CURSO DE FUENTES CONMUTADAS (LECCION 16 PARTE 2)
PROTECCIONES DE LA FUENTE DISCRETA - TV PHILIPS GR1-AL

En la entrega anterior explicamos cómo funciona la fuente del Philips GR1-AL. En ésta vamos a completar la explicación teórica con las protecciones de la fuente.

INTRODUCCION

Una fuente debe tener, por lo menos, una protección contra mal funcionamiento que como mínimo considere sobrecorriente y sobretensión. Cuando decimos sobrecorriente nos referimos a la sobrecorriente por el transistor llave; es decir a una sobrecarga en cualquiera de las tensiones de salida. En nuestra fuente particular sería una sobrecarga en la salida principal de 115V, en la de 5V para el micro o en la de 16V para el amplificador de potencia de audio. En el transistor llave no se puede saber cuál de las tensiones de fuentes tiene un cortocircuito o una sobrecarga; sólo se puede medir la corriente por el mosfet y cortar el funcionamiento.

Con respecto a la sobretensión, lo ideal es que la fuente sea capaz de reconocer que tiene una salida mayor a la normal en cualquiera de las tres tensiones y cortar el funcionamiento. En nuestro caso existe una protección para 115V y otra para 5V por considerarlas las mas importantes. El amplificador de audio se debe autoproteger o debe estar preparado para manejar un exceso de tensión sin quemarse. Cuando se trata de fuentes con circuitos integrados monolíticos, por lo general las protecciones operan y la fuente no vuelve a encender hasta que el usuario no apague y vuelva a encender el TV. Cuando se trata de una fuente discreta por lo general sólo se puede hacerla cortar y que permanezca cortada mientras dura la sobrecarga. Si la sobrecarga es permanente, la fuente permanece apagada. Esto es una ventaja enorme para el reparador, porque no hay peor falla que la que se produce aleatoriamente y hace cortar la fuente sin que sepamos por qué se cortó.

La fuente que nos ocupa suele enloquecer a los reparadores por una característica rara, que no es común al resto de las fuentes. A esta altura del curso, los alumnos ya no dudan cuando de reparar una fuente se trata. Primero se desvinculan las etapas que ofician de carga de la fuente y posteriormente se prueba la fuente con carga resistiva.

De este modo, si la fuente arranca embalada, en tensión no se quema nada y el reparador se ahorra un disgusto.

Con esta fuente y otras similares, si Ud. opera de ese modo la fuente no arranca y sin embargo, todo está bien.

Esta fuente debe arrancar sin carga y recién cuando la tensión de salida se establece en el valor de 115V se debe conectar la carga correspondiente.

 
PROTECCION CONTRA SOBRECARGA
Cuando la corriente instantánea que atraviesa el mosfet TS 320 llega a un valor de 3A, la caída de tensión sobre el resistor R322 de 0,2 Ohms se hace igual a 600mV y TS321 se satura cortando la excitación del mosfet. Ver la figura 1.

La limitación de 3A de valor instantáneo significa un valor mucho menor como corriente continua de salida. Piense que el mosfet sólo conduce alrededor de la mitad del tiempo. Y cuando conduce lo hace en forma de rampa de corriente, empezando en una corriente nula y llegando a un valor máximo con crecimiento lineal. Esto significa un valor medio igual a la mitad del máximo, es decir 1,5 A, que como el transistor conduce la mitad del tiempo, se convierten en unos 750 mA aproximadamente y como la fuente entrega 115V significan una potencia de unos 100W. Se podría decir que en forma aproximada la fuente corta cuando llega a entregar unos 100W, cuando el consumo promedio del TV es de unos 60W.

Esta fuente, como todas las fuentes, ajusta el tiempo de actividad para regular la tensión de salida. Pero si se produce una sobrecarga, reduce la tensión de salida para que el transistor llave no tenga una corriente instantánea superior a 3A.

Esto es similar a algunas fuentes de laboratorio, que permiten ajustar la tensión de salida a un determinado valor siempre y cuando no se alcance el límite de corriente.

Una vez alcanzado el límite de corriente, la fuente ajusta la tensión de salida para que la corriente se mantenga en ese valor determinado.

¿La protección de sobrecorriente, sirve contra fallas del propio circuito de fuente? Sirve, salvo que los componentes dañados sean los indicados en la figura 1. Si uno de ellos falla, la fuente no puede cortar, pero si la falla es por ejemplo, en el medidor de tensión o en el circuito de realimentación o en generador PWM, de modo que se supere la tensión nominal de salida, la protección opera salvando al transistor mosfet de una muerte segura.

