transmite la energía desde el circuito primario al secundario. A todos los efectos vamos a considerar que nuestro circuito primario es el directamente conectado a la red y que termina en el capacitor electrolítico principal, que se carga al valor de pico de la red o a valores menores.

El circuito secundario es aquel que entrega la tensión a la/las carga- /cargas. La energía puede ser transferida en forma directa, de la red a la carga dando lugar a las “Fuentes de Transferencia Directa” cuyo esquema podemos observar en la figura 1.

Si D1 se dispara con el pico de la tensión de red, tenemos el caso más elemental en donde el tiristor se puede reemplazar por un diodo rectificador común. En este caso, la tensión de salida no puede ser elegida ni regulada. Estas fuentes rectifican aproximadamente 155V en lugares donde la red de canalización es de 110V y 310V en lugares donde lar ed es de 220V. Evidentemente estas fuentes no son aisladas y esa característica hace que se las utilice muy poco en la actualidad, en donde todos los TVs tienen entrada de audio y video.

Si D1 se dispara antes de llegar al pico máximo, el capacitor C1 se cargará a un valor que depende del punto de disparo y es así como estas fuentes regulan y reducen tensión. Todo depende del bloque que llamamos de control y del encendido preciso del tiristor.

Si bien estas fuentes perdieron actualidad, las estudiamos porque en ellas se basa el funcionamiento de lo que llamamos el Variac electrónico. Para probar fuentes hace falta tener un autotransformador regulable o variac pero como es un componente caro, se lo reemplaza con una fuente regulada con un circuito dimmer que será explicado más adelante. Este circuito es en el fondo una Fuente de Transferencia Directa y es útil estudiarlo.

Para entender por qué a las fuentes de transferencia directa se las llama así, debemos analizar primero las “Fuentes de Transferencia Indirecta” que forman la segunda clasificación de fuentes pulsadas y siendo la más común en la actualidad.

Las Fuentes de Transferencia Indirecta son las que ya estudiamos en los artículos anteriores como ejemplo de fuentes pulsadas. Nosotros sabemos que esa fuente tiene un modo muy particular de trabajar que podemos dividir en dos tiempos. En el primer tiempo acumulan energía en el trasformador de pulsos y en el segundo la transfieren a la carga. En la figura 2 se puede observar el esquema más elemental de las Fuentes Pulsadas de Transferencia Indirecta.

En el primer tiempo se carga el núcleo del transformador con la energía de la red que circula por la llave L1 (acumulación de energía magnética). En el momento adecuado se abre la llave y la energía acumulada se transfiere al capacitor C1 por intermedio del diodo D1.

Observe entonces, la diferencia entre las dos fuentes clasificadas hasta ahora. En la Fuente de Transferencia Directa la energía de la red se toma y se consume al mismo tiempo. En el resto del tiempo, la llave (tiristor) está abierta. En las de transferencia indirecta en el primer tiempo se acumula y en el segundo se transfiere.

Existe un tercer grupo de fuentes que se ubican como fuentes de transferencia combinada en donde se agrega un componente extra llamado diodo recuperador de fuente y cuyo circuito se puede observar en la figura 3.

En su debido momento se estudiarán estas fuentes en profundidad, pero aquí adelantamos que estas fuentes deben su nombre a que en un primer tiempo transfieren energía de la red al inductor L1, al mismo tiempo que transfieren energía al capacitor C1 y de allí a la carga. En el segundo tiempo sólo transfieren energía del inductor al capacitor C1.

Por último existen las que el autor considera cómo circuitos de fuentes especiales. Un ejemplo muy específico son las fuentes que combinan la función de fuente de alimentación con la función de etapa de salida horizontal.

Estas fuentes también son denominadas “Fuente - Horizontal con un solo Transistor”.

A continuación realizaremos una tabla en donde ubicamos a estas diferentes fuentes en forma de 4 grupos (tabla 1).

El tema de la clasificación de fuentes no termina aquí. Lo volveremos a tratar varias veces durante el curso de reparación de fuentes, ya que cada grupo admite a su vez varias subdivisiones más que extienden la clasificación.

En esta entrega terminaremos de analizar la parte teórica de Fuentes de Transferencia Indirecta.

 
TEORIA DE FUNCIONAMIENTO DE LAS FUENTES
DE TRANSFERENCIA DIRECTA
Volvamos al circuito de la figura 2 ¿cómo son las formas de onda correspondiente a este circuito? Las ecuaciones magnéticas y eléctricas permiten analizarlo con una gran sencillez, si consideramos que los dos tiempos que permiten definirla se pueden ampliar a 3 tiempos que nos permiten analizarla matemáticamente.

