Circuito integrado LM 3524 y Conversor AC/DC

Electrónica. Potencia. Conmutación. Transistor. Bobina. Impedancia

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INTRODUCCIÓN

En este trabajo analizáremos las características más representativas del circuito integrado LM 3524, con el cual se realizara el diseño del circuito de control para el elemento de suicheo, además de esto se analizarán las características del sistema de conmutación que se utilizara, la finalidad de este trabajo es comenzar con el montaje de un circuito conversor DC/DC con los parámetros asignados y aprender a manejar el LM3524.

Analizaremos también las ventajas que los conversores DC/DC poseen, además miraremos los campos de aplicación en los cuales este convertidor se puede desempeñar y algunas de las diferentes topologías que se pueden implementar en este tipo de convertidores, además miraremos las diferentes funciones que posee el LM3524, como la capacidad para el censado de corriente, como el sistema de salida que posee, dos canales, los cuales se pueden conectar en forma independiente o conectarlos al mismo tiempo para obtener un mejor control, si es que se requiere, hablaremos de otros parámetros de este integrado y del montaje del sistema del conversor DC/DC reductor/elevador, el cual será el que se implementara en este laboratorio.

OBJETIVOS

Familiarizarnos con el funcionamiento del LM 3524, analizar sus características y estudiar su forma de aplicación a los circuitos que se trabajaran.

Analizar el principio de operación de los conversores DC/DC.

Implementar un convertidor DC/DC con los parámetros indicados para la práctica.

MATERIALES

Osciloscopio

Multímetro

Fuente DC

Integrado LM 3524

Mosfet 9612

Otros como resistencias, condensadores, diodos y bobina.

MARCO TEORICO

LOS CONVERSORES DC/DC

Circuito integrado LM 3524 y Conversor AC/DC
Los conversores DC/DC son conocidos también con el nombre de pulsador o reguladores de conmutación, hay diferentes tipos de conversores según la necesidad o aplicación están los conversores elevadores, los reductores, los inversores y los reductores - elevadores, estos son algunos de los diferentes tipos de conversores. En el caso de los reductores reciben este nombre porque el voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada que se le aplica al sistema, el regulador elevador cumple la función contraria a la del reductor en el caso del elevador el voltaje de salida es mayor que el de la entrada. El conversor inversor entrega el voltaje de entrada pero con la polaridad de esta inversa en la salida , el conversor reductor - elevador puede suministrar un voltaje menor o mayor al de la entrada del sistema. La topología que emplearemos en este trabajo es un conversor DC/DC inversor reductor/elevador.

EL LM3524

El LM 3524 posee dos salidas estas salidas son dos transistores, cada transistor puede ser trabajado por separado es decir cada salida es independiente la una de la otra, si se utilizan las dos salidas el sistema trabaja con un ciclo de dureza máximo de 0.9 o del 90 % ósea que cada uno de los transistores trabaja con un ciclo de dureza de 0.45 los transistores no trabajan al 50% porque posee un 5 % en el cual no conducen, esto es para que los transistores no conduzcan al mismo tiempo los dos.

Posee un oscilador que se puede programar para una frecuencia deseada, los parámetros para la programación del oscilador son simples pues se debe tener en cuenta la resistencia mínima a la cual puede trabajar el oscilador la cual es de 1.8K y la máxima la cual es de

100k , así mismo el condensador también posee un rango el menor es de 0.001F y el mayor es de 0.1F.

este integrado posee dos pines que se utilizan para censar la corriente, estos pines son el 4 y 5 del integrado, el censado de la corriente se usa para proteger el dispositivo de suicheo.

El integrado cuenta con un voltaje de referencia interno de 5 v el cual sirve con el pin 2 y 1 para la realimentación del sistema.

PROCEDIMIENTO

Construir un conversor DC/DC, elevador / reductor e inversor con los siguientes parámetros:

15 V " VIN " 25 V.

VO = - 20 V Regulados.

IO = 1.5 Amp.

FSW = 50 KHz ± 2 % (Frecuencia de suicheo).

VO = 0.2 VPP.

Regulación de carga " 3 %.

Regulación de línea " 4 %.

Protección de cortos a la salida.

Control por PWM (Modulación por ancho de pulso).

Ahora calcularemos la etapa de potencia del conversor.

f = 50 KHz * 2 %

f = 49 - 51 KHz

Como IL es teóricamente igual a IO podemos asumir que:

Ahora calcularemos los valores de LO y CO.

Por diseño tomaremos la impedancia mas alta para evitar posibles saturaciones.

Para realizar esta bobina utilizaremos un T - 130 - 26, el cual es un toroide de 1.3” de diámetro interno y referencia de núcleo 26. El calibre del alambre 24 para la corriente que soportará este elemento. El Al para una impedancia de 377.92 H es 785.

Ahora

Por diseño tomaremos la conductancia más alta para trabajar, sin embargo para evitar saturación incrementaremos un poco el valor de la conductancia, trabajando finalmente con una inductancia de 100 F.

Ahora miraremos los cálculos que influyen en el elemento de suicheo.

Luego nuestro ciclo de dureza máximo es del 57 %, motivo por el cual tendremos que usar las dos salidas del integrado LM3524.

Ahora calcularemos la corriente que pasará por el suiche para así determinar cual será el mejor elemento de suicheo a utilizar.

Luego la corriente mínima para tener en cuenta es de 2 Amp. Por el suiche, el elemento a utilizar será un Mosfet 9612 canal P. Este elemento soporta hasta 25 voltios en VGS, 3 Amperios y una frecuencia de aproximadamente 100 KHz.

Ahora entraremos en el cálculo del elemento de control, el LM3524.

