Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Electrónica

Informe Final

de

Fuente de Poder

Fecha 30/10/06

Versión 2.0

Grupo 10

Integrantes Danny Sateler G.

Gustavo Bittner H.

Matías García M.

Profesores Daniel Rodríguez S.

Juan Pablo Hernández

Alejandro Weinstein O.

Informe Final de Fuente de Poder Página ii

Prefacio Propósito Este es el Informe Final de Fuente de Poder, que corresponde a una fuente no

controlada de tensión capaz de entregar 1 [A] @ 10 [V], y además regulada para suministrar voltajes de 5 a 7 [V].

Alcance del documento

El Informe Final presenta los resultados de los diferentes casos de prueba para cada Requisito de Prueba. También se describe el procedimiento realizado en cada caso así como un análisis de los resultados.

Finalmente se presentan las conclusiones de la experiencia de Fuente de Poder.

Documentos relacionados

Este documento está basado en el Documento de Requisitos de Fuente de Poder y en el Documento de Diseño de Fuente de Poder.

Autor Danny Sateler / Gustavo Bittner / Matías García

Lectores Este documento está dirigido principalmente a los profesores y ayudantes 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 Primer borrador

2.0 30/10/06 Últimos Datos e Índice DSG/GBH/MGM

Informe Final de Fuente de Poder Página iii

Índice de Materias

Prefacio ........................................................................................................................................................ ii

Historia del Documento .............................................................................................................................. ii

Lista de Figuras .......................................................................................................................................... iii

1 Arquitectura Final del Sistema ........................................................................................................ 1 1.1 Diagrama de Contexto ..................................................................................................................... 1 1.2 Diagrama de Arquitectura ................................................................................................................ 2

2 Módulo TRAFO ................................................................................................................................ 3 2.1 Diseño Final del Módulo TRAFO ................................................................................................... 3 2.2 Estrategia de Prueba del Módulo TRAFO ....................................................................................... 4

3 Módulo RECT ................................................................................................................................. 11 3.1 Diseño Final del Módulo RECT .................................................................................................... 11 3.2 Estrategia de Prueba del Módulo RECT ........................................................................................ 12

4 Módulo FILT ....................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. 4.1 Diseño Final del Módulo FILT ...................................................................................................... 16 4.2 Estrategia de Prueba del Módulo FILT .......................................................................................... 17

5 Módulo REG .................................................................................................................................... 21 5.1 Diseño Final del Módulo REG ...................................................................................................... 21 5.2 Estrategia de Prueba del Módulo REG .......................................................................................... 22

6 Módulo SL ....................................................................................................................................... 26 6.1 Diseño Final del Módulo SL .......................................................................................................... 26 6.2 Estrategia de Prueba del Módulo SL ............................................................................................. 27

7 Conclusiones y comentarios ........................................................................................................... 28

Definiciones .................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Lista de Figuras Figura 1: Diagrama de contexto del sistema ................................................................................... 1 Figura 2: Diagrama de arquitectura del sistema ............................................................................. 2 Figura 3: Diagrama esquemático final del sistema, Fuente No Regulada. ..................................... 2 Figura 4: Diagrama esquemático del sistema, Regulador y Señal Luminosa. ................................ 2 Figura 5: Diagrama de módiulo TRAFO. ........................................................................................5

Informe Final de Fuente de Poder Página iv

Figura 6: Conexión del osciloscopio para la estrategia de prueba del Módulo TRAFO............................... 4

Figura 7: Diagrama de módulo de RECT. .................................................................................................. 11

Figura 8: Conexiones del osciloscopio para la estrategia de prueba del Módulo RECT ............................ 12

Figura 9: Grafico cualitativo V D1 y V D2

vs t en un osciloscopio en modo chop. .................................. 12

Figura 10: Conexiones en el osciloscopio para la obtención de la curva del diodo. ................................... 13

Figura 11: Curva característica del diodo observada en el osciloscopio. .................................................... 13

Figura 12: Diagrama de módulo FILT. ....................................................................................................... 16

Figura 13: Conexiones en el osciloscopio para obtener la característica de regulación. ............................ 17

Figura 14: Característica de regulación del módulo FILT. ......................................................................... 19

Figura 15: Diagrama de módulo de REG. ................................................................................................... 21

