Cálculo de fuente conmutada.pdf

7/21/2019 Cálculo de fuente conmutada.pdf

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Electrónica de potencia 1

Cálculo de la fuente conmutada

Selección de semiconductores

Primero se debe conocer la potencia de la carga, que en ese caso es de 12W con A I O 1= y

V V O 12= . Con la información anterior, se pueden conocer las especificaciones eléctricas

del transistor MOSFET utilizado. Enseguida se listan las especificaciones que debe cumplir

el transistor IRF840:

( ) RMS in V V 100min =

( ) RMS in V V 140max =

W P 12=

%80=η

4.0=máxδ

( ) 4.01008.0

122

min

2

⋅⋅

⋅=

⋅⋅=

máxin

O

PK V

P I

δ η

A I PK 75.0=

Por lo tanto, se tiene que:

PK SW I I 2>

A I SW 5.1>

( ) ( )máxV máxV in BW 2>

( ) V máxV BW 280>

(a) Pérdidas de potencia en el transistor IRF840.

Enseguida se listan las especificaciones eléctricas del transistor

( ) ( ) V máxV V in DC 92.1252636.0max =⋅⋅=

A I PK 75.0=

nst r 21= nst f 20=

( ) Ω= 8.0onr DS

sT µ 40= ( kHz f 25= )




( ) ( ))1040(6

10202175.092.125

6

max

6 6

9

−

−

⋅⋅

⋅+⋅⋅=

+⋅=

+=

T

t t I V

T

t t VI P

f r PK CD f r O

SW

mW PSW

13.16=

(b) Cálculo del condensador filtro 1C

Para conocer el valor del condensador filtro de la fuente conmutada, se requiere conocer el

( ) ( ) V V V in DC 94.89min2636.0min =⋅⋅= , A I I PK O

75.0== , con Hz f 120= .

Se utilizan las siguientes ecuaciones:

( ) V V V CDO 41.1094.891157.0min

11

4=⋅==∆

π

41.101208

75.0

881

⋅⋅=

∆=

∆=

O

PK

O

O

V f

I

V f

I C

V F C 250 / 04.751 µ = (electrolítico)

NOTA: Se debe utilizar un puente rectificador de 4A.

(c) Cálculo del divisor de voltaje 21 / R R

Para calcular el valor del divisor resistivo 21 / R R , se debe conseguir de las hojas de

fabricante, las siguientes especificaciones para limitar la corriente de entrada al

amplificador de error del TL494 sin dañarlo.

( ) ( ) V promV promV in DC 93.1072636.0 =⋅⋅=

mV V IO 2= (voltaje Offset de entrada)

A I IB µ 1.0−= (corriente de polarización de entrada)

V V TH 5.2= (voltaje umbral de entrada para control del ciclo de trabajo del PWM en el pin

1)

Ω=⋅

⋅==

−

−

k I

V R

IB

IO

in 20101.0

10.26

3




El valor de in R corresponde al arreglo en paralelo de 1 R y 2 R , por lo que, se puede

proponer Ω= k R 472 . Utilizando las siguientes ecuaciones:

A

R

V I TH

R µ 19.53

1047

5.23

2

2 =⋅

==

( )6

2

11019.53

5.293.107−

⋅

−=

−=

R

TH DC

I

V promV R

Ω= M R 982.11

(d) Cálculo de la red de encendido A AC R

Para calcular la red de encendido, se deben conocer las siguientes especificaciones delTL494:

V V CC 15= (voltaje de alimentación)

mA I CC 7= (corriente de alimentación)

( ) V V DC 94.89min =

msT 33.8= (periodo de la señal rectificada con Hz f 120= )

( )3

107

1594.89min−

⋅

−=

−=

CC

CC DC

A

I

V V R

W k R A 2 / 7.10 Ω=

3

3

107.10

)1033.8(5050

⋅

⋅⋅=

⋅==

−

A A

arranque

A R

T

R

t C

V F C A 50 / 92.38 µ = (electrolítico)




(e) Número de espiras del transformador-limitador

Para calcular el número de espiras del transformador-limitador, se requiere la siguiente

información:

( ) RMS in V V 100min =

A I I PK P 75.0==

W PO 12=

4.0=máxδ

21cm Ae =

G Bm2500=

kHz f 25=

El inductor primario, 1 L del transformador-limitador de la fuente conmutada, se puede

obtener por:

( )mH

f P

V L

O

máxin 33.13)1025(12

4.0100(min)3

22

1 =⋅⋅

⋅==

−

δ

El número de espiras del devanado 1 N del transformador-limitador de la fuente conmutada,

puede calcularse como sigue:

( )

25001

1075.01033.1310 838

11

⋅

⋅⋅⋅==

−

me

P

B A

I L N

9.3991 = N espiras

AWG # 26 para A I PK 375.02 / =

Tomando en cuenta la caída de voltaje del diodo de rápida recuperación 1N4937, con

V V D 2.1= , el número de espiras del devanado 2 N , se consigue por

( ) ( ) ( )4.0100

6.02.1129.399(min)

112

⋅⋅+⋅=

−+

=

máxin

máx DO

V V V N N

δ δ

18.791 = N espiras

AWG # 22 para A I O 1=




Mientras que para el cálculo del devanado auxiliar 3 N , utilizado para proporcionar la

corriente necesaria al circuito TL494 y activación de la compuerta del IRF840, se deben

conocer las siguientes especificaciones:

V V CC 15= (voltaje de alimentación del TL494)

( ) mA prom I G 300= (corriente de polarización de compuerta para el IRF840)

V V D 2.1= (diodo de rápida recuperación 1N4937)

El número de espiras del devanado 3 N , se consigue por

( ) ( ) ( )4.0100

6.02.1159.399

(min)

11

3⋅

⋅+⋅=

−+=

máxin

máx DO

V

V V N N

δ

δ

19.973 = N espiras

AWG # 28 para mA prom I G 300)( =

NOTA: Como la fuente conmutada funciona con transistores en conmutación, como

consecuencia: 2001 = N espiras, 402 = N espiras, y 503 = N espiras.

(f) Cálculo de la red de amortiguamiento RC

Para calcular la red de amortiguamiento, se requiere la siguiente información:

nst r 21=

nst f 20=

sT µ 40= ( kHz f 25= )

4.0=máxδ

V V DS 500=

( ) sT t ON µ δ 1610404.0 6

max =⋅⋅== −

75.0== PK D I I (diodo de rápida recuperación IN4937)

El condensador, C puede ser calculado por

( )500

75.01041 9 A

V

I t t C

DS

D f r ⋅⋅=

+=

−

V pF C 250 / 5.61=




La siguiente expresión puede ser utilizada para el cálculo del resistor de descarga.

( )12

6

105.615

1016

5 −

−

⋅⋅

⋅≤≤

C

t R on

Ω≤ k R 03.52

(g) Cálculo del condensador filtro 3C

Para conocer el valor del condensador filtro de salida de la fuente conmutada, se requiere

conocer V V DC 12= , A I O

1= con kHz f 25= .

Se utilizan las siguientes ecuaciones:

V V V CDO 388.1121157.011

4=⋅==∆ π

388.1)1025(8

1

88 33⋅⋅⋅

=∆

=∆

=

O

CD

O

O

V f

I

V f

I C

V F C 50 / 6.33 µ = (electrolítico)

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