ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION Departamento de Ingeniería Electrónica. Sistemas Electrónicos Analógicos, Quinto Curso. Parcial 1 del 11 de Noviembre de 2010 D.N.I.: APELLIDOS NOMBRE: SOLUCION ----------------------------------- Problema 1- Vamos a considerar el diseño de un Sistema de Alimentación para dar una corriente fija de 0.8A que cargará una batería de 6V a corriente constante. Como fuente de corriente constante emplearemos un regulador lineal de tres terminales que puede ser un 7805 o un 7812, que deberá elegirse buscando la mayor eficiencia energética. 1) Dibuje el circuito que usando como entrada una tensión VIN excite al regulador que haya elegido (justificándolo) y que estará conectado adecuadamente a la batería que debe cargar y a cualquier elementos de circuito necesario para cumplir su misión, que deberá ser especificado tanto en valor como en cuanto a potencia disipada. (15 p) 2) La tensión de entrada al circuito propuesto será la tensión VIN obtenida al rectificar con un puente de diodos la tensión del secundario de un transformador cuyo primario se conecta a los VPri=220 V eficaces de la red eléctrica y cuya tensión eficaz de secundario VSec deberemos especificar junto con el producto V×A de dicho transformador, todo ello de forma razonada y justificando cada decisión que adoptemos. Dibuje el circuito completo cuya entrada sea VPri y cuya salida sea VIN sobre un condensador de capacidad C=8000 μF, indicando la misión de C y dando el valor de tensión mínimo que este condensador debe poder soportar. (15 p) 3) Considerando una caída de tensión VD=0.7V para cada diodo del puente rectificador, calcule el mínimo valor de tensión de pico a la salida del secundario del transformador que denotaremos como VSPmin y en función de ello, el valor de tensión eficaz nominal del secundario VSNom si la tensión de red fuese siempre la nominal VPri=220 Vef. (5 p) 4) Estime la potencia disipada por el regulador en las condiciones del apartado anterior y cuando la tensión de red es un 10% mayor que la nominal. (10 p) 5) Suponiendo que usamos el encapsulado TO-220 y que somos capaces de acoplar un radiador metálico obteniendo una resistencia térmica Capsula-Radiador ΘCR≤10 ºC/W, estime la resistencia térmica Radiador-Ambiente ΘRA suponiendo que la temperatura ambiente es TA=30ºC. (5 p) 6) Suponiendo que el transformador elegido en el Apartado 3 tuviese una inductancia de pérdidas referida al primario LP=1H y que la resistencia de este primario fuese RPri=1Ω, estime razonadamente la potencia disipada en este primario conectado a la tensión de red cuando en su secundario no hay nada conectado. Si debido a ello la temperatura del transformador estuviese 5ºC por encima de TA. ¿Qué resistencia térmica ΘTrA tendría el transformador de cara a evacuar calor hacia el ambiente?. (10 p) 7) Estime el rendimiento de este sistema de alimentación para VPri=220 Vef. (5 p) 8) Considerando la etapa de salida de un regulador conmutado que desee (a elegir entre reductor, elevador o inversor) explique su funcionamiento básico, dibujando las formas de onda de la bobina y de algún otro elemento que considere relevante. (15 p) 9) Tomando VD=0.25V como caída de tensión en el diodo y VDDC=0.30V como la del dispositivo de conmutación, obtenga el rendimiento de dicha etapa para una tensión de entrada VI=12V (de salida si eligió un elevador) y una tensión de salida VO=6V (de entrada si eligió un elevador). Si eligió inversor, use |VO|=6V. (12 p). 