Figura 16: Conexiones en el osciloscopio para obtener el punto en el cual el LM-317 deja de regular. .... 22

Figura 17: Gráfico cualitativo observado en modo chop con las conexiones anteriormente descritas y ΔV≥3 [V] .................................................................................................................................................... 23

Figura 18: Gráfico cualitativo observado en modo chop con las conexiones anteriormente descritas y ΔV≤3 [V] .................................................................................................................................................... 23

Figura 19: Diagrama de Módulo SL. .......................................................................................................... 26

Lista de Tablas

Tabla 1: Resultados experimentales para TRAFO con carga. .........................................................4

Tabla 2: Resultados teóricos para TRAFO con carga. .....................................................................5

Tabla 3: Caso de prueba 1 para el módulo TRAFO. ........................................................................6

Tabla 4: Caso de prueba 2 para el módulo TRAFO. ........................................................................7

Tabla 5: Caso de prueba 3 para el módulo TRAFO. ........................................................................8

Tabla 6: Caso de prueba 4 para el módulo TRAFO. ........................................................................9

Tabla 7: Caso de pruebas 5 para el módulo TRAFO. ....................................................................10

Tabla 8: Caso de prueba 1 para el módulo RECT. ........................................................................14

Tabla 9: Caso de prueba 2 para el módulo RECT. ........................................................................15

Tabla 10: Característica de regulación del módulo FILT. .............................................................18

Tabla 11: Caso de prueba 1 para el módulo FILT. ........................................................................20

Tabla 12: Caso de prueba 2 para el módulo FILT. ........................................................................20

Tabla 13: Caso de prueba 1 para el módulo REG. .........................................................................24

Tabla 14: Caso de prueba 2 para el módulo REG, .........................................................................25

Informe Final de Fuente de Poder Página 1

1 Arquitectura Final del Sistema En el Documento de Diseño de Fuente de Poder se especificó su arquitectura. A la luz del trabajo práctico, aquí se presenta la arquitectura definitiva, que incluye más detalle y posiblemente algunos cambios.

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

Informe Final de Fuente de Poder Página 2

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.

Transformador Rectificador Filtro

VoltajeRectificado

VoltajeNo Regulado

Regulador

Señal Luminosa

VoltajeRegulado

Figura 2: Diagrama de arquitectura del sistema.

RAd

Vs

Vs

Vp C Edc Rload

Idc

Figura 3: Diagrama esquemático final del sistema, Fuente No Regulada.

LM317

R1=330RLED

VLED = 1.8 VIMAX = 15 mA

Fuente noRegulada

Voltaje reguladoa 8 V

Figura 4: Diagrama esquemático del sistema, Regulador y Señal Luminosa.

Informe Final de Fuente de Poder Página 3

2 Módulo TRAFO

2.1 Definición del Módulo

Propósito Este módulo reduce el voltaje de entrada de 220 [ ACV ] a 12-0-12 [ ACV ]

Alcance Este módulo tiene como entrada el voltaje de la red, 220 [ ACV ], y entrega como salida un voltaje de 12-0-12 [ ACV ], el cual es la entrada del módulo RECT.

Dependencias Ninguna.

2.2 Diseño Final del Módulo TRAFO

En este caso el transformador está definido a las condiciones siguientes:

- 1,5 [A] por devanado secundario

- 220 [ ACV ] en el primario.

- 12-0-12 [ ACV ] en el secundario.

- º 0.913 [Ω] resistencia interna en el secundario.

Figura 5: Diagrama de Módulo TRAFO.

Informe Final de Fuente de Poder Página 4

2.3 Estrategia de Prueba del Módulo TRAFO Para comprobar el correcto funcionamiento del TRAFO, se realizarán las siguientes pruebas:

- Medición del voltaje en el devanado primario del TRAFO ocupando el Multitester.

- Luego se medirá el voltaje en cada uno de los secundarios del TRAFO ocupando el osciloscopio, dibujando la forma de onda del voltaje, con diferentes cargas (Potenciómetro de alambre CR ) en la salida. Mediante el Multitester se media además la corriente RMSI que circulaba por la resistencia de carga CR . (Corriente salida del TRAFO = 0, 300, 600, 800, 1000 [mA]). En la figura 6 se aprecia la conexión del osciloscopio de modo de medir la caída de potencial en la resistencia de carga CR .

