º Por Osvaldo LW1DSEº

Todas estas oscilaciones que analizamos someramente en el capitulo anterior, deben ser amortiguadas de alguna manera, pues de no proceder de esa forma, se generan perdidas excesivas en los semiconductores y muchas de ellas se pueden canalizar via los cables de entrada y/o salida, actuando como antenas e irrdiandose al espacio, donde generan multiples inconvenientes (principalmente interferencias a equipos de radio y TV).

Con ese objetivo se diseñaron hace ya muchos años, varios sistemas.
De todos ellos, los mas comunmente usados son los Clampers y los Snubbers. Los primeros son redes de diodos, resistores y capacitores, cuyo objeto es recortar los picos de las señales indeseables a eliminar, y los segundos son redes pasivas compuestas por resistores y capacitores.

En la figura 1 se muestran 2 de las redes enunciadas arriba. CC, RC y DC son los Clampers, y CS y RS los Snubbers. El funcionamiento de ambos es parecido. El mas simple es el Snubber. Basicamente, la capacidad de CS se asocia en paralelo con todas las que se hallan diseminadas por el circuito, y por lo tanto pasa a formar parte del cicuito resonante parasitario. Rs carga ese circuito tanque, adicionando perdidas en una cantidad lo suficientemente elevada como para atenuar severamente la oscilacion, pero no exageradamente; pues tambien restarian mucha eficiencia a la fuente, puesto que tanto actuan con la oscilacion como en los periodos activos del sistema. El resistor, entonces, discipa en forma de calor parte de la energia extraida al circuito oscilante parasitario.

El Clamper, en cambio actua rectificando los picos de la señal a atenuar, para si, despues, disciparlo en el resistor. Cuando viene el pico positivo de la oscilacion, el diodo conduce, rectificando esa tension, y almacenandola en el capacitor CC con la polaridad alli indicada. Una vez almacenada, se discipa en el resistor RC. Esta red entra en accion simult neamente con el diodo principal, o sea en el periodo f2 de la figura 3 del texto anterior. Al ser el diodo mas chico, normalmente basta un diodo de 1A, es naturalmente mas rapido que el de salida, recortando la amplitud del ringing generado en ese sector de la fuente. El valor del capacitor no es critico en cuanto a su capacidad, pero debe poder soportar una tension de aislacion minima igual a la de salida multiplicada por la relacion de vueltas entre los bobinados mas un margen de seguridad. Para fuentes que entran con los 220V rectificados (300V) suelen usarse capacitores ceramicos de 1KV. El resistor forma una constante de tiempo con el capacitor, cuya duracion depende de la cantidad de energia a absorver, y la tension maxima admisible en el drain del MOSFET (VDSS). Si esa constante es demasiado larga, la diferencia de potencial en bornes del capacitor es grande, y la energia extraida, demasiado poca. Un valor muy chico, desperdicia mucha potencia en forma de calor. Notese que esta red hace actuar al devanado primario como si fuera un secundario, descargando la inductancia de dispersion de dicho bobinado (Ld1 de la figura 2 del cap. anterior). El diodo, ademas est  sometido a un pico inverso igual a la tension almacenada en el capacitor CC m s la de entrada, vease que desde el punto de vista del diodo, ambas estan en serie, sumandose cuando el MOSFET conduzca.

Los valores de un Snubber, en cambio son un poco mas dificultosos de elegir. Normalmente, se agrega una capacidad sin la resitencia, como para llevar a la frecuencia de oscilacion a la mitad de la original. Es decir, que se adiciona una capacidad igual a las del circuito. Entonces, se agrega resistencias en serie con el, como para limitar la amplitud de las oscilaciones a un valor que no cause problemas. Una vez mas; un valor ohmico demasiado chico no carga lo suficiente al tanque parasitario, y un valor demasiado elevado genera demasiadas perdidas en la parte activa de la forma de onda. Dado que los capacitores deben actuar con señales de RF de amplitudes y frecuencias relativamente elevados, suelen utilizarse ceramicos, y rara vez de poliester, especialmente en el clamp. Los resistores suelen ser de carbono, o de metal film, pues los resistores de alambre son notoriamente inductivos, pudiendo introducir nuevos problemas.

