1. DESCRIPCIÓN.

El siguiente trabajo tiene como objetivo realizar, La Regulación por Ancho de Pulso de un motor de CC está basada en el hecho de que si se recorta la CC de alimentación en forma de una onda cuadrada, la energía que recibe el motor disminuirá de manera proporcional a la relación entre la parte alta (habilita corriente) y baja (cero corriente) del ciclo de la onda cuadrada. Controlando esta relación se logra variar la velocidad del motor de una manera bastante aceptable.

2. OBJETIVOS.

2.1 OBJETIVO GENERAL.

Implementar un circuito utilizando un PWM y un PUENTE H.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Investigar el funcionamiento de un PWM y un PH. Implementar un PUENTE H y un PWM.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO.

PWM:

La modulación por ancho de pulsos (también conocida como PWM, siglas en inglés de pulse-width modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.

Pero que sucede si queremos controlar la luminosidad del led que estamos encendiendo o deseamos regular la velocidad del motor?.

Pudiéramos pensar que si prendemos y apagamos la señal de alimentación de la carga (led o motor) lo suficientemente rápido como para que el parpadeo no se note, podríamos “simular” la variación de luminosidad de un led o el cambio en la velocidad del motor:

Esto funciona siempre y cuando no hagamos este “switcheo” más allá de 30 veces por segundo. A partir de allí. El "blink" del led se empezará a notar y el ojo humano captará ese parpadeo. En el caso de un motor, éste se moverá en una forma pulsante.

La idea general del PWM es esta, solo que soluciona este problema de tiempo.

La forma de lograrlo es dejar el pulso fijo en el tiempo y variar su amplitud.

Supongamos que logramos ajustar el período T a su valor óptimo mínimo en el cual un led no parpadee y un motor no salte.

Esto es aproximadamente a una frecuencia de 30 pulsos o ciclos por segundos para el caso de un led. En el caso del motor habrá que determinarlo empíricamente ya que depende de sus características eléctricas y mecánicas,

Volviendo al led, quiere decir que trabajamos con un período de tiempo de:

f= 30 cps ==> T=1/f ==> T=1/30 ==> T= 0.0333 s ==> T=33.3 ms

El esquema anterior representa un pulso con un “duty cycle” o ciclo de servicio igual al 50% es decir, la mitad del período está a 0 y la otra mitad está a Vcc.

Lo que se hace con PWM es variar dinámicamente el “duty cycle” de manera que el tiempo de alta disminuya o aumente y en proporción inversa, el de baja aumente o disminuya dependiendo de si queremos una led más atenuado o más brillante, o un motor más lento o más rápido, respectivamente.

LED MENOS ILUMINADO

LED MAS ILUMINADO

Recuerden que este período se repite constantemente en el tiempo:

De esta forma tenemos 2 formulitas muy sencillas para el cálculo de los tiempos:

1) Si variamos, fijamos o controlamos t alta entonces: t baja= T- t alta2) Si variamos, fijamos o controlamos t baja entonces: t alta= T- t bajaY el ciclo de servicio o “Duty Cycle” lo calculamos así:

DT= t alta / (t alta + t baja)Circuito.

PUENTE H

Un Puente H o Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos.

El término "puente H" proviene de la típica representación gráfica del circuito. Un puente H se construye con 4 interruptores (mecánicos o mediante transistores). Cuando los interruptores S1 y S4 (ver primera figura) están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica una tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido inverso del motor.

Con la nomenclatura que estamos usando, los interruptores S1 y S2 nunca podrán estar cerrados al mismo tiempo, porque esto cortocircuitaría la fuente de tensión. Lo mismo sucede con S3 y S4.

Estructura de un puente H (marcado en rojo). Los 2 estados básicos del circuito.

Aplicaciones

Como hemos dicho el puente H se usa para invertir el giro de un motor, pero también puede usarse para frenarlo (de manera brusca), al hacer un corto entre las bornas del motor, o incluso puede usarse para permitir que el motor frene bajo su propia inercia, cuando desconectamos el motor de la fuente que lo alimenta. En el siguiente cuadro se resumen las diferentes acciones.

