Download 4 Complemento a la exp.

Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Electrónica
Diseño, armado y pruebas
de
Fuente de Poder regulada
Fecha
Versión
Grupo
Integrantes
27 de Agosto de 2009
[versión actual]
[Número]
[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 El Diseño, armado y pruebas presenta las decisiones de Diseño de una Fuente de
documento Poder. 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.
Documentos Este documento está basado en el Documento de Requisitos de Fuente de Poder,
relacionados 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
0.1
20/08/2009
Explicación del cambio
Actualización del Informe Previo
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
Página 1
Autor
DRS/GM
Índice de Materias
Prefacio ........................................................................................................................................................ 1
Historia del Documento .............................................................................................................................. 1
Lista de Figuras ........................................................................................................................................... 2
Lista de Tablas ............................................................................................................................................ 3
1
1.1
1.2
1.3
2
2.1
2.2
2.3
2.4
3
3.1
3.2
3.3
3.4
Arquitectura del sistema..................................................................................................................... 3
Diagrama de Contexto ..................................................................................................................... 3
Diagrama de Arquitectura ................................................................................................................ 4
Enumeración de Módulos ................................................................................................................ 4
Diseño de la Fuente de Poder ........................................................................................................... 6
Definición del Módulo RECT .......................................................................................................... 6
Módulo RECT.................................................................................................................................. 6
Diseño detallado del Módulo RECT y FILT ................................................................................... 7
Estrategia de Prueba del Módulo RECT y FILT.............................................................................. 8
Módulo REG y SL ............................................................................................................................. 9
Definición del Módulo ..................................................................................................................... 9
Diseño detallado del Módulo REG y SL ......................................................................................... 9
Estrategia de Prueba del Módulo REG y SL.................................................................................. 10
Estrategia de armado y esquemático final del circuito .................................................................. 10
4
Complemento a la exp. .................................................................................................................... 11
5
Definiciones ...................................................................................................................................... 12
Lista de Figuras
Figura 1: Diagrama de contexto del sistema ................................................................................... 3
Figura 2: Diagrama de arquitectura del sistema ............................................................................. 4
Figura 3: Diagrama esquemático del módulo RECT con el FILT. ................................................ 7
Figura 4: Diagrama esquemático del sistema, REG y SL. ............................................................. 9
Figura 5: Diagrama esquemático del circuito y layout. ................................................................ 10
Figura 6: Complemento a la exp.2. ............................................................................................... 11
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
Página 2
Lista de Tablas
Tabla 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.
220 [VAC]
Fuente
Voltaje
Señal
Luminosa
Voltaje Regulado
o No Regulado
Carga
Usuario
(Ajuste Voltaje
Regulado)
Figura 1: Diagrama de contexto del sistema
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
Página 3
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.
Convertidor
AC/DC
220v / 50 Hz
Regulador
Filtro
Voltaje
No Regulado
Voltaje
Rectificado
RECT
Voltaje
Regulado
REG
FILT
SL
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
RECT
El transformador reduce el voltaje de 220 [VAC] 2. 1
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
FILT
La función de este módulo es filtrar la señal
rectificada para obtener una componente continua.
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
Página 4
Sección
Módulo
Propósito
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.
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
Página 5
Sección
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
2.2
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
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 Voltaje en
Primario
Corriente de carga Is
(mA)
el Voltaje
en Voltaje
Secundario 1
Secundario 2
0
100
300
500
1000
1500
Tabla 2: Mediciones característica de regulación del TRAFO
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
Página 6
en R de carga
(equivalente)
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.]
RAd
Idc
Vs
C
Vp
Edc
Vs
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
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
Página 7
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
característica i-v de un diodo.]
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
Página 8
i/v del diodo. Observar en el osciloscopio