RESULTADOS EXPERIMENTALES DEL CIRCUITO FÍSICO

El circuito de potencia fue testeado en lazo abierto el cual fue conducido por el circuito generador de pulsos mostrado en la figura 5-10, el cual principalmente es compuesto por el integrado 3524 el cual es un modulador por ancho de pulsos ajustable según los requerimientos.

Para el funcionamiento de este circuito lo que se debe hacer es básicamente de fijar el ancho de los pulsos y la razón cíclica. Para fijar la frecuencia, la resistencia y condensador de cronometraje se conectan en los pines 6 y 7 respectivamente, los valores de estos componentes para obtener una determinada frecuencia se obtienen de la siguiente ecuación sacada de la hoja de datos:

1 t t

fc

R C (5.25)

Para fijar la razón cíclica se ajustan los valores del divisor resistivo compuesto por Rdv1, Rdv2 y Pt, con este potenciómetro se podrá ajustar después el valor de ésta más finamente. Para obtener los valores de las resistencias del divisor resistivo, cabe notar de la hoja de datos del integrado el funcionamiento del comparador interno, el cual determina el ancho de los pulsos, de esta manera se deduce que ajustando la tensión presente en Rdv2 se la razón cíclica de la salida.

De la hoja de datos se tiene que:

3.5 1

( ) 1 2.5 1

vr t t D

T (5.26)

La tensión de Rdv2 se puede expresar como:

2 2 1 2 div Rdiv ref div div R v R R R (5.27)

La razón cíclica de 0.45 se ha empleado en todo el proyecto es la que se buscará con este circuito, por lo tanto se establecen las siguientes condiciones:

min min 0 Rdiv 1 D v V (5.28) max max 0.45 Rdiv 2.125 D v V (5.29)

El voltaje de referencia Vref proviene de un regulador interno del integrado y es de 5V fijos. Utilizando las relaciones y las ecuaciones se obtienen los valores máximos y mínimos de las resistencias a usar en el divisor resistivo:

max min 2 740 1 dv dv R R (5.30) min max 2 0.250 1 dv dv R R (5.31)

Ya que el potenciómetro Pd que se utilizará varia entre 0 y 5 Kohm, se emplean las ecuaciones (5.30) y (5.31), resolviendo en cada caso se tiene:

max 1 1 5 dv dv R R K (5.32) min 1 1 dv dv R R (5.33) max 2 2 5 dv dv R R K (5.34) min 2 2 dv dv R R (5.35)

Por ultimo, resolviendo para obtener los valores de resistencia deseadas se tiene que: 1 12.75 13 dv R K K (5.36) 2 4.44 4 dv R K K (5.37)

Con el circuito mostrado en la figura 5-6 entonces se procedió a poner en funcionamiento el circuito de potencia.

Las formas de onda que interesaban eran las requeridas para comprobar el correcto funcionamiento del interruptor de potencia, la rama de desmagnetización y la salida del circuito. Estas son mostradas a continuación y son comparadas con los resultados obtenidos previamente en las simulaciones.

5.8.1 Tensión en el interruptor y el condensador de desmagnetización.

La tensión en el interruptor en las simulaciones muestra una forma pulsada a la frecuencia de operación, con una leve forma de diente en sus máximos. En la figura 5-11 se muestran los resultados de simulación comparados con la medición real obtenidos con el osciloscopio lo obtenido con el circuito real medido con el osciloscopio, luego se hace lo propio respecto al condensador Cg en la figura 5-12.

Figura 5-11 a – Simulación de la tensión en el interruptor b – Medición real de la tensión en el interruptor

Figura 5-12 a – Simulación de la tensión en Cg . b – Medición real de la tensión en Cg .

Otra variable importante a revisar en el funcionamiento del circuito real era la rama de desmagnetización, cuyo principal componente, el encargado de recibir la energía almacenada en el transformador es Cg . La tensión sobre este componente se puede observar en la figura 5-12a obtenida por simulación y en 5-12b la medición real realizada con el osciloscopio.

5.8.2 Tensión de salida.

Por supuesto que el voltaje de salida era importante de revisar ya que era uno de los objetivos principales del proyecto, obtener un voltaje continuo de 19.5 [V], con un rizado aceptable, las mediciones arrojaron un rizado reducido de 200 [mV] como se puede observar en la figura 5-16.

Figura 5-14 Detalle de la ondulación en la tensión de salida

5.8.3 Corriente de entrada.

Finalmente la variable más importante a medir era la corriente de entrada ya que se pretende, como objetivo, obtener una corriente que no tenga forma de pulsos y que siga la forma sinusoidal del voltaje de entrada. En la figura 5-15a se muestra primero la forma obtenida por simulación y luego en 5-15b se muestra la medición real realizada con el osciloscopio.