Figura 6: Conexión del osciloscopio para la estrategia de prueba del Módulo TRAFO.

A continuación se aprecian dos tablas, las cuales contrastan los resultados experimentales y teoricos.

[ ]AIRMS [ ]VVC max [ ]VVRMS

0 16.8 13.05

0.3 16.7 12.78

0.6 16.65 12.47

0.8 16.4 12.02

1 16.2 11.95

Tabla 1: Resultados experimentales para TRAFO con carga.

Informe Final de Fuente de Poder Página 5

[ ]AIRMS [ ]AImax [ ]VVC max [ ]VVRMS

0 0 17 12.0208

0.3 0.4242 16.5758 11.7208

0.6 0.8485 16.1515 11.4208

0.8 1.1313 15.8687 11.2208

1 1.4142 15.5887 11.0208

Tabla 2: Resultados teóricos para TRAFO con carga.

Se aprecia una diferencia entre los valores de maxCV experimental y maxCV teórico, debido a que teóricamente se suponía IR = 1[Ω], sin embargo al ser medida con el Multitester, resulto ser menor a la teórica. Esta diferencia también se debe al reflejo de la resistencia interna en el devanado primario sobre el secundario.

Además consideramos en el caso de RMSV teórico, que la forma de onda a la salida del TRAFO era sinusoidal, sin embargo al observar la forma de onda en el osciloscopio, notamos que esta suposición era errónea.

Informe Final de Fuente de Poder Página 6

Caso de Prueba 1: Sin carga ( RMSI = 0[A])

Voltaje en el Primario

220 [ ACV ]

Voltaje en un Secundario

Voltaje en otro Secundario

Tabla 3: Caso de prueba 1 para el Módulo TRAFO.

Nótese que la forma de onda no es completamente sinusoidal dado a la cantidad de carga que tiene la rede que alimenta la universidad.

Informe Final de Fuente de Poder Página 7

Caso de Prueba 2: RMSI = 0.3[A]

Voltaje en el Primario

220 [ ACV ]

Voltaje en un Secundario

Voltaje en otro Secundario

Tabla 4: Caso de prueba 2 para el Módulo TRAFO.

Informe Final de Fuente de Poder Página 8

Caso de Prueba 3: RMSI = 0.6[A]

Voltaje en el Primario

220 [ ACV ]

Voltaje en un Secundario

Voltaje en otro Secundario

Tabla 5: Caso de prueba 3 para el Módulo TRAFO.

Informe Final de Fuente de Poder Página 9

Caso de Prueba 4: RMSI = 0.8[A]

Voltaje en el Primario

220 [ ACV ]

Voltaje en un Secundario

Voltaje en otro Secundario

Tabla 6: Caso de prueba 4 para el Módulo TRAFO.

Informe Final de Fuente de Poder Página 10

Caso de Prueba 5: RMSI = 1[A]

Voltaje en el Primario

220 [ ACV ]

Voltaje en un Secundario

Voltaje en otro Secundario

Tabla 7: Caso de prueba 5 para el Módulo TRAFO.

Para el Módulo TRAFO los requisitos funcionales eran:

- La tensión de 220[ ACV ] debían ser reducidos, considerando voltaje de salida 10[V], 1[A].

- Utilizamos un TRAFO 12-0-12, debido a que tiene un valor continuo de salida rectificado a onda completa muy cercano a 10[V], voltaje al cual se cargara el condensador. Recordemos que se desea un voltaje no regulado de 10[V], 1 [A].

Informe Final de Fuente de Poder Página 11

3 Módulo RECT 3.1 Definición del Módulo

Propósito Toma la señal proveniente del módulo TRAFO y la rectifica, es decir, deja una señal con sólo valores positivos.

Alcance Este módulo recibe la señal alterna del módulo TRAFO, provoca una rectificación de onda completa de esta señal, y entrega al módulo FILT una señal con sólo valores positivos.

Dependencias Este módulo depende del módulo TRAFO

3.2 Definición del Módulo Verifique que los diodos semiconductores 1N4007 son adecuados para la fuente requerida ( RMSI , Voltaje inverso máximo, Corriente repetitiva máxima, etc)

Figura 7: Diagrama de Módulo RECT

Teniendo en cuenta que el valor medio de la corriente que pasa por cada diodo es 1[A], se obtiene gracias a las curvas de Schade, la RMSI = 2.3 [A] y la pkI = 6,2[A]. Además, por LVK, el voltaje inverso máximo que debería soportar cada diodo es cercano a 34 [V].

