CURSO DE FUENTES CONMUTADAS - LECCION 14
ANALISIS DE LAS FUENTES DE TRANSFERENCIA COMBINADA

En esta entrega comenzamos a estudiar las fuentes de transferencia combinada tan comunes en TVs de hace una década, que son los que pueblan nuestros laboratorios de reparación. También analizaremos un circuito de prueba para diodos rápidos y transformadores de pulsos (shopper).

INTRODUCCION
Las fuentes de transferencia combinada fueron muy usadas en la última década del siglo pasado por su bajo precio y excelente rendimiento.

Su principal defecto es que no son aisladoras y eso condiciona su uso para TV sin salida ni entradas de audio video. En el momento actual y desde hace unos 10 años se consideraba que un TV sin esas características no tenía posibilidades de venta.

Por esa época comenzaron a aparecer optoacopladores de características sobresalientes en lo que respecta a respuesta en frecuencia. En efecto, los optoacopladores comunes apenas son capaces de acoplar frecuencias de 100KHz muy por debajo de los 4,5MHz necesarios en TV; pero los especiales son capaces de acoplar 6MHz y por lo tanto aptos para acoplar la entrada de video de un TV.

Aunque parezca increíble era más barato un TV con fuente pulsada no aisladora, una entrada de video con un optoacoplador de alta frecuencia (para el video) y otro de baja (para el audio) que una fuente pulsada aisladora.

En realidad no se trataba sólo de los optoacopladores; en efecto, el circuito requiere varios componentes relacionados con éstos como ser transistores excitadores del led y sus resistores de polarización y por supuesto está el tema de la fuente de alimentación aislada, que por lo general se resuelve con un bobinado especial sobre el fly-back un diodo rápido y un capacitor electrolítico.

Ya sea sin entradas de audio video, o con entradas por optoacoplador, existen una enorme cantidad de TVs con fuentes de transferencia combinada sin aislación. Realmente podríamos decir que existen dos disposiciones de fuentes de transferencia combinada que cubren una gran cantidad de TVs de diferentes marcas, ya sea discretos o con circuitos integrados muy conocidos como el STR6020, el STR4511 y el famoso STR50103 y otros similares de otra tensión regulada (podríamos englobarlos como STR50xx).

De modo general podríamos decir que vamos a comenzar el estudio de fuentes de transferencia combinada de dos tipos; el A que utiliza un simple inductor como componente principal (no tenemos en cuenta los bobinados de realimentación, medición y fuente de baja tensión) y el B que utiliza un transformador. Ambas son no aisladoras y sincrónicas con el horizontal. Las del tipo con inductor se utilizan en varios modelos de Philips e ITT, en el viejo TV Fapesa CTV12, en el Hitachi NP 86 N en varios modelos de Sharp, Kenia y tantos otros que usan el STR6020. Las del tipo con transformador se utilizan en los TVs National, Panasonic, Kenia 1414 y muchos otros que usan el circuito integrado STR50103 y similares.

 
CIRCUITO SIMULADO A INDUCTOR (TIPO A)
En la figura 1 se puede observar el circuito resumido de una fuente a inductor. Observe que la llave se encuentra entre la fuente de entrada V1 de 300V (no regulada rectificada) y el inductor L1. En el medio de ambos componentes se encuentra el diodo recuperador D1 conectado a masa.

Este simple circuito genera una tensión continua de salida de 103V aproximadamente, regulable cambiando el tiempo de actividad de nuestra llave controlada por tensión (13% aproximadamente) sobre una resistencia de carga de 300 Ohms. El resistor R2 representa las pérdidas del inductor y no existe en la realidad.

Cuando se cierra la llave J1 circula corriente por el circuito V1- J1 - L1 y C1 con R1 en paralelo. Esta corriente carga al capacitor C1 de acuerdo al tiempo que la llave dura cerrada. Si analizamos el funcionamiento desde que la tensión sobre C1 es igual a cero, podemos asegurar que la corriente crece suavemente con forma de rampa debido a que L1 se opone a que la misma crezca rápidamente. El ritmo de crecimiento cumple con la ley general del electromagnetismo que indica que la pendiente de la rampa es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional al valor de inductancia. Esto significa que no se trata de una rampa perfecta, porque a medida que se carga C1 se reduce la pendiente. No obstante, cuando este circuito forme parte de una fuente regulada completa, la tensión sobre C1 se mantendrá estable y la pendiente de la rampa será constante.

Cuando la llave se abra podemos decir que tanto el capacitor C1 como el inductor L1, se encuentran cargados de energía eléctrica en un caso y magnética en el otro. El autor no desconoce que los lectores deben estar preguntándose si no se trata de un error, ya que seguramente es la primera vez que leen que un inductor se carga. Sin embargo, no hay ningún error, los inductores se cargan si se hace circular una corriente por ellos y luego se los pone en cortocircuito para que mantengan circulando la corriente.

Que no sea nombrado por los autores es simplemente una cuestión de costumbre y porque los inductores reales son de relativamente baja calidad y conservan su carga por muy poco tiempo.

El elector no debe dudar en el momento de afirmar que un inductor se carga de energía magnética.

Para entender lo que ocurre a continuación, debemos analizar la polaridad de la tensión aplicada a L1 con la llave cerrada y considerar que el inductor generará una tensión con la polaridad invertida en cuanto la llave se abra. Con la llave cerrada la polaridad será positivo a la izquierda y negativo a la derecha (o deberíamos decir menos positivo a la derecha).

Cuando la llave se abra, el inductor aplicará una tensión negativa a la izquierda y comenzará a fluir corriente por el diodo recuperador.

Como sabemos, el inductor no permitirá que la corriente cambie de sentido, sólo aceptará que si estaba creciendo comience a decrecer.