En la figura 4 se observa un circuito simulado en donde se utiliza en forma genérica una llave S1. Esta llave es una llave controlada por tensión que representa tanto a un transistor bipolar como a una MOSFET. El circuito básico es el mismo, pero cuando se utilizan componentes reales es conveniente ubicar al dispositivo llave en otra ubicación por razones de excitación. En efecto, tanto en un caso como en otro es conveniente que el terminal de emisor (fuente en un MOSFET) estén conectados a la masa caliente.

Esto modifica la disposición del primario sin cambiar el circuito en sí. Ver la figura 5.

Observe que en serie con la llave S1 se coloca un resistor de pequeño valor (R1 de 1m?). Este resistor no tiene una función específica en el circuito; es decir que su ausencia no modifica el funcionamiento. Se lo agrega para medir sobre él una tensión que nos permita conocer la corriente del circuito primario. Más adelante estudiaremos que dicho resistor puede existir en la realidad relacionado con el circuito de protección de sobrecorriente.

El transformador T1 tiene un punto en la parte superior de sus dos bobinados. Esto significa que para que el circuito trabaje en contratase (cuando circula corriente por el primario no circula por el secundario) se debe conectar el diodo auxiliar en el terminal inferior del secundario porque al cerrarse la llave se coloca el positivo de la fuente en la parte superior del primario y en ese momento el terminal homónimo del secundario debe ser negativo. Con todo esto podemos analizar los oscilogramas del circuito que son significativos por sí mismo. Ver la figura 6.

En la parte superior (en verde si Ud. lo observa en colores) está representada la corriente por la llave. Observe que al cerrarse la llave la corriente comienza a crecer linealmente, hasta que llegado un determinado instante de tiempo, la llave se abre de modo que la corriente de primario se corta.

En ese momento debería conducir instantáneamente el diodo auxiliar pero no se puede pretender que conduzca en forma instantánea. Esto significa que en la tensión de primario (en naranja) se produce un sobrepulso peligroso que se observa sobrepasando la pantalla del osciloscopio. (note que la tensión sobre la llave se desplazó hacia abajo para poder observarla sin inconvenientes).

Anteriormente dijimos que se podían encontrar 3 puntos importantes en los oscilogramas del circuito. Al tiempo T1 se cierra la llave y comienza a crecer la corriente de primario. Al mismo tiempo se observa que la tensión sobre la llave se hace igual a cero, siendo éste uno de los puntos importantes de la tensión del primario.

En el instante de tiempo T2 la llave se abre, dando lugar al corte a cero de la corriente de primario y a la generación del pulso ascendente infinito de la tensión sobre el mismo. En cuanto el diodo auxiliar conduce, la tensión se reduce inmediatamente y podemos decir que la tensión sobre el secundario será igual a la tensión sobre el capacitor C1. Esa tensión puede transferirse al primario a través de la relación de transformación del transformador que en nuestro caso es igual a 2 (el total del secundario tiene la mitad de vueltas que el primario). La tensión máxima del primario se puede calcular en forma aproximada considerando que sobre el bobinado se obtiene una tensión igual a la del secundario (90V en nuestro caso) dividido la relación de espiras (2 en nuestro caso) que hace una tensión de 45V. Esta tensión se suma a la tensión de fuente con lo que se obtiene una tensión de 355V (339V en nuestro caso).

El tercer instante de tiempo que debemos considerar, es el momento en que se agota la energía acumulada en el transformador. En efecto, esto puede ocurrir antes que vuelva a conducir la llave. En ese instante no conduce ningún dispositivo. La llave todavía no se cerró y el diodo recuperador ya está abierto. En este instante la tensión del primario no se puede mantener en el valor calculado y comienza a descender. Este descenso encuentra como único componente activo la capacidad del bobinado primario y por eso se produce una oscilación amortiguada hasta que la llave se vuelva a cerrar.

Por razones de espacio continuaremos el análisis en la próxima entrega ya que al circuito original se le deben agregar componentes que eviten la generación del pulso infinito por corte brusco de la corriente de primario y otras falencias de esta fuente básica.

 
CONCLUSIONES
En esta entrega comenzamos a clasificar las fuentes según sus diferentes modos de transferir la energía en cuatro grandes grupos. Luego tomamos una fuente del grupo 2 y analizamos sus oscilogramas básicos que serán ampliados en la próxima entrega.
 
Autor: Ing. Alberto H. Picerno
E-mail: picernoa@fullzero.com.ar
FIGURA 1
 
FIGURA 2 - 3
 
FIGURA 4
 
FIGURA 5
 
FIGURA 6
 
TABLA 1
 
 
 
 
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