Pero donde se nota un funcionamiento eficiente de esta protección es cuando se producen cortocircuitos sobre la salida. Por ejemplo, un transistor de salida horizontal TS517 o un tiristor de protección contra sobretensión disparado o en corto.

Cuando una de estas fuentes se protege, intenta arrancar cada 5 o 6mS y se puede quedar leyendo un cortocircuito por todo el tiempo necesario. Cuando se levanta el cortocircuito arranca sin ningún problema, como si nada hubiera pasado.

Ahora que conocemos la protección vamos a analizar cómo se produce el arranque y el corte en presencia de una sobrecarga. Cuando la fuente recién se conecta a la red, la salida es nula, por lo tanto el proceso de arranque siempre comienza igual sin importar la existencia o no de un cortocircuito a masa. En la figura 2 se puede observar un detalle de la fuente del sector destinado al arranque.

Si la salida está en cero, en el punto A se obtiene una tensión de 10V debido a la tensión del zener. Para que el mosfet comience a conducir necesita un potencial de aproximadamente 4V entre el surtidor y la compuerta. La forma en que crece la tensión de la compuerta se puede observar en el gráfico central de la figura.

Observe que se trata de una carga del capacitor C326 de .015µF a través del divisor de tensión R319 y R320 de 100K y 150K respectivamente. La demora introducida en el crecimiento de la tensión de compuerta es de aproximadamente 6mS. Pero transcurrido ese tiempo, el mosfet comienza a conducir y ahora sí, el resultado de esa conducción depende de la carga. Ya sea que la carga esté en cortocircuito o abierta, el bobinado de realimentación acelera el crecimiento de la tensión de compuerta, tal como se puede observar en el gráfico (el incremento rápido se produce porque se levanta el terminal inferior de C326 por la aplicación de tensión entregada por el bobinado 13-2 del transformador chopper).

La compuerta llega a tensiones de 6V con respecto al surtidor y el mosfet conduce plenamente.

Si la carga está en cortocircuito la corriente crece rápidamente hasta 3A, momento en que opera la protección por conducción de TS321 que reduce a cero la tensión de la compuerta cortando la corriente por el mosfet. Al mismo tiempo se descarga el capacitor C326 por intermedio de R325 y D325 y todo vuelve a comenzar generándose un ciclo de 6 mS. Nota: este proceso se ejecuta 170 veces por segundo hasta que desaparezca el cortocircuito sin que se recaliente o se queme ningún componente.

Si no hay cortocircuito a la salida y la carga es el propio TV, ocurre lo siguiente: hasta que arranque el horizontal no hay consumo sobre la fuente de 115V.

Esto permite el crecimiento de la tensión de salida y con ella se suprime la acción limitadora de D340 permitiendo que el punto A crezca paulatinamente hasta 125V. Un poco antes de que el circuito medidor tome el control, el horizontal ya arrancó si el TV está en “encendido”. Si está en “stand by”, el control aparece antes pero el transistor de salida horizontal no se excita y la etapa no consume.

Si a esta fuente la cargamos con 400 Ohms arranca, pero no entrega más que unos 20V, porque el diodo D340 limita la tensión del circuito de encendido a 30V.

La tensión de salida se establece por un balance energético en el punto A que es estable y dependiente de la carga. A la tensión de 20V para 400 Ohms le podemos agregar 40 o a 50V para una carga de 550 Ohms. Si la dejamos descargada sube hasta 115V y en esa condición la podemos cargar hasta con 200 Ohms que no se corta.

 
PROTECCION POR SOBRETENSION EN LA FUENTE DE 5V
En la figura 3 podemos observar parte del regulador de 5V. Si este regulador entregara una tensión mayor a la nominal por alguna falla interna (por ejemplo el transistor TS355 con fugas, que es una de las fallas más frecuentes de la etapa) D365 de 5,6V conduce y a través de R365 hace conducir al transistor TS348 que es el transistor de stand by.

De este modo, la fuente pasa a esa condición y como sólo entrega 6,3V en lugar de los 16V, protege a todos los circuitos conectados sobre los 5V.

 
PROTECCION POR SOBRETENSION DE LA FUENTE DE 115V
Un incremento de la tensión de salida de la fuente de 115V significa un incremento en la tensión de salida horizontal.

Esto, a su vez significa un incremento proporcional de la tensión extra alta si es que esto fuera posible. Por supuesto que no lo es, ya que comenzarían a saltar arcos por todas partes.

Dada la peligrosidad de la falla, la fuente tiene una protección por sobretensión que puede observarse en la figura 4, basada en un tiristor conectado a su salida.

Cuando la salida supera los 115V la base de TS537 tiene 600mV menos que el emisor y TS537 conduce levantando la compuerta del tiristor, que pone en cortocircuito la salida de 125V.