S1 S2 S3 S4 Resultado1 0 0 1 El motor gira en avance0 1 1 0 El motor gira en retroceso0 0 0 0 El motor se detiene bajo su inercia0 1 0 1 El motor frena (fast-stop)

(S1-4 referidos a los diagramas)

4. CIRCUITOS:

PWM:

Fig. 1

PUENTE H:

Fig. 2

5. PROCEDIMIENTO.

Inicialmente se debe realizar una verificación del los diagramas para constatar algún fallo en el diseño. El análisis que se debe realizar en este a los circuitos tiene que ser paso a paso, o sea que se analiza cada salida, con el fin de poder hacer nuevos cambios en los circuitos si los requiere.

El circuito del PWM se basa en un integrado NE555 el cual genera el tren de impulsos necesario para controlar el transistor, el cual acciona por pulsos el motor de continua. El diodo en paralelo con el motor impide que, cuando se quita la corriente, el transistor se queme. Los componentes entre los terminales 2, 6 y 7 del integrado regulan la frecuencia de oscilación del circuito y, por ende, la velocidad del motor. El transistor, con un buen disipador de calor, puede manejar hasta 75W de potencia (Ver circuitos fig. 1)

Elementos utilizados (PWM):1 NE5551 MOSFET IRF8302 RESISTORES DE 1KΩ1 RESISTORES DE 100KΩ 1 RESISTORES DE 10Ω2 DIODOS 1N54081 DIODOS 1N41481 CAPACITOR 10uF3 CAPACITOR 100nF

Cuando conectamos un, girará en un sentido u otro, o se parará según la combinación de los interruptores, el puente H hace lo mismo con la diferencia de que el control se realizará digitalmente y los interruptores mecánicos se reemplazarán por transistores PNP y NPN. De modo que se puede controlar el motor de una forma muy precisa, y con cambios giro/parada a una velocidad muy elevada, pudiendo controlar la velocidad de giro por una señal PWM (Pulse Width Modulation o Modulación por Ancho de Pulsos). Cuando los interruptores Q2 y Q5 (ver circuito fig. 2) están cerrados (y Q4 y Q3 están abiertos) un voltaje positivo será aplicado a través del motor. Abriendo Q2 y Q5 y cerrando Q4 y Q3 este voltaje es invertido, permitiendo la operación del motor en sentido contrario. Usando la nomenclatura del diagrama, los interruptores Q2 y S2 nunca se deben de cerrar al mismo tiempo, pues causaría un cortocircuito en la fuente del voltaje de entrada. Igual se aplica a los interruptores Q3 y Q4. Esta condición se conoce como “shoot-through”.

Buscando entre los datasheets encontramos el BD677 (NPN) y BD678 (PNP), que son unos transistores complementarios capaces de soportar 60V y 4A.

Elementos utilizados (PUENTE H):

2 Transistores 2N2222 2 Transistores BD678(Q2,Q4) 2 Transistores BD677 (Q3,Q5) 4 Diodos 1N40042 Resistores de 1KΩ 2 Resistores de 27Ω

6. RESULTADOS.

Los resultados fueron muy favorables ya que al momento de terminar la práctica se obtuvo los resultados esperados.

7. CONCLUSIONES.

Como podemos concluir un PWM nos permite controlar la intensidad del pulso por medio de la variación de la amplitud y no del tiempo.

En el puente H se pudimos notar una respuesta rápida ya que ya que funcionan con swith, y también existe menor perdida de potencial.

8. RECOMENDACIONES.

Una de las principales recomendaciones es la utilización de los materia que se encuentran en la lista ya que la variación de aquellos pude afecta a los resultados deseados.

Verificar el correcto funcionamiento de los materiales y protoboard.

9. BIBLIOGRAFIA.

http://www.asterixelectronica.com/Control_de_velocidad_PWM.htmlhttp://celtico-celtico.blogspot.com/2008/01/integracion-de-pwm-y-puente-en-h.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Puente_H_(electr%C3%B3nica)http://es.wikipedia.org/wiki/PWMhttp://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/B/D/6/7/BD678.shtml

ANEXO.PWM

MOSFET IRF830

NE555

PUENTE H2N2222

BD677, BD678