Fundamentos de Electrónica (3.3.068)
Reguladores Lineales de Tensión Protección Foldback Ing. Oscar D. Gatica Zurro
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Fundamentos de Electrónica (3.3.068)
Reguladores Lineales de Tensión. Protección contra sobrecargas. Límite de corriente con retroceso “foldback” Introducción General: La tendencia actual en el diseño de fuentes de alimentación de varias salidas es utilizar reguladores conmutados para aprovechar sus ventajas y utilizar después reguladores lineales para conseguir tensiones de salida más limpias y mejor reguladas. Consideremos el siguiente diagrama en bloques de un regulador lineal:
Recordemos su funcionamiento básico. Circuitos de protección: Los reguladores están equipados con un circuito de protección cuyo propósito es limitar la corriente del elemento de control. Los circuitos de protección se diseñan para estar inactivos bajo condiciones de operación normal y activarse tan pronto como se intente exceder el correspondiente límite de seguridad. El propósito del circuito de protección contra sobrecarga es evitar que la corriente que circula por el transistor serie, exceda un nivel de seguridad predeterminado, como sucedería, por ejemplo, en el caso de cortocircuitar la salida. La primera técnica, en su forma más simple, se implementa con otro transistor (Q 2) y una resistencia (RSC) según se indica en la siguiente figura. La función de R SC es chequear el valor de I E1 y desarrollar una caída de tensión de valor suficiente para hacer que el transistor de “vigilancia” conduzca cuando IE1 alcance un nivel predeterminado de seguridad, I E1(max)=ISC. -2Ing. Oscar Gatica Zurro
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Esto se consigue imponiendo la condición:
Incluso con este circuito de limitación de corriente, el transistor en serie, se puede calentar excesivamente bajo condiciones de cortocircuito de larga duración. Por ello, se utiliza también, la segunda técnica de protección contra sobrecarga, denominada limitación de corriente foldback, basado en el circuito que se describe a continuación (a). La idea de la limitación foldback es reducir la corriente y la tensión de la carga cuando ocurren las condiciones de sobrecarga. Puede verse además la característica VO – IO típica de una fuente de alimentación con una protección foldback (b).
Bajo condiciones normales de carga, R1; R 2 y Q 2 no tienen efecto en la operación del circuito. Bajo condiciones de sobrecarga, la caída de tensión en R SC hará que Q 2 conduzca, “robando” corriente de base a Q 1 y produciendo una disminución en la tensión de salida. La disminución de V O reduce aún más la tensión en emisor de Q 2, haciendo que se sature y reduciendo aún más la corriente y la tensión de la carga. -3Ing. Oscar Gatica Zurro
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La corriente de cortocircuito, no debe ser demasiado pequeña; una elección típica es Cálculos de dimensionamiento: Vamos a emplear un circuito basado en el LM723QML de National Semiconductors. Consideremos el siguiente circuito equivalente, observando los terminales disponibles:
Deseamos implementar una configuración con protección foldback, por ejemplo podemos utilizar el siguiente circuito de aplicación:
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Resulta conveniente realizar el siguiente circuito de análisis:
V+
REFERENCIA DE TENSIÓN
Vref
N.I.
R1
Vc
+ AMPLIFICADOR DE ERROR
R2
Simulación de carga variable
Frec. Comp. Q1
VA Vout
INV -
R3
C.S. Rsc
C.L.
VX
Al Canal Vertical del Osciloscopio
VL
Q2
Q3 RB
R4 Rs Al Canal Horizontal del Osciloscopio
En el osciloscopio, midiendo en el canal vertical, la tensión de salida, y en el canal horizontal, la caída de tensión en Rs, que resulta proporcional a la corriente de salida del regulador. Se podrá observar, empleando el modo graficador X – Y, el siguiente gráfico: Tensión de Salida
(VO)
A
Vout
B
ISC
Corriente de
IK
Salida (IO)
Para lograr dicha medición, el valor de Rs deberá ser bajo y se empleará un generador de funciones con una señal diente de sierra para obtener el barrido de los valores de corriente de carga que se desean estudiar. -5Ing. Oscar Gatica Zurro
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Debemos realizar el cálculo analítico de los valores de resistencias R 1, R2, R3 y R4 que deben emplearse para condiciones de diseño dadas por: V O, IK e ISC . Cálculo de R1 y R2: Se trata del divisor de tensión que empleamos para obtener tensiones de salida VL < VREF (Tipico: 7.15 V). En este caso: Donde podemos adoptar un valor de IREF < 1 mA según indica la hoja de datos y determinar así R1 y R2.
Cálculo de R3 y R4: Analizaremos el siguiente procedimiento, basándonos en los puntos A y B del gráfico anterior. En el punto A tenemos: VO=Vout IO=IK Podemos determinar que:
En consecuencia:
Ahora despejamos:
Por lo tanto:
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En el punto B tenemos: VO = 0 IO = ISC Podemos determinar que:
En consecuencia:
Despejando:
Igualando (1) y (2)
Operando:
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