2. Circuito comparador (PWM)

PRÁCTICA 2:
Ingeniería Técnica Industrial
GENERADOR DE PULSOS
ELECTRÓNICA DE POTENCIA
REGULADOS EN AMPLITUD Y
CICLO DE TRABAJO (PWM)
Firma:
APELLIDOS_____ ____________________________________
NOMBRE_______________________________________
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NOMBRE_______________________________________
Firma del profesor:
GRUPO_________________FECHA_______________
1. Generador de onda triangular
Para generar una señal de semiperiodos iguales se empleará un generador de onda cuadrada y triangular
construido a partir de amplificadores operacionales, tal y como se muestra en la Fig. 1.
15V
VsB
0V
Vss
-15V
-15V
V(V a)
0V
15V
V(Vs)
Fig. 1
Fig. 2
Está compuesto por una báscula de Schmitt (no inverora-simétrica) y por un integrador Miller.
El funcionamiento de la báscula inversora es el siguiente: cuando la tensión de salida Va es positiva (+15V)
y la tensión de entrada a la misma (Vs) disminuye, conmutará cuando V S = VSB y, por tanto, Va = -15V. Si
por el contrario la tensión de salida (Va) es negativa (-15V) y la tensión aplicada a la entrada de la báscula
(Vs) aumenta, cuando VS = VSS conmutará y su tensión de salida pasará a ser Va = +15V. En la Fig. 2 está
representada su función de transferencia.
Teniendo en cuenta que los puntos de conmutación se obtendrán cuando la tensión en bornes del
amplificador operacional sean iguales (V1A+ = V1A-), y que no se deriva corriente por las mismas:
Vs  V1A
V1A  VA

R3
R2   2 ·P2
PRÁCTICA 2:
GENERADOR DE PULSOS
REGULADOS EN AMPLITUD Y
Ingeniería Técnica Industrial
ELECTRÓNICA DE POTENCIA
CICLO DE TRABAJO (PWM)
donde
 2 ·P2
es la porción útil del potenciómetro.
Para VA = +15V, se obtiene VSB:
VSB
VCC
R3
15·R3

 VSB  
·VCC  
R3
R2   2 ·P2
R2   2 ·P2
R2   2 ·P2
De la misma forma, para VA= -15V, se obtiene VSS:
VSS
 VCC
R3
15·R3

 VSS 
·VCC 
R3
R2   2 ·P2
R2   2 ·P2
R2   2 ·P2
En el integrador Miller, la tensión de salida depende linealmente del tiempo:
t
VS  
VS  
donde
VA
1
1
iC (t )·dt   
·dt

C t0
C R1  1 ·P1
1
( R1   1 ·P1 )·C
·V A ·(t  t 0 )  VS (t 0 )
1 ·P1 es la porción útil del potenciómetro.
La pendiente de la rampa será negativa si VA = +15V y positiva si VA = -15V, tal y como se puede observar
en la Fig. 3, en la que se representan las diferentes formas de onda.
PRÁCTICA 2:
Ingeniería Técnica Industrial
GENERADOR DE PULSOS
ELECTRÓNICA DE POTENCIA
REGULADOS EN AMPLITUD Y
CICLO DE TRABAJO (PWM)
2 0V
0V
T2
T1
-2 0V
V(V a)
1 0V
Vss
0V
VsB
SEL >>
-1 0V
0s
Ts
0.1 ms
0 .2ms
0. 3ms
0.4m s
0 .5ms
0.6 ms
0.7ms
0. 8ms
0.9m s
1 .0ms
V(V s)
Tim e
Fig. 3
El valor de cada uno de los semiperiodos se obtiene de la forma:
VSS 
VSB 
1
( R1  1 ·P1 )·C
1
( R1  1 ·P1 )·C
T1  T2 
·VCC ·T1  VSB
·VCC ·T2  VSS
2·R3
·(R1  1 ·P1 )·C
R2   2 ·P2
La frecuencia de la onda de salida será, por tanto:
fS 
R2   2 ·P2
1
1


TS T1  T2 4·R3 ·(R1  1 ·P1 )·C1
Se consigue, de este modo, que la frecuencia de la señal de salida (f S) pueda variar entre 4.5 kHz y 50 kHz,
aproximadamente. Dicha frecuencia coincidirá con la de conmutación del inversor.
PRÁCTICA 2:
GENERADOR DE PULSOS
REGULADOS EN AMPLITUD Y
Ingeniería Técnica Industrial
ELECTRÓNICA DE POTENCIA
CICLO DE TRABAJO (PWM)
2. Circuito comparador (PWM)
Es el representado en la Fig. 4 y tiene por misión generar una señal cuadrada de frecuencia constante y cuya
duración de pulso sea proporcional a una tensión de control, es decir, modulada en anchura de pulsos
(PWM).
Fig. 4
La señal triangular (Vs) se compara con una tensión de continua (Vcontrol). Mientras Vs > Vcontrol, la
salida del comparador (VB) será -15V. Si por el contrario Vs < Vcontrol, será VB = +15V. De este modo se
consigue una señal cuadrada de la misma frecuencia que la triangular, pero cuyo ancho de pulso (Ton) se
regula a través de la tensión de continua Vcontrol.
A la salida del operacional se añade una etapa de potencia conformada por un interruptor npn, que
proporciona la intensidad de corriente necesaria, además de eliminar los pulsos negativos. Las formas de las
ondas se representan en la Fig. 5.
PRÁCTICA 2:
Ingeniería Técnica Industrial
GENERADOR DE PULSOS
ELECTRÓNICA DE POTENCIA
REGULADOS EN AMPLITUD Y
CICLO DE TRABAJO (PWM)
1 0V
Vss
0V
SEL >> Vsb
-1 0V
V(V s)
1 5V
V(Vc ontro l)
0V
-1 5V
V(V B)
1 5V
0V
0s
0.1 ms
0 .2ms
0. 3ms
0.4m s
0 .5ms
0.6 ms
0.7ms
0. 8ms
0.9m s
1 .0ms
V(P WM)
Tim e
Fig. 5
3. Etapa de potencia y aislamiento
Si bien el circuito ya funciona, se puede añadir una etapa que aísle galvánicamente el circuito generador de
pulso de la siguiente etapa, que podría ser un interruptor de potencia. Para ello se añade un optoacoplador.
PRÁCTICA 2:
GENERADOR DE PULSOS
REGULADOS EN AMPLITUD Y
CICLO DE TRABAJO (PWM)
Ingeniería Técnica Industrial
ELECTRÓNICA DE POTENCIA