Revisando la hoja de datos del diodo 1N4007, podemos rescatar los siguientes datos:

- Voltaje inverso repetitivo máximo = 1000 [V]

- Voltaje inverso continuo máximo = 1000 [V]

- Corriente repetitiva máxima = 10 [A]

- Corriente no-repetitiva máxima = 30 [A]

- Corriente continua máxima = 1 [A]

Contrastando los requerimientos de nuestra fuente de poder con las especificaciones del diodo 1N4007, podemos afirmar que este es adecuado para nuestro diseño fuente, ya que no se sobrepasan ninguno de los valores antes indicados.

Informe Final de Fuente de Poder Página 12

3.3 Estrategia de Prueba del Módulo RECT El módulo debe ser capaz de, tomando la señal de amplitud 17[V] y frecuencia 50[Hz] provenientes del transformador, entregar una señal rectificada de onda completa, que es la superposición de la rectificación de media onda que hace cada diodo por separado (la amplitud del voltaje de entrada al RECT, esta en función, previamente descrita, de la corriente exigida al TRAFO).

Es por lo mismo que, utilizando un osciloscopio, se corroborará que cada diodo cumpla de manera perfecta su trabajo. Se coloca el canal 1 del osciloscopio a la salida del diodo 1 y el canal 2 a la salida del diodo 2, entregando cada medición las rectificaciones de media onda y la superposición de los canales del osciloscopio, la señal rectificada de onda completa.

Figura 8: Conexiones del osciloscopio para la estrategia de prueba del Módulo RECT.

En la siguiente imagen se aprecia cualitativamente lo que se vería en un osciloscopio al medir la caída de tensión en los diodos mediante un osciloscopio de la forma anteriormente descrita.

El voltaje a la salida del diodo 1 (superior), se puede apreciar de color azul y el voltaje a la salida del diodo 2 (inferior) en color rojo. Al colocar el osciloscopio en el modo chop, se obtiene la grafica de la figura 9.

Figura 9: Grafico cualitativo 1DV y 2DV vs t en un osciloscopio en modo chop.

Para comprobar las especificaciones del comprobante, se obtuvo la curva V/I en el diodo. Para obtener esta curva se conectó el osciloscopio de la siguiente forma: canal 1 a la salida del TRAFO, antes de diodo 1, canal 2 a la salida de la resistencia ADR y la tierra del osciloscopio entre la resistencia ADR y el diodo 1D (véase figura 10).

Informe Final de Fuente de Poder Página 13

Figura 10: Conexiones en el osciloscopio para la obtención de la curva del diodo.

Luego de realizar estas conexiones en el osciloscopio se obtuvo la curva del diodo, al colocar la base de tiempo del osciloscopio en modo XY (véase figura 11).

Figura 11: Curva característica del diodo observada en el osciloscopio.

Informe Final de Fuente de Poder Página 14

Tabla8: Caso de prueba 1 para el Módulo RECT

Caso de Prueba 1: Sin carga I = 0[A]

Voltaje a la salida del 1D

Voltaje a la salida del 2D

Voltaje a la salida de RECT

Informe Final de Fuente de Poder Página 15

Caso de Prueba 2: RMSI = 0.8[A]

Voltaje a la salida del

1D

Voltaje a la salida del

2D

Voltaje a la salida de RECT

Tabla 9: Caso de prueba 2 para el Módulo RECT.

Se comprueba la rectificación a onda completa.

Para ésto se debió medir la corriente en los diodos y la tensión a que son sometidos. Se debe obtener la forma de onda de voltaje y corriente a la salida de la fuente no regulada con carga de 1000 [mA]. La forma de onda del ripple se aproximará por una triangular.