Esto significa que aún decreciendo su valor, sigue cargando al capacitor C1. Cuando se agote el campo magnético acumulado en el inductor, el mismo quedará funcionando a alta impedancia y se generará en la unión del diodo y el inductor una tensión continua, igual a la de salida más una oscilación entretenida que depende de la inductancia y la capacidad distribuida de la bobina.

Qué hay de diferente con respecto a la fuente de transferencia indirecta vista anteriormente. En este caso la carga recibe corriente siempre, salvo cuando se acaba la energía en el inductor.

De allí el nombre de fuente de transferencia combinada. Es decir que no hay acumulación en el inductor y luego transferencia a la carga; hay acumulación y transferencia al mismo tiempo y por eso el sistema tiene un rendimiento superior.

 
OSCILOGRAMAS DE CORRIENTE
Para verificar la certeza de nuestras aseveraciones, podemos utilizar el laboratorio virtual midiendo corriente por el diodo recuperador y por la llave.

Para hacerlo deberíamos agregar un resistor shunt en la pata de masa del diodo recuperador y otra en serie con la llave. Pero para medir todo con respecto a masa, el segundo shunt lo pondremos en la pata de masa de la fuente. Ver la figura 2.

El oscilograma más claro (rojo si lo ve en colores) es la corriente por la llave.

El más oscuro (azul) es la corriente por el diodo recuperador. Ver la figura 3.

El oscilograma de corriente por el capacitor y la resistencia de carga se puede observar en la figura 4 y es, por supuesto, la suma de los oscilogramas anteriores.

Es un excelente ejercicio para el lector observar las diferentes condiciones de trabajo de la fuente para una tensión de salida reajustada siempre en un mismo valor de aproximadamente 100V.

Por ejemplo, para una tensión nominal de entrada de 300V y una carga de 600 Ohms se obtienen los oscilogramas de tensión sobre el diodo recuperador (superior) y de corriente de salida (inferior) que se observa en la figura 5.

El oscilograma superior es sumamente importante para el reparador, porque con él se puede evaluar el correcto funcionamiento del sistema básico de llave diodo e inductor. En efecto, durante la recuperación el oscilograma de tensión debe indicar -0,6V y cuando conduce la llave, 300V o la tensión de entrada que exista en ese momento. Cuando se termina la energía magnética acumulada en el inductor, la tensión pasa a ser igual a la salida pero con una oscilación amortiguada superpuesta (en ese momento la llave está abierta y el diodo está en inversa; como no hay circulación de corriente no puede haber caída de tensión y en el terminal izquierdo de L1 aparece la tensión de salida más lo que exista sobre él como oscilación, debida a su inductancia y su capacidad distribuida.

Si aparece una tensión menor a la de entrada cuando la llave se cierra, busque algún problema en la misma o en su excitación. Si la tensión no llega a cero busque algún problema en el diodo recuperador.

Si la tensión sobre el diodo está permanentemente igual a la tensión de entrada la llave está en cortocircuito.

Esto significa que si tiene como carga al propio TV, el mismo va a quedar alimentado con 300V y sólo Dios sabe cuántas cosas se van a quemar.

Esto último es uno de los problemas mas complejos y peligrosos de esta disposición de fuente, que las fuentes por transferencia indirecta no tienen, porque un transformador no puede acoplar la continua. Para reducir este riesgo inherente, la mayoría de estas fuentes tienen un diodo de protección de 120V conectado sobre la salida, que se pone en cortocircuito cuando se sobrepasa su tensión de ruptura.

Seguidamente se quema el fusible, si no es que el reparador está trabajando con una lámpara serie de 200W.

Como conclusión: no trabaje con fuentes de este tipo sin la protección de una serie.

Volvamos al oscilograma: abajo se pueden observar algunos valores importantes de tensión como ser en la columna channel A vemos una tensión de 110,149 como valor medio después de la recuperación y un valor de 299,998 durante el cierre de la llave.

La tercer fila es la diferencia entre las dos tensiones anteriores (189,849). Observe que el tiempo de actividad es tan pequeño como 12%, debido a que con una carga de 600 Ohms se necesita transferir muy poca energía.

Un caso opuesto ocurre cuando se trabaja con poca tensión de red, de modo que la tensión de entrada llegue a 150V. En este caso se debe incrementar el período de actividad a un valor de 35% para lograr la tensión de salida correcta. Ver la figura 6.

Un TV de 220/110 automático debe, en realidad, funcionar hasta con tensiones de red de 75V. Esta tensión es tan baja que la fuente debe operar como elevadora y eso es algo que esa fuente no puede realizar de ningún modo. En efecto, una fuente de transferencia indirecta puede ser elevadora o reductora de acuerdo a la relación de espiras del transformador, pero una fuente de transferencia combinada sólo puede ser reductora, es decir que tiene un problema inherente a la regulación que no las hace aptas para bajas tensiones de red.

En la figura 7 se puede observar el caso límite aproximado con 90% de tiempo de actividad cuando ponemos una tensión de entrada de 100V.

 
CONCLUSIONES
En esta entrega presentamos las fuentes de transferencia combinada indicando su circuito básico, en donde utilizamos una llave genérica controlada por tensión y un diodo recuperador.

En la próxima avanzaremos en el estudio de estas fuentes, indicando los circuitos necesarios para producir las oscilaciones. Comenzaremos primero por los circuitos discretos (muy utilizados por Philips en sus chassis GR1 AL) para pasar luego a los circuitos con STR50103 y similares.

 
Autor: Ing. Alberto Horacio Picerno
FIGURA 1
 
FIGURA 2
 
FIGURA 3
 
FIGURA 4
 
FIGURA 5
 
FIGURA 6
 
FIGURA 7
 
 
 
 
 
PROMOCIONES
 
 
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