Generador PWM Con Operacionales
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Modulador de ancho de pulsos (PWM) con operacionalesEste circuito se realiza generando primeramente una onda triangular, y comparndola luego con una tensin continua de control, que podemos inyectar desde otro circuito, o variar mediante los potencimetros que se muestran en las figuras ms abajo. La seal final puede usarse para conmutar un transistor BJT o un MOSFET, con el fin de controlar la velocidad de un motor de continua.
Generador de onda triangularPara generar una seal de semiperiodos iguales se emplear un generador de onda cuadrada y triangular construido a partir de amplificadores operacionales, tal y como se muestra en la Fig. 1.
15V
VsB
0V
Vss
-15V -15V V(Va)
0VV(Vs)
15V
Fig. 1
Fig. 2
Est compuesto por una bscula de Schmitt (no inverora-simtrica) y por un integrador Miller. El funcionamiento de la bscula inversora es el siguiente: cuando la tensin de salida Va es positiva (+15V) y la tensin de entrada a la misma (Vs) disminuye, conmutar cuando VS = VSB y, por tanto, Va = -15V. Si por el contrario la tensin de salida (Va) es negativa (-15V) y la tensin aplicada a la entrada de la bscula (Vs) aumenta, cuando VS = VSS conmutar y su tensin de salida pasar a ser Va = +15V. En la Fig. 2 est representada su funcin de transferencia. Teniendo en cuenta que los puntos de conmutacin se obtendrn cuando la tensin en bornes del amplificador operacional sean iguales (V1A+ = V1A-), y que no se deriva corriente por las mismas:
Vs V1+ V + VA A = 1A R3 R2 + 2 P2donde
2 P2 es la porcin til del potencimetro.
Para VA = +15V, se obtiene VSB:
VSB VCC R3 15R3 = VSB = VCC = R3 R2 + 2 P2 R2 + 2 P2 R2 + 2 P2De la misma forma, para VA= -15V, se obtiene VSS:
VSS R3 VCC 15R3 = VCC = VSS = R3 R2 + 2 P2 R2 + 2 P2 R2 + 2 P2En el integrador Miller, la tensin de salida depende linealmente del tiempo:
VS = VS = donde
VA 1 1 0 iC (t )dt = C R1 + 1 P1 dt Ct 1 ( R1 + 1 P1 )C V A (t t 0 ) + VS (t 0 )
t
1 P1 es la porcin til del potencimetro.
La pendiente de la rampa ser negativa si VA = +15V y positiva si VA = -15V, tal y como se puede observar en la Fig. 3, en la que se representan las diferentes formas de onda.
20V
0V
T1
T2
-20V
V(V a)
10VVss
0V
VsB
SEL >> -10V 0s
Ts
0.1 msV(V s)
0 .2ms
0. 3ms
0.4m s
0.5ms
0.6ms
0.7ms
0. 8ms
0.9m s
1 .0ms
Tim e
Fig. 3 El valor de cada uno de los semiperiodos se obtiene de la forma:
VSS = VSB =
1 ( R1 + 1 P )C 1 1 ( R1 + 1 P )C 1
VCC T1 + VSB VCC T2 + VSS
T1 = T2 =
2R3 ( R1 + 1 P )C 1 R2 + 2 P2
La frecuencia de la onda de salida ser, por tanto:
fS =
R2 + 2 P2 1 1 = = TS T1 + T2 4R3 ( R1 + 1 P1 )C1
Se consigue, de este modo, que la frecuencia de la seal de salida (fS) pueda variar entre 4.5 kHz y 50 kHz, aproximadamente. Dicha frecuencia coincidir con la de conmutacin del inversor.
Circuito comparador (PWM)Es el representado en la Fig. 4 y tiene por misin generar una seal cuadrada de frecuencia constante y cuya duracin de pulso sea proporcional a una tensin de control, es decir, modulada en anchura de pulsos (PWM).
Fig. 4 La seal triangular (Vs) se compara con una tensin de continua (Vcontrol). Mientras Vs > Vcontrol, la salida del comparador (VB) ser -15V. Si por el contrario Vs < Vcontrol, ser VB = +15V. De este modo se consigue una seal cuadrada de la misma frecuencia que la triangular, pero cuyo ancho de pulso (Ton) se regula a travs de la tensin de continua Vcontrol. A la salida del operacional se aade una etapa de potencia conformada por un interruptor npn, que proporciona la intensidad de corriente necesaria, adems de eliminar los pulsos negativos.
Las formas de las ondas se representan en la Fig. 5.1 0V Vss
0V
SEL >> Vsb -1 0V V(V s) 1 5V
V(Vc ontro l)
0V
-1 5V V(V B) 1 5V
0V 0s V(P WM) Tim e 0.1 ms 0 .2ms 0. 3ms 0.4m s 0 .5ms 0.6 ms 0.7ms 0. 8ms 0.9m s 1 .0ms
Fig. 5
Etapa de potencia y aislamientoSi bien el circuito ya funciona, se puede aadir una etapa que asle galvnicamente el circuito generador de pulso de la siguiente etapa, que podra ser un interruptor de potencia. Para ello se aade un optoacoplador.