Informe Final de Fuente de Poder Página 16

4 Módulo FILT 4.1 Definición del Módulo

Propósito Recibe una señal rectificada de onda completa, y la transforma en una señal con una componente continua. Las componentes alternas no eliminadas corresponden al “ripple”

Alcance Este módulo recibe la señal rectificada de parte del módulo RECT, y la convierte en una señal con una componente continua, más una ondulación leve o ripple, la cual es la entrada para los módulos SL y REG

Dependencias Este módulo depende de los módulos TRAFO y RECT, ya que el módulo RECT no arrojaría nada si el módulo TRAFO no estuviera operativo.

4.2 Diseño Final del Módulo FILT

Figura 12: Diagrama de Módulo FILT

Según lo calculado en el preinforme, para poder obtener un % de ripple menor al 3%, utilizaríamos loadR = 10[Ω], AdR =1[Ω] y un banco condensador de capacitancia total 9549.2[μF]. Sin embargo, debimos cambiar el diseño en el laboratorio debió a que el señor Poblete no nos facilitaba los condensadores requeridos para el banco de condensadores, por lo cual nos vimos obligados a modificar el circuito, de modo de poder utilizar un condensador de 4700[μF].

Tenemos que AdR º1[Ω], sin embargo el ripple con esta resistencia es aun muy alto para las especificaciones de la fuente, por lo cual se agrega una resistencia de 3[Ω] en serie, para así

aumentar la relación load

Ad

RR

. Esto hace que, para un porcentaje de ripple definido, sea

necesario un condensador de menor tamaño. Así, al conectar el condensador de 4700[μF], se obtuvo un % de ripple muy cercano a la especificación de la fuente.

Informe Final de Fuente de Poder Página 17

4.3 Estrategia de Prueba del Módulo FILT

Es en este punto donde se completa la fuente no regulada de voltaje, con una salida máxima de 10[V] a 1[A], por lo que la estrategia de prueba se basará en exigirle más o menos corriente a todo el módulo ya terminado para obtener su característica de regulación.

Mediante el osciloscopio y una carga dinámica conectada la salida de nuestra fuente no regulada, obtuvimos la característica de regulación de el Módulo FILT. El osciloscopio se conecto con el canal 1 en el condensador y la tierra del osciloscopio en la tierra del circuito (ver figura 13). Mediante la carga dinámica se vario la corriente pedida al circuito, para asi obtener la característica de regulación del circuito.

Figura 13: Conexiones en el osciloscopio para obtener la característica de regulación.

Mediante los valores obtenidos en el osciloscopio y además midiendo con el Multitester la corriente en la carga dinámica (la carga dinámica posee una resistencia interna de 1[Ω], en la cual al medir la caída de potencial en esta, obtenemos la corriente). También se midió el nivel continuo de la caída de potencia en el condensador, o sea el nivel al cual se carga el condensador.

Informe Final de Fuente de Poder Página 18

[ ]AI [ ]VVC [ ]VVCΔ

0.3 14.03 0.2

0.4 13.66 0.24

0.5 13.29 0.28

0.6 12.87 0.36

0.7 12.37 0.4

0.8 11.87 0.44

0.9 11.52 0.48

1 11.21 0.52

1.2 10.39 0.6

Tabla 10: Característica de regulación del Módulo FILT.

A analizar de la misma manera será la forma del Voltaje en el tiempo para la salida del módulo.

Informe Final de Fuente de Poder Página 19

Característica de Regulación

6789

101112131415

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Corriente [A]

Vol

taje

[V]

Figura 14: Característica de regulación del Módulo FILT.

Obtuvimos mediante Multitester que el valor RMS del ripple era de 0.31, por lo cual

21.1131.0

=continuo

RMS

VV

, esto nos da como resultado un ripple de 2.7% a máxima carga.

El voltaje no regulado era de 11.21 [V] y la corriente variaba entre 0[A] a 1[A], por lo cual se cumplen los requisitos de la fuente para este Módulo.

Informe Final de Fuente de Poder Página 20

Caso de Prueba 1: I= 0.3[A]

Salida Módulo FILT

Tabla 11: Caso de prueba 1 para el Módulo FILT.

Tabla 12: Caso de prueba 2 para el Módulo FILT.

Caso de Prueba 2: I = 1.2[A]

Salida Módulo FILT

Informe Final de Fuente de Poder Página 21

5 Módulo REG 5.1 Definición del Módulo

Propósito Entrega un voltaje de salida continuo, sin ripple (idealmente), a un rango específico de corriente. Este voltaje continuo esta dentro del rango 5 a 7 [V].