10) Dibuje la forma de onda temporal de la potencia instantánea en la bobina y obtenga su valor medio (8 p) www.fairchildsemi.com MC78XX/LM78XX/MC78XXA 3-Terminal 1A Positive Voltage Regulator Features Description • • • • • The MC78XX/LM78XX/MC78XXA series of three terminal positive regulators are available in the TO-220/D-PAK package and with several fixed output voltages, making them useful in a wide range of applications. Each type employs internal current limiting, thermal shut down and safe operating area protection, making it essentially indestructible. If adequate heat sinking is provided, they can deliver over 1A output current. Although designed primarily as fixed voltage regulators, these devices can be used with external components to obtain adjustable voltages and currents. Output Current up to 1A Output Voltages of 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V Thermal Overload Protection Short Circuit Protection Output Transistor Safe Operating Area Protection TO-220 1 D-PAK 1 1. Input 2. GND 3. Output Internal Block Digram Rev. 1.0.1 ©2001 Fairchild Semiconductor Corporation MC78XX/LM78XX/MC78XXA Absolute Maximum Ratings Parameter Symbol Value Unit VI VI 35 40 V V RθJC 5 Input Voltage (for VO = 5V to 18V) (for VO = 24V) Thermal Resistance Junction-Cases (TO-220) o C/W oC/W Thermal Resistance Junction-Air (TO-220) RθJA 65 Operating Temperature Range TOPR 0 ~ +125 o -65 ~ +150 o Storage Temperature Range TSTG C C Electrical Characteristics (MC7805/LM7805) (Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI = 10V, CI= 0.33µF, CO= 0.1µF, unless otherwise specified) Parameter Output Voltage Symbol VO Conditions MC7805/LM7805 Min. Typ. Max. TJ =+25 oC 4.8 5.0 5.2 5.0mA ≤ Io ≤ 1.0A, PO ≤ 15W VI = 7V to 20V 4.75 5.0 5.25 VO = 7V to 25V - 4.0 100 VI = 8V to 12V - 1.6 50 IO = 5.0mA to1.5A - 9 100 IO =250mA to 750mA - 4 50 Unit V Line Regulation (Note1) Regline TJ=+25 oC Load Regulation (Note1) Regload TJ=+25 oC IQ TJ =+25 oC - 5.0 8.0 IO = 5mA to 1.0A - 0.03 0.5 VI= 7V to 25V - 0.3 1.3 IO= 5mA - -0.8 - mV/ oC - 42 - µV/Vo 62 73 - dB IO = 1A, TJ =+25 oC - 2 - V f = 1KHz - 15 - mΩ - 230 - mA - 2.2 - A Quiescent Current Quiescent Current Change Output Voltage Drift ∆IQ ∆VO/∆T Output Noise Voltage VN f = 10Hz to 100KHz, TA=+25 oC Ripple Rejection RR f = 120Hz VO = 8V to 18V Dropout Voltage VDrop Output Resistance Short Circuit Current Peak Current rO ISC VI = 35V, TA =+25 IPK o TJ =+25 C oC mV mV mA mA Note: 1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in Vo due to heating effects must be taken into account separately. Pulse testing with low duty is used. 2 MC78XX/LM78XX/MC78XXA Electrical Characteristics (MC7812) (Refer to test circuit ,0°C < TJ < 125°C, IO = 500mA, VI =19V, CI= 0.33µF, CO=0.1µF, unless otherwise specified) Parameter Symbol Conditions MC7812 Min. Typ. Max. Unit TJ =+25 oC 11.5 12 12.5 5.0mA ≤ IO≤1.0A, PO≤15W VI = 14.5V to 27V 11.4 12 12.6 VI = 14.5V to 30V - 10 240 VI = 16V to 22V - 3.0 120 IO = 5mA to 1.5A - 11 240 IO = 250mA to 750mA - 5.0 120 TJ =+25 oC - 5.1 8.0 IO = 5mA to 1.0A - 0.1 0.5 VI = 14.5V to 30V - 0.5 1.0 IO = 5mA - -1 - mV/ oC VN f = 10Hz to 100KHz, TA =+25 oC - 76 - µV/Vo Ripple Rejection RR f = 120Hz VI = 15V to 25V 55 71 - dB Dropout Voltage VDrop IO = 1A, TJ=+25 oC - 2 - V f = 1KHz - 18 - mΩ - 230 - mA - 2.2 - A Output Voltage VO TJ =+25 oC Line Regulation (Note1) Regline Load Regulation (Note1) Regload TJ =+25 oC Quiescent Current Quiescent Current Change Output Voltage Drift Output Noise Voltage Output Resistance IQ ∆IQ ∆VO/∆T rO Short Circuit Current ISC VI = 35V, TA Peak Current IPK TJ = +25 oC =+25 oC V mV mV mA mA Note: 1. Load and line regulation are specified at constant junction temperature. Changes in VO due to heating effects must be taken into account separately. Pulse testing with low duty is used. 7