Universidad Técnica Federico Santa MaríaDepartamento de Electrónica

Diseño, armado y pruebas

de

Fuente de Poder regulada

Fecha 27 de Agosto de 2009

Versión [versión actual]

Grupo [Número]

Integrantes [Nombre 1]

[Nombre 2]

[Nombre 3]

Profesores Daniel Rodríguez S.

Gustavo Marín

Prefacio

Este es el Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada, con las especificaciones para una fuente no controlada de tensión capaz de entregar 1 [A] @10 [V], equipada con un regulador para entregar voltajes de 3 a 9 [V] a 1 [A].

Alcance del documento

El Diseño, armado y pruebas presenta las decisiones de Fuente de Poder regulada. Describe los siguientes aspectos del sistema: arquitectura, descripción de cada módulo, y diseño detallado de cada función incluyendo sus mediciones y pruebas que se efectuarán en el Laboratorio.

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Este documento está basado en el Documento de Requisitos de Fuente de Poderregulada, versión 2.0 de fecha 20 de Agosto de 2004.

Autor [Grupo]

Lectores Este documento está dirigido principalmente a los alumnos de la asignatura Laboratorio Electrónica A, ELO- 107.

Aprobación Este documento debe ser sometido a revisión de ayudantes y profesores de la asignatura ELO-107

Historia del Documento

Versión Fecha Explicación del cambio Autor

0.1 20/08/2009 Actualización del Informe Previo DRS/GM

Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada Página 1

Índice de Materias

Prefacio.........................................................................................................................................................1

Historia del Documento...............................................................................................................................1

Lista de Figuras............................................................................................................................................3

Lista de Tablas.............................................................................................................................................3

1 Arquitectura del sistema.....................................................................................................................31.1 Diagrama de Contexto......................................................................................................................31.2 Diagrama de Arquitectura.................................................................................................................41.3 Enumeración de Módulos.................................................................................................................4

2 Diseño de la Fuente de Poder............................................................................................................6

2.1 Definición del Módulo RECT...........................................................................................................62.2 Módulo RECT...................................................................................................................................62.3 Diseño detallado del Módulo RECT y FILT....................................................................................72.4 Estrategia de Prueba del Módulo RECT y FILT..............................................................................8

3 Módulo REG y SL..............................................................................................................................9

3.1 Definición del Módulo......................................................................................................................93.2 Diseño detallado del Módulo REG y SL..........................................................................................93.3 Estrategia de Prueba del Módulo REG y SL..................................................................................103.4 Estrategia de armado y esquemático final del circuito...................................................................10

4 Complemento a la exp......................................................................................................................11

5 Definiciones.......................................................................................................................................12

Lista de FigurasFigura 1: Diagrama de contexto del sistema....................................................................................3Figura 2: Diagrama de arquitectura del sistema..............................................................................4Figura 3: Diagrama esquemático del módulo RECT con el FILT.................................................7Figura 4: Diagrama esquemático del sistema, REG y SL..............................................................9Figura 5: Diagrama esquemático del circuito y layout..................................................................10Figura 6: Complemento a la exp.2.................................................................................................11

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Lista de TablasTabla 1: Módulos de la arquitectura del sistema.............................................................................4

1 Arquitectura del sistema

Aquí se presenta la arquitectura de la fuente de poder para su análisis y diseño.

1.1 Diagrama de Contexto

En el diagrama de contexto, el sistema está graficado como una caja negra, junto a los principales entes externos al sistema que interactúan con él. Estos entes externos pueden ser electrónicos, mecánicos, de software, e incluso personas. Las flechas que unen los entes externos con el sistema indican flujos de datos desde o hacia el sistema.

Figura 1: Diagrama de contexto del sistema

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1.2 Diagrama de Arquitectura

La siguiente figura muestra los módulos internos del sistema y sus principales interacciones. Los módulos aparecen indicados con su nombre corto o abreviatura.

Figura 2: Diagrama de arquitectura del sistema

1.3 Enumeración de Módulos

La Tabla muestra los módulos de la Figura 1. Por cada módulo se entrega un breve párrafo descriptivo de su propósito, además de la sección en donde se especifica el módulo en detalle.

[NOTA: Utilice las referencias automáticas a los números de sección, para navegar en el documento. Este y todos los textos en azul deben ser borrados y reemplazados con la información que se solicita; de no ser borrados se bajarán puntos de la nota del informe]

Tabla 1: Módulos de la arquitectura del sistema

Módulo Propósito Sección

RECT El transformador reduce el voltaje de 220 [VAC] al requerido para cumplir con las especificaciones. Luego el voltaje alterno proveniente del transformador se rectifica, es decir deja una señal de sólo voltajes positivos. Rad es necesario sólo si se desea limitar el voltaje máximo de caída (“drop-out”) del regulador

2. 1

FILT La función de este módulo es filtrar la señal rectificada para obtener una componente continua.

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Módulo Propósito Sección

Las componentes alternas no eliminadas corresponden a la ondulación o “ripple”.

REG Este módulo toma el voltaje no regulado y lo fija a un voltaje constante sin ripple (idealmente), dentro de un rango especifico de corriente.

SL Este módulo indica si la fuente está encendida o no.

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2 Diseño de la Fuente de Poder

De acuerdo a los resultados de la experiencia 1 del Lab de Electrónica A, 2009, complete las especificaciones según el transformador empleado.