Alcance Este módulo recibe el voltaje no regulado proveniente del Módulo FILT, y lo convierte en un voltaje continuo, el cual se fija manualmente, para un rango especifico de corriente.

Dependencias Este módulo depende del módulo FILT, del cual recibe el voltaje de entrada.

5.2 Diseño Final del Módulo REG

Figura 15: Diagrama de Módulo REG

El LM317, para su correcto funcionamiento, requiere una diferencia mayor o igual a 3 [V] entre voltaje de entrada y voltaje de salida. Como la fuente no regulada entrega 10[V] a 1[A], y el máximo Vs que le vamos a pedir es 7[V], no va a haber problemas.

El voltaje de salida, dado por el LM317, viene regido por la siguiente fórmula:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +•= 1

1225.1

RRVs , donde R1 = 330 [Ω] y R2 = Rx + (Ry || Potenciómetro).

Ahora, como la fuente regulada debe entregar como mínimo 5[V], el potenciómetro es llevado a 0, su mínimo valor. Necesitamos, por lo tanto, una resistencia mínima de:

Informe Final de Fuente de Poder Página 22

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +•= 1

33025.15 Rx

, donde Rx = 990[Ω]. Como no hay resistencias de 990[Ω],

colocaremos 3 resistencias en serie de 330[Ω].

Ahora, como la fuente debe entregar como máximo 7[V], el potenciómetro es llevado a 2K, su máximo valor. Necesitamos, por lo tanto, una resistencia máxima de:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +•= 1

33025.17 Rm

, donde Rm es la resistencia máxima, de valor 1518 [Ω].

Esta resistencia es conseguible usando un potenciómetro de 2K en paralelo con una resistencia Ry de 717,4[Ω].Como no hay resistencias de 717,4[Ω], colocaremos en la posición de Ry una resistencia de 680 [Ω], una de 27[Ω] y una de 10[Ω], todas en serie. Así obtenemos una resistencia equivalente de 717[KΩ], muy similar a la teórica.

La única modificación con respecto al preinforme es que se debió colocar un disipador al regulador LM317, para que se mantuviese en la temperatura de operación.

5.3 Estrategia de Prueba del Módulo REG Al momento de analizar el módulo REG, debemos ya considerara a la circuito como una fuente regulada de voltaje, por lo tanto, analizar una característica de regulación es fundamental para corroborar el perfecto funcionamiento de la fuente. En esta ocasión debíamos construir una fuente de voltaje regulado entre 5 y 7[V], el cual debía mantenerse por lo menos hasta que la fuente entregue mas de 1[A], punto en el cual comenzaría a comportarse como una fuente no regulada.

Para poder encontrar el punto en el cual el regulador de voltaje LM-317 dejaba de funcionar y comenzaba a entregar un voltaje no regulado a la salida, conectamos el osciloscopio con el canal 1 a la salida del LM-317, el canal 2 a la parte superior del condensador y la tierra del osciloscopio conectada a la tierra del circuito como se aprecia en la figura 16.

Figura 16: Conexiones en el osciloscopio para obtener el punto en el cual el LM-317 deja de regular.

Informe Final de Fuente de Poder Página 23

Mediante esta conexión en el osciloscopio, primero obtuvimos mediante el canal 1, los voltajes máximos y mínimos regulados entregados por nuestra fuente.

Estos fueron de 5,10[V] a 7,14[V].

Se obtuvo además que para los 5,10[V], el voltaje se mantenía regulado hasta los 2[A], y que para los 7,14[V], el voltaje se mantenía regulado solo hasta los 1,43[A], al exigirle mas corriente a la fuente, esta comenzaba a comportarse como una fuente no regulada.

Figura 17: Grafico cualitativo observado en modo chop con las conexiones anteriormente

descritas y ΔV¥3[V].

.

En la figura 17 se puede observar cualitativamente el voltaje a la salida del regulador

LM-317 en color verde, y el voltaje no regulado de entrada del LM-317. Se observa que si el ΔV es mayor que 3[V] asegura el correcto funcionamiento del regulador. Sin embargo, al ser el ΔV menor que esto, produce un ripple como puede observarse en la figura 18.

Figura 18: Grafico cualitativo observado en modo chop con las conexiones anteriormente

descritas y ΔV§3[V].