Para esto es necesario comprender el funcionamiento de este integrado:

Como podemos observar los pines 1 y 2 nos permiten obtener la señal de error, esto lo lograremos por un diferenciador entre una porción del voltaje de salida y una porción del voltaje de referencia del integrado, de modo que en el momento en que ambos voltajes sean iguales habrá un equilibrio en el sistema. El voltaje a trabajar será de 2.5 voltios así:

Esta relación la trabajaremos con una resistencia de 5 K para R4 y un potenciómetro de 40 K para R3.

El pin 3 no tiene conexión para esta configuración.

Los pines 4 y 5 serán utilizados para la regulación de corriente del circuito conectando una resistencia RS entre ellos, la cual se calcula así:

En los pines 6 y 7 conectaremos la resistencia (RT) y el condensador (CT) que nos indicarán la frecuencia de suicheo. Asumiremos CT de 0.01 F.

El pin 8 esta conectado a tierra.

El pin 9 es el pin de compensación, en el cual para obtener la ganancia máxima de 80 dB debe dejarse al aire, pero nosotros deseamos una ganancia media de aproximadamente 40 dB, para la cual se utiliza una resistencia de 30K, nosotros utilizaremos una resistencia de 27 K y un condensador de 0.01 F para evitar cambios bruscos de voltaje.

El pin 10 es para un “RESET” del sistema por esto pondremos un suiche con una resistencia de 2.2 K a tierra.

Los pines 11 y 14 son los emisores de los transistores de salida del integrado, como la configuración utilizada es de emisor común estos pines irán a tierra.

Los pines 12 y 13 son los colectores de los transistores de salida, los cuales se cortocircuitan para obtener un ciclo de dureza del 90 %.

El pin 15 es el pin de alimentación del integrado, el integrado acepta una alimentación de 8 - 40 voltios, por esto utilizaremos el mismo VIN del conversor para su a alimentación.

El pin 16 es el voltaje de referencia del integrado que irá, con el divisor de voltaje, conectado al pin 2.

Con esta configuración nuestro circuito de control PWM queda así:

Ahora nuestro circuito completo quedará de la siguiente manera:

Desafortunadamente en la librería del PSpice no existe el integrado LM3524, por este motivo no es posible realizar una simulación del funcionamiento del circuito completo, pero si realizaremos unas pruebas parciales de los elementos que existen en las librerías.

Los resultados de estas simulaciones se mostraran a continuación.

Para estas simulaciones utilizaremos el siguiente circuito:

Se realizaran dos simulaciones, una el voltaje de entrada mínimo (15 V) y otra con el voltaje de entrada máximo (25 V).

El valor de la resistencia se calculará de acuerdo con el voltaje y la corriente de salida del circuito así:

El condensador de salida CO = 100F y la bobina de salida LO = 377.92H.

El voltaje de pulso presenta los siguientes parámetros para su configuración:

DESCRIPCION

VALOR PARA VIN = 15 V.

VALOR PARA VIN = 25 V.

DC

Nivel DC del pulso.

0 V

0 V

AC

Nivel AC del pulso.

0 V

0 V

V1

Voltaje mínimo del pulso

0 V

0 V

V2

Voltaje máximo del pulso

15 V

15 V

TD

Demora para el primer pulso

0 S

0 S

TR

Tiempo de subida del pulso

0.1 S

0.1 S

TF

Tiempo de bajada del pulso

0.1 S

0.1 S

PW

Ancho del pulso

11.2 S

8.8 S

PER

Período de la señal

20 S

20 S

Nuestro primer circuito queda entonces de la siguiente manera:

Y nuestro Segundo circuito queda así:

En las gráficas de las simulaciones observamos que el circuito tiene un tiempo de estabilización de aproximadamente 7 mSeg. Antes de este tiempo el circuito oscila debido a que no a logrado alcanzar la carga necesaria en el condensador y la bobina para estabilizar el voltaje de salida.

CONCLUSIONES

  • En el presenté trabajo se observaron aspectos importantes en el manejo del integrado LM3524, tales como que las salidas de este integrado permiten el manejo de un ciclo de dureza no superior a un 45 % del ciclo de dureza del sistema esto es por cada una de las salidas y como el integrado posee dos salidas las cuales son dos transistores el ciclo de dureza máximo al cual puede trabajar el integrado es de 90%.

  • El integrado que se esta utilizando posee dos pines para el censado de la corriente esto se hace tomando un voltaje de 200 mili voltios y dividiendo por la corriente que se desea censar y se allá una resistencia, esta resistencia se coloca en el lugar donde se desea realizar el censado, el cual generalmente se hace en el suiche. Con el fin de protegerlo , los pines que se utilizan para este fin son el 4 y el 5 (+CL, -CL).

  • En cuanto a los errores o causas de error las cuales no son muy significativas se pueden dar por factores como en el manejo de los dispositivos como el osciloscopio y el multímetro ya que estos elementos aunque son muy eficientes también poseen porcentaje de error o margen de error, además a la hora de visualizar en el osciloscopio es posible tomar mediciones las cuales no son cien por ciento correctas ya que en ocasiones la señal queda en un punto medio donde no hay división por lo que le toca tomar un punto intermedio en la medida lo cual también conlleva a generar causas de error en las medidas, además en el aspecto matemático se toman valores exactos y todos los sistemas se toman en forma ideal lo cual en la practica no es tan radical pues los elementos no son ideales.

INV. INPUT

GND

CT

RT

-CL SENSE

+CL SENSE

OSC OUTPUT

NI INPUT

LM 3524

COMPENSATION

SHOUT DOWN

EMITER A

COLLECTOR A

COLLECTOR B

EMITER B

VIN

VREF

tOFF

IC(t)

t

IC

IL

IL(t)

t

IL

16

7

6

5

4

3

2

1

15

14

13

12

11

10

9

8

tON

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