Por Osvaldo LW1DSE
En el cap¡tulo anterior hemos dado un pantallazo de como opera una fuente conmutada comun. Todos los conceptos alli vertidos valen para todas las topologias de le etapa de potencia, excepto para los conversores cuasi resonantes, que carecen de un oscilador. Todas las etapas hasta aqui presentadas carecen de aislacion entre la entrada y la salida, lo cual puede representar un problema cuando uno necesita manetenerse alejado electricamente de la linea de canalizacion. Para ello existe un dispositivo llamado transformador. Nos permite aislarnos de la red si es que tiene los dos bobinados aislados, como es la inmensa mayoria de los casos, a la vez que podemos escalar los voltajes y/o las corrientes a nuestro gusto.
Llegados a este punto, podemos optar por dos alternativas: o bien usamos un transformador comun, es decir con nucleo de hierro laminado, y a la salida de este intercalamos un rectificador de onda completa o un puente de Greatz, solucion posible pero complicada por el peso y el costo de este elemento; o lo incorporamos a nuestra fuente directamente. La primera de las opciones, queda entonces descartada. Vamos a ver, pues, como implementamos la segunda opcion.
Recordemos la topologia boost, para ello traemos en la figura 1 el circuito esquematico de la misma.
Vamos entonces a modificar este conexionado para poder convertrlo en una fuente switching aislada. Recordemos, previamente, que el MOSFET es llevado por el PWM a plena conduccion, con lo cual se almacena energia en forma de campo magnetico en el entrehierro del inductor L. Cuando el MOSFET va al corte, la energia vuelve sobre el devanado en forma de una FEM que adicionada a la de la entrada, es conducida por el diodo hacia la carga.
La importante diferencia, radica en que la energia almacenada en el inductor, es ahora recolectada por otro inductor acoplado muy fuertemente al primero. Al igual que en la modificacion de la buck, en donde aclaramos que no debia hablarse de transformador, sino de inductores mutuamente acoplados, aca tambien debe llamarse de esa manera. Porque, basicamente se transfiere energia de un circuito a otro, almacenandola previamente en un entrehierro; para denominarse transformador, no debiera haber almacenaje alguno en los inductores.
Igual que en un transformador. Pero no asi los voltajes. Cuando el MOSFET conduce, aplica la tension de entrada a la inductancia L1. Se genera en ella una rampa de corriente expresada por:
En la (12) vemos que la relacion de tensiones es independiente de la relacion de vueltas, siendo unicamente dependiente del tiempo de conduccion de cada semiconductor; MOSFET para t1 y diodo para t2 de la figura 3. Aqui es donde surge que los dos inductores acoplados NO SE COMPORTAN COMO UN TRANSFORMADOR. Y es asi como en un fuente con topologia fly back puede dar una tension de salida de 10: 1 con una relacion de vueltas de 1:1 o de 20:1. Ajustando el tiempo de encendido de los semiconductores, se puede ajustar la tension de salida, y de ahi que sea amplisimamente usado en electronica de consumo en general, pues la misma tension de salida puede obtenerse desde la entrada de 110V rectificados (unos 160 V) o desde los 220V (unos 310V) sin intercalar un switch 110/220, pues el integrado del PWM ajusta el ancho de pulso de encendido del MOSFET al doble de tiempo para 160V que para los 310V. Es la importantisima ventaja de esta topologia. Se dice, que la fuente que opera como modo fly back tiene el mayor rango dinamico de todas las topologias aisladas. Por otro lado, comp rese estas formas de onda con la figura 3 de la fuente Buck, y notese que son similares, excepto que las polaridades est n invertidas, a consecuencia de invertir los terminales de L2.
Falta esclarecer un detalle, que no se presenta en la figura 2. Para cerrar el lazo de realimentacion negativa, no es posible hacerlo en forma directa, pues perder¡amos la aislacion entre circuitos. Para poder realizar un sensado de la tension de salida, y acoplarlo al integrado de PWM (que normalmente est ubicado del lado vivo de la fuente, lo que denomina OFFLINE) se recurre a un elemento de transferencia aislado. Existen varias formas, pero la mas simple, mas comun y mas difundida es un "optoacoplador" u "optoaislador". Se trata de un dispositivo de estado solido en el cual se integra un LED a un fototransistor, separados una distancia de unos mil¡metros. Cuando el LED conduce una corriente, se enciende, activa por reflexion al fototransistor, y se establece una corriente de colector gobernada por la corriente del LED, lo cual se llama TR o transfer ratio, es decir relacion de transferencia. Y se mide en %, esto significa que porcentaje de la corriente del LED es conducida por el transistor. Normalmente, TR se encuentra, segun el numero de parte, entre un 40 y un 500% de la corriente Del lado de la salida de la fuente se incorpora un circuito formado por una referencia de tension, un operacional y un transistor, todos ellos integrados dentro de un IC comercialmente denominado TL431, o similar.
Entonces, la diferencia entre la tension que se tiene, y la que se deberia tener, se tranforma en una corriente que exita el LED. Desde el lado primario de la fuente, el transistor se polariza en clase A como amplificador con colector a masa, es decir, seguidor de tension. Esa tension, obtenida desde el resistor de emisor, ingresa al IC del PWM como si fuera la muestra de la tension de salida.
Cabe destacar que un optoacoplador normal tiene un TR de 100% y una aislacion minima entre circuitos, de un par de kilovolts, es decir, que para aislar los 310V de la red (220V rectificados) es mucho mas que suficiente.
Fin capitulo #9
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