Ese cortocircuito hace quemar el fusible de entrada VL300 por lo que el TV queda inutilizado. Justamente por esa razón, la compuerta posee dos capacitares de filtrado; para frecuencias altas y medias el capacitor C535 de 220nF y para frecuencias bajas el capacitor C536 de 47µF que evitan que cualquier pulso fino en la tensión de 115V sea ignorado y bajan la impedancia para evitar que pulsos irradiados hagan disparar al tiristor.

Para analizar las consecuencias de una protección de este tipo analizaremos tres casos de fallas bastantes probables y frecuentes:

 
MOSFET EN CORTOCIRCUITO
Si el mosfet se pone en corto, no hay dudas que la tensión primaria de 300V intentará levantar la salida al ritmo que le permita la inductancia del primario. Por supuesto que no lo podrá hacer, porque de inmediato conduce el tiristor y quema el fusible VL300.

Si todo fuera cambiar el fusible, el sistema no sería ideal, pero por lo menos sería aceptable. Lamentablemente, el encendido del tiristor suele tener más consecuencias.

Por un lado un cortocircuito tan neto daña al transistor limitador de corriente TS321 porque la corriente por R322 levanta tanto su tensión de base emisor que quema la juntura. Por otro lado, también se quema el regulador de 5V TS355. Suponemos que la razón es que la corriente del cortocircuito debe circular obligatoriamente por el bobinado primario de chopper L2-12 y generar una elevada tensión en los bobinados auxiliares.

 
UNA FALLA EN LA ETAPA PWM O DE MEDICION
Una falla en la etapa PWM o en etapa de medición que haga aumentar peligrosamente la tensión de salida junto con un transistor limitador de corriente abierto (nota: lamentablemente no es una falla improbable porque en muchos casos de cortocircuito del mosfet, el reparador no revisa el estado del limitador y lo deja cortado) hace que pasemos al caso 1 con las mismas consecuencias.

Si el transistor limitador funcionara bien, el mosfet se cortaría y la fuente debería volver a arrancar sin consecuencias para el fusible y otros componentes.

 
UN MAL FUNCIONAMIENTO DE LA PROPIA PROTECCION
Para que el tiristor se dispare, se requieren por lo menos 700mV entre la compuerta y el cátodo. Si observamos el circuito de la figura veremos que para que esto ocurra, el colector de TS537 debe llegar a 1,4V dada la existencia de los resistores R536 y R535 que forman un atenuador por 2.

Para que el colector llegue a 1,2V debe circular una corriente de colector de colector de 0,7mA. Si el transistor tiene un beta de 200 bastará con una corriente de base beta veces menor a la de colector es decir 3,5µA.

¿Cuánto deberá subir la tensión de salida para que circulen 3,5µA por la base del transistor? Para calcularlo debemos considerar que la tensión sobre R538 es siempre aproximadamente igual a la tensión de zener más la barrera de base emisor es decir 6,8 + 0,6 = 7,4V.

Si sobre el resistor R538 caen 7,4V significa que por él circula una corriente de 7,4/1K8 = 4,1mA. Esto significa que la corriente de base de 3,5µA es despreciable y por lo tanto sobre la suma de R540 y R539 deben caer una tensión de 4,1mA x 15+12K = 110,7 que sumados a la sección superior del divisor forman 110,7 + 7,4 = 118,1V.

Esto significa que el divisor de base y el zener deben ser componentes muy precisos y que su cambio debe ser realizado muy cuidadosamente. En realidad, significa que en caso de cambiar alguno de estos componentes se deberá probar el circuito con la fuente variac electrónico y ajustar R538 o R540 o R539 para lograr que la protección corte en 118V.

 
CONCLUSIONES
Una fuente no sólo debe ser intrínsecamente segura, sino que debe tener protecciones que cubran las falencias del diseño específico. La fuente del GR1-AL tiene un grave problema si el transistor llave se pone en cortocircuito. Y la protección diseñada hace lo que puede que no es mucho, quemar el fusible. Y al quemar el fusible ocurren otras fallas encadenadas que no pueden evitarse. En la próxima analizaremos el encendido de este TV, que suele generar más de un dolor de cabeza a los reparadores que jamás lo hayan arreglado. ¿Ud. sabía que este TV recibe la orden de encender por la pata de control de volumen del jungla? Sí, aunque le parezca extraño es así y si uno no lo sabe, se queda revisando el circuito y no encuentra cómo arranca.
 
Autor: Ing. Alberto H. Picerno - E-mail: picernoa@fullzero.com.ar
FIGURA 1
 
FIGURA 2
 
FIGURA 3
 
FIGURA 4
 
 
 
 
 
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