Figura 5-15 a - Simulación de la corriente de entrada versus voltaje de entrada. b - Medición real de la corriente de entrada versus voltaje de

En la figura 5-15 se puede observar que la corriente de entrada del circuito real presenta la forma esperada similar a los resultados de la simulación y por ende se tiene que el emulador resistivo redujo la contaminación por armónicos y presenta un mayor factor de potencia, el cual si nos remontamos a la ecuación 2- 13, considerando despreciable el componente de distorsión y los valores obtenidos de potencia media y efectiva de 120W y 128W respectivamente, se obtiene que su valor es de 0.94.

De esta forma ya se obtienen y demuestran experimentalmente los objetivos de obtener un voltaje de salida continuo de 19.5 V y por otro lado una corriente con forma seudo sinusoidal suficiente para corregir el factor de potencia.

CONCLUSIONES

Se desarrolló el diseño de la fuente conmutada con emulador resistivo integrado y con una salida controlada de 19.5 Volts.

En una primera instancia se estudiaron los circuitos convertidor Forward y tipo bomba de carga, para luego proceder a la modificación del circuito tipo bomba de carga para su operación en base a un solo interruptor y poder llevar a cabo así la integración con el convertidor Forward.

Con la integración se logró el funcionamiento normal del convertidor junto con una corrección del bajo factor de potencia causado por la corriente pulsante de entrada, que luego de integrado el circuito tipo bomba de carga operando como emulador resistivo, dejó de ser de pulsos de corta duración y alta amplitud, para registrar una forma de onda que sigue a la forma senoidal del voltaje de red. Luego se procedió al diseño del circuito de control responsable de la generación de la señal PWM que dispara al interruptor de potencia, una vez diseñado el circuito de control se pudo simular la operación del circuito total, obteniéndose la salida controlada esperada con una rápida respuesta dinámica a perturbaciones, y con un factor de potencia corregido con un valor cercano a 0.98.

A fin de aportar con la reducción de tamaño se diseñó un circuito de fuente auxiliar encargado de alimentar el circuito de control, este circuito obtiene dicho voltaje de alimentación desde la misma fuente principal y se logró así eliminar la necesidad de implementar un circuito de alimentación aparte para el control.

El circuito de control se encarga de mantener niveles de salida seguros frente a la total desconexión de la carga, mientras que la protección frente a sobrecarga y sobre corrientes se logra aprovechando la característica shutdown de uno de los circuitos integrados utilizados en el control.

Se procedió a la construcción de los elementos magnéticos, donde se observó la ventaja en la reducción de tamaño al operar a una frecuencia de 100 [KHz].

Luego de la construcción de los magnéticos se procedió con la construcción del circuito de potencia completo incluyendo el emulador resistivo funcionando en lazo abierto, para lo cual se construyó un circuito generador de pulsos a modo de Driver para el Mosfet. Con este circuito montado se procedió a las pruebas obteniéndose los resultados esperados de corrección del factor de potencia y las formas de onda en los componentes principales siendo éstas idénticas a las obtenidas en las simulaciones, demostrando de esta forma el correcto funcionamiento del circuito.

BIBLIOGRAFIA

[1] Apuntes del curso “Diseño fuentes conmutadas”. Domingo Ruiz Caballero. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Pontifica Universidad Católica de Valparaíso, 2007.

[2] Apuntes del curso “Electrónica de Potencia”. Domingo Ruiz Caballero. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Pontifica Universidad Católica de Valparaíso, 2007.

[3] “Diseño de un emulador resistivo para la implementación con un reactor electrónico ballast”. Miguel Lazcano. Informe final para optar al titulo de Ingeniero Eléctrico. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, 2003. [4] “Power Factor Correction Circuits for Low-Cost Distributed Power

Systems”. Peter Mantovanelli Barbosa. Virginia Polytechnic Institute, 2002. [5] “Single Phase Power Factor Correction”. IEEE Transactions on power

electronics, Vol. 18, No. 3, May, 2003.

[6] “Recent Advances in Single-Stage Power Factor Correction”. Khalid Rustom and Issa Batarseh. School of Electrical Engineering and Computer Science. University of Florida. Slovenia 2003

[7] “Switch mode power supplies, Reference Manual and Design Guide”. On Semiconductor. Rev.3. 2002

[8] “Fonte Chaveada para amplificacao de sinal em fibra ótica para tv a cabo”. Universidade federal de Santa Catarina, Florianópolis 1999.

[9] “Ingeniería de control moderna”. Katsuhiko Ogata. Tercera edición, Prentice Hall Hipanoamericana, 1998.

[10] “III Seminario de Electrónica de Potencia”. Laboratorio de Electrónica de Potencia. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Pontificia Universidad Catolica de Valparaíso. 2003.

[11] “Harmonics and how they are relate to power factor”. W. Mack Grady. The University of Texas. Austin, Texas. 1993.

[12] Apuntes del curso “Armónicas en sistemas de baja tensión”. Domingo Ruiz Caballero. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Pontifica Universidad Católica de Valparaíso, 2007.