2.1 Definición del Módulo RECT

Propósito Generar a partir de los 220 v de la red eléctrica un voltaje con valor medio mayor que 10 v (este valor dependerá del transformador empleado en la exp 1)

Especificaciones Obtener a la salida un voltaje Edc>= 10 (?) v con un factor de ondulación < 3% a 1 (A) de carga

2.2 Módulo RECT

De acuerdo a las mediciones realizadas al Transformador, (TRAFO); se deberá especificar las condiciones máximas de funcionamiento. (NOTA: en un mejor diseño, el transformador debería ser especificado de acuerdo a los requerimientos de la fuente).

A continuación se muestran las mediciones del Trafo, con los resultados obtenidos en la experiencia 1

2.2.1 - Medición de la característica de regulación de voltaje del TRAFO [Incluir gráfico correspondiente]

TRANSFORMADOR

Corriente de carga Is (mA)

Voltaje en el Primario

Voltaje en Secundario 1

Voltaje en Secundario 2

R de carga

(equivalente)

0

100

300

500

1000

1500

Tabla 2: Mediciones característica de regulación del TRAFO

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2.3 Diseño detallado del Módulo RECT y FILT

[Determine las características (de corrientes y voltajes) que deben cumplir los diodos, de acuerdo a las especificaciones requeridas para la fuente no regulada, (Edc= 10 v @ Idc= 1 A), en todo caso adecuar a la característica obtenida en la mediciones anteriores.

• Tensión inversa máxima

• Corriente media (Iav)

• Corriente máxima repetitiva (Imáx).

• Corriente peak no repetitiva.

Analice la posibilidad de usar diodos 1N4007, de acuerdo a los análisis anteriores.]

Figura 3: Diagrama esquemático del módulo RECT con el FILT.

[Se debe determinar las ecuaciones o método para calcular el factor de ondulación en función de la carga, cómo afecta al voltaje máximo inverso que deben soportar los diodos al conectar el condensador, cuál es el valor del voltaje máximo que debe soportar el condensador. Analice para C=4700 μF y para C= 2200 μF y C= 1000 μF el factor de ondulación resultante.]. Plantee las ecuaciones de diseño y efectúe la simulación de los circuitos en cada caso (simulador LTSpice). Elija el C mínimo que cumpla con las especificaciones

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2.4 Estrategia de Prueba del Módulo RECT y FILT

[¿Qué hará en el Laboratorio?: Explique cómo probará los módulos, variables a medir, formas de ondas de corrientes y voltajes, característica de regulación, gráficos teóricos (resultados de la simulación), instrumentos a emplear, diagramas de conexiones.

Determinar la característica estática i/v del diodo. Observar en el osciloscopio la característica i-v de un diodo.]

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3 Módulo REG y SL

3.1 Definición del Módulo

Propósito

REG

Regular el voltaje de salida entre 3 y 9 volts para una corriente de salida entre 0 a 1 (A) en cada caso.

Propósito

SL

Permite indicar si la fuente está energizada o no

3.2 Diseño detallado del Módulo REG y SL

Figura 4: Diagrama esquemático del sistema, REG y SL.

[Diseñe los valores de R1, P1, Rled y R2, planteando las ecuaciones que permiten determinar cada uno de ellos.

Determine, luego, dada la característica de su trafo (exp 1)

Is máx posible

Máxima potencia a disipar por el LM317

Mínimo (Edc-Vs) para correcta operación del LM317]

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3.3 Estrategia de Prueba del Módulo REG y SL

[¿Qué hará en el Laboratorio?: Explique cómo probará el módulo, comprobación de los análisis teóricos, variables a medir, gráficos teóricos, instrumentos

Característica de regulación Vs= f(Is)

Comportamiento dinámico (modelo equivalente de la fuente para variaciones de la carga: rd = ΔVs/ΔIs)]

Corriente por el LED, voltaje de encendido

3.4 Estrategia de armado y esquemático final del circuito

[Se debe dibujar el diagrama de ubicación de los componentes en el “protoboard” (“layout”), además del diagrama esquemático del circuito, esto permite poder armar y efectuar mediciones a partir del diagrama esquemático del circuito, ej]

R1

R2

R3

R1

C1 C1

R3

R2

Diagrama de circuito Ubicación de los componentes en el proto:”layout”

Figura 5: Diagrama esquemático del circuito y layout.

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4 Complemento a la exp.1.- Terminar mediciones pendientes2.- Agregar a la fuente anterior una salida de -5 volts, empleando un LM 7905. Determinar C2 para un factor de ondulación menor de 2% considerando una carga en Vs <= 200 (ma) Determinar la característica de regulación considerando la máxima disipación posible del LM7905.3.- Modificar el regulador de voltaje con LM317, en una fuente de corriente ajustable de

0 a 20 mA. Determinar P14.- Aprovechando la fuente de corriente, mida condensadores con el Osciloscopio, considerando: C = i* Λt/ΛV.

LM317

D2

D1 D3

CP1

v1 v2

Icte

+

+

-

-

12Vrms

12Vrms

D3

D4+

7905

+

C2Vs

+Cx

Osciloscopio

Figura 6: Complemento a la exp.2.

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5 Definiciones

[NOTA: Defina todos los conceptos, siglas, abreviaturas usados que no sean de conocimiento general de cualquier desarrollador de sistemas electrónicos. Ordene los términos en orden alfabético (Word lo hace, menú Tabla o Table.)]

Abrev. [Definición]

Palabra [Definición]

Término muy largo

[Definición]

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