Informe Final de Fuente de Poder Página 24

En la figura 18, se observa que el voltaje a la salida del regulador de voltaje LM-317 dejo de ser regulado, debido a que para un correcto funcionamiento de este, el ΔV debe ser mayor que 3[V], al ser menor que esto, el voltaje deja de ser regulado y aparece el ripple.

Se comprueba que el valor mínimo entregado por la fuente es de 5,10[V] al mover la perilla de ajuste al extremo izquierdo, y al girarlo al extremo derecho se obtiene una tensión de salida de 7,14[V]

A continuación se puede apreciar las características de regulación para la fuente regulada 5.1[V] y a 7.14[V] , al exigirle mas corriente con la carga dinámica, y mediante un Multitester se midió el RMSV a la salida del Módulo REG y además la corriente que circulaba por la carga dinámica.

Caso de Prueba 1: Potenciómetro al mínimo, voltaje de salida regulado igual a 5.1[V]

Característica de Regulación a la salida del circuito.

Tabla 13: Caso de prueba 1 para el Módulo REG.

Informe Final de Fuente de Poder Página 25

Caso de Prueba 2: Potenciómetro al máximo, voltaje de salida regulado igual a 7.14[V]

Característica de Regulación a la salida del circuito.

Tabla 14: Caso de prueba 2 para el Módulo REG.

Informe Final de Fuente de Poder Página 26

6 Módulo SL

6.1 Definición del Módulo

Propósito Indicar si la fuente esta encendida o no.

Alcance Este módulo recibe voltaje desde el módulo FILT, y entregará una señal de luz, mediante un LED, si la fuente está encendida o no.

Dependencias Este módulo depende del módulo FILT, del cual recibe el voltaje. Además, dependerá su estado si la fuente está encendida o apagada.

6.2 Diseño Final del Módulo SL

Figura 19: Diagrama de Módulo SL

El voltaje máximo que podría llegar a esta sección es aprox. 17 [V]. Los datos del LED dicen que no soporta más allá de 15 [mA], y que tiene una caída de tensión de 1.8 [V]. Si nos colocamos en los extremos, el valor de RLED sería:

[ ][ ] [ ]Ω=

−= K

mAVRLED 013.1

15)[8.117(

.

Sabiendo este valor, podemos colocar una resistencia que si exista, que sea un poco superior, lo que nos asegura que el LED nunca recibirá más de 15 [mA], pero que esté en un rango de funcionamiento aceptable. La RLED que usaremos, en definitiva, será una de 1,2 [KΩ]

Informe Final de Fuente de Poder Página 27

6.3 Estrategia de Prueba del Módulo SL En primer lugar verificamos mediante un Multitester la polaridad del diodo led, antes de conectarlo en el circuito. Esto se verifica con el Multitester en la opción de continuidad.

Dado el requisito funcional de el Módulo SL, y delicadeza del led, para este Módulo medimos la corriente máxima que pasa por el led, para evitar dañarlo. Para realizar esto, conectamos el Multitester entre la resistencia y el led, de modo de medir la corriente que circulaba por la led, y variamos la corriente entregada por la fuente mediante la carga dinámica. Obtuvimos que la corriente máxima que circulaba por el diodo led era de 8,49[mA] por lo cual este no debería dañarse. Por especificaciones del fabricante sabemos que la corriente máxima que puede circular por el es de 15[mA] sin dañarse.

Según lo calculado teóricamente el valor de la corriente máxima que circula por el diodo es de 7.57 [mA]. Los valores pueden variar debido a que se modifico AdR en el Módulo FILT.

Se verifica además que el led indica si la fuente se encuentra en funcionamiento.

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7 Conclusiones y comentarios En esta sección se tratará de hacer una revisión de todos los aspectos de la fuente de poder, contrastando cuando sea necesario datos experimentales con teóricos, y viendo el grado de cumplimiento de los requisitos impuestos al sistema.

- Partiendo por el módulo TRAFO, su función era reducir la tensión de entrada (220 [V] rms) a valores adecuados para la fuente. En este caso, se uso un transformador, con punto medio (12-0-12), para lograr tal objetivo. Pudimos apreciar que la señal de salida del secundario no era una sinusoide pura, como es el caso teórico, sino más bien una señal algo extraña, la cual fue presentada en el módulo correspondiente. Esta señal, a pesar de ser extraña, correspondía a una señal de 50 [hz], y con un máximo muy cercano a lo que corresponde en teoría, sin carga (16,8 [V] experimental, v/s 16,97 [V] teórico). La forma extraña puede ser explicada en base a análisis cualitativo de fourier: Como toda señal periódica se puede expresar como la suma de sinusoides de frecuencias múltiplos de una fundamental, en este caso en la señal periódica habría “ruidos” a frecuencias mayores a la fundamental (en este caso 50 [hz]), por lo que señal tendería a deformarse, con respecto a lo esperado teóricamente. Con respecto a las diferencias entre los valores máximos y rms vistos anteriormente, una primera explicación seria también lo anterior, ya que como la

señal no es una sinusoide pura, no se puede aplicar la relación 2

maxVVRMS = . Además, se

debe tener en cuenta que la red pública no es estable en 220 [V] rms, teniendo una variación de ≤ 10 [V], por lo que se podrían haber visto los valores medidos afectados por esas variaciones.

- En segundo lugar, necesitamos tener un nivel continuo, para poder más adelante filtrarlo y utilizarlo. Para ello fue necesario rectificar la onda que provenía de los secundarios del transformador, labor realizada por 2 diodos 1N4007, conectados según se mostró en la sección correspondiente (módulo RECT). Teóricamente sabíamos que esos diodos eran adecuados, ya que soportaban ampliamente los voltajes con los que se trabajaría en el circuito, además de las corrientes. Gracias a conexiones especificadas también en el Módulo RECT, se pudo apreciar la curva real del diodo.

- Al obtener el nivel continuo, por medio de los diodos rectificadores, necesitamos aislarlo lo más posible. Esto se consiguió por medio de un filtro capacitivo, descrito en el módulo FILT. Según el informe previo se utilizaría un condensador de 9549[μF] para obtener un factor de ripple del 2%. Los cambios realizados, por asuntos fortuitos, permitieron rediseñar este módulo, tal como se explicó en la sección correspondiente. La gracia de estos cambios, es que evitan corrientes altas en la carga del condensador (según las curvas de Schade), y además cumplen el objetivo esencial del módulo: obtener un factor de ripple menor al 3% (factor de ondulación obtenido: 2, 77%) a plena carga (1 [A]). Además, el nivel continuo obtenido responde en un 12,1 % mas al valor mínimo requerido a plena carga (11,21 [V] continuos, v/s 10 [V] mínimos requeridos según las especificaciones de la fuente).

- En el módulo REG usamos todo tal como lo especificamos en el informe previo. La teoría nos avalaba, con lo que el resultado de este módulo debería haber sido la obtención de un voltaje regulado de 5 [V] a 7 [V], pero no tomamos en cuenta la tolerancia de ≤ 5% de las resistencias utilizadas, por lo que finalmente el rango de voltajes regulados se dio entre 5,1 [V] y 7,14 [V], lo que se traduce en un 2% de error con respecto al mínimo y máximo especificados en los requisitos para la fuente. Gracias al nivel continuo obtenido

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en el Módulo FILT, los voltajes en la salida del regulador eran realmente regulados con cargas que variaban desde 0 [A] a 1,43 [A], por lo que el rango de carga a la salida de la fuente regulada es cumplido a cabalidad. Además, el potenciómetro hacia su trabajo: al moverlo hacia la izquierda, la fuente entregaba su mínimo (5,1 [V]) y hacia la derecha entregaba su máximo (7,14 [V]).

- Finalmente para el módulo SL, se pudo ver que la luz funcionaba cuando la fuente era conectada a la red pública. En este módulo también se usó tal cual los elementos descritos en el informe previo. Estábamos consciente que la resistencia que fue utilizada para limitar la corriente por la LED era de seguridad, en caso de que fallara algún elemento anterior, ésta no se quemara. Así, la corriente a plena carga, en condiciones normales, que pasaba por la LED era cercana a los 8 [mA], valor inferior a la corriente máxima soportada por la LED, que era de 15 [mA].

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Definiciones

1N4007 Modelo de diodo usado en el Módulo RECT

LM317 Modelo de Regulador de Voltaje usado en el Módulo REG