CHOPPER ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Instituto Profesional de Chile Sede Rancagua
César Fuenzalida
INTRODUCCIÓN Un chopper o troceador es un circuito diseñado para el control de potencia en cargas de corriente continua mediante conmutación. El funcionamiento de un chopper se basa en controlar el tiempo de conexión y desconexión de la carga respecto a la fuente de alimentación de tensión fija y de esta manera controlar la corriente y potencia media en la carga.
Objetivo General: - Conocer los circuitos utilizados en electrónica de potencia. Objetivos Específicos: - Controlar el valor medio, mediante modelo chopper.
CHOPPER
El diagrama de tiempo muestra la forma de onda característica de tensión en la carga. Un circuito de control se encarga de accionar periódicamente el interruptor electrónico a frecuencias elevadas (varios KHz, esto es, varios miles de ciclos de conmutación por segundo).
CHOPPER En cada período de conmutación (T), la carga recibe energía desde la fuente durante el tiempo de encendido TON y permanece inactiva durante el tiempo de desconexión TOFF La razón entre el tiempo de conexión (TON) y el tiempo total de conmutación (TON + TOFF) se denomina ciclo de trabajo y se designa por la letra D. D
T ON T ON
T OFF
El ciclo de trabajo se mide como un porcentaje del período de conmutación y puede variar desde 0% (interruptor permanentemente desconectado) hasta 100% (interruptor permanentemente conectado). Un ciclo de trabajo de 50% significa que durante un período de conmutación el interruptor está la mitad del tiempo conectado y la otra mitad del tiempo desconectado.
CHOPPER Para una carga resistiva R y una tensión de alimentación V, el ciclo de trabajo D permite conocer cuál será la tensión y corriente media que recibirá la carga, y por tanto la potencia media en ésta: V L I L
D·V
V D· R 2
P L
V L · I L
2 V D · R
Este circuito se denomina chopper reductor, pues la tensión media que recibe la carga VL es siempre menor o igual que la tensión de alimentación V.
PWM El funcionamiento de un chopper se basa en la regulación por ancho de pulso utilizada, por ejemplo, para controlar la velocidad e un motor DC.
PWM
Circuito PWM con CI 555 y MOSFET de potencia.
PWM
Circuito PWM con CI 555 y BJT de baja pontecia.
PWM Los circuitos anteriores son un ejemplo de un control de Regulación de Ancho de Pulso, que se podría adaptar al circuito del Puente H para controlar la velocidad y sentido de marcha de motores de CC. El primer circuito (con el MOSFET de potencia BUZ11) permite controlar motores medianos y grandes, hasta 10 A de corriente. El segundo circuito (con el transistor 2N2222A) es para motores pequeños, que produzcan una carga de hasta 800 mA.
PWM ¿Que sucede si queremos controlar la luminosidad del led que estamos encenciendo 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 lento
que 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 ésta, sólo que soluciona este problema de tiempo. La forma de lograrlo es dejar la frecuencia fija y variando el ancho del pulso.
PUENTE H En el circuito de abajo vemos un Puente H de transistores, nombre que surge, obviamente, de la posición de los transistores, en una distribución que recuerda la letra H. Esta configuración es una de las más utilizadas en el control de motores de CC, cuando es necesario que se pueda invertir el sentido de giro del motor.
PUENTE H Funcionamiento: Aplicando una señal positiva en la entrada marcada AVANCE se hace conducir al transistor Q1. La corriente de Q1 circula por las bases, de Q2 y Q5, haciendo que el terminal a del motor reciba un positivo y el terminal b el negativo (tierra).
PUENTE H Funcionamiento: Si en cambio se aplica señal en la entrada RETROCESO, se hace conducir al transistor Q6, que cierra su corriente por las bases, de Q4 y Q3. En este caso se aplica el positivo al terminal b del motor y el negativo (tierra) al terminal a del motor.
PUENTE H Una de las cosas muy importantes que se deben tener en cuenta en el control de este circuito es que las señales AVANCE y RETROCESO jamás deben coincidir. Si esto ocurre los transistores, Q2, Q3, Q4 y Q5 cerrarán circuito directamente entre el positivo de la fuente de alimentación y tierra, sin pasar por el motor, de modo que es seguro que se excederá la capacidad de corriente Emisor-Colector y los transistores, se dañarán para siempre. Y si la fuente no posee protección, también podrá sufrir importantes daños. Al efecto existen varias formas de asegurarse de esto, utilizando circuitos que impiden esta situación (llamados "de interlock"), generalmente digitales, basados en compuertas lógicas. Abajo mostramos un ejemplo.
PUENTE H