La figura 2 muestra una variante, desde que el snubber se aplica al devanado de salida del inductor acoplado, en lugar de estar en paralelo con el diodo. Su forma de actuar es similar, puesto que el (los) capacitor(es) de salida de la fuente se suponen un cortocircuito para tales frecuencias.
Pero, algunas veces, por cuestiones del reducido espacio disponible en las cercanias del diodo, se prefiere esta conexion alternativa. Tambien se puede apreciar el uso de un snubber polarizado sobre el circuito primario. Es otra configuracion menos utilizada, pero que tambien cumple su cometido. Ac , se la ubica sobre el switch en lugar de sobre el bobinado, pero su accionar es similar; ademas se observa que el resistor ahora se halla en paralelo con el diodo en lugar de estarlo con el capacitor.

Existen en la actualidad, circuitos de clampers activos que incorporan un segundo MOSFET con el objeto de "capturar" la señal a clampear, y reciclarla en lugar de desperdiciarla en calor, pero tales circuitos utilizan circuitos integrados especificamente diseñados a tal efecto, que todavia no se han popularizado, por lo tanto son un poco costosos. Otros macanismos, parti- cularmente en los converidores Forward y Fly Back, utilizan dos transistores y dos diodos en lugar de un transistor solo, entonces la oscilacion queda automaticamente clampeada a Ei, con lo cual se recupera esa energia. Empero, es necesario en ambos casos poder exitar un MOSFET que se halla conectado al positivo de la entrada de tension, por lo cual se hace imperativo utilizar alguno de los sistemas para exitar MOSFET's no conectados a negativo ya
vistos con anterioridad.

En la figura 3 vemos tal disposicion de cosas. Ac , los 2 MOS conducen con simultaneidad. Se ve que en tal caso, se aplica una tension positiva al extremo inferior del inductor mutuamente acoplado con n1 espiras. En ese momento, se hace positivo el extremo inferior de n2, con lo cual D3 queda polarizado en reversa. Por lo tanto, n1 llena de l¡neas de campo magnetico el gap del nucleo comun con n2 y cualquier otro bobinado que fuera necesario introducir. Todos ellos quedan bloqueados en este periodo de tiempo.

Cuando cesa la conducci¢n del par de MOSFET, el colapso de la corriente que estaba circulando y que ya no puede hacerlo, obliga a todos los bobinados acoplados a revertir su polaridad, con lo cual todos conducen extrayendo energia del gap, y volviendo a ser una DDP en cada uno de los terminales de salida de la fuente. Como n1 se halla sometido a tal efecto tambien, se genera una DDP que se suma a la propia debido a la descarga de la inductancia de dispersion del mismo bobinado. Tan pronto como esas tensiones y otras que pudieran aparecer superen la tension de entrada Ei, los diodos D1 y D2 se tornan conductores, rescatando esa energia para un uso posterior sobre Ci. Como de costumbre, es el criterio aplicado durante la fase de diseño de adoptar una solucion economica pero pobre desde el punto de vista del desperdicio de potencia, o compleja pero de alto rendimiento como es esta alternativa que estamos analizando.

Dado que los diodos solo conducen corrientes pequeñas, se suelen adoptar diodos de no mas de 1 amper, por lo general unos del tipo del UF4007 resulta suficiente, pero es imperativo que sean ultra fast, y de una tension de pico inverso de al menos 2 veces Ei. Por otro lado, este sistema es incapaz de actuar con la oscilatoria parasita f3 mostrada en el capitulo anterior, actuar  solamente para con f2 y f1. De ser necesario, deben adoptarse los mecanismos tendientes a apaciguarlas, siguiendo algunos de los vistos en los parrafos de mas arriba.

Con un correcto diseño, este circuito tambien es utilizado para armar convertidores Forward, dado que presenta, en este caso, la ventaja de que el transformador no necesita bobinado de reset del nucleo, y que cada MOSFET en lugar de estar sometido a una doble Ei, solo deben soportar Ei. Es decir, se utiliza el doble de materiales, dos MOSFET y dos diodos, en contra de la configuracion tradicional que utiliza 1 solo de cada uno de ellos; pero con regimenes menos exigentes, y con las ventajas que se explicaron para el Fly Back, en cuanto a recuperar energia de los transitorios en lugar de disciparlos en calor. La desventaja que proporciona, es que se requiere un driver para el MOSFET superior, y que no presenta modo alguno de gobernar los tiempos y tensiones de reseteo del nucleo como en la topologia Forward clasica.

Por Osvaldo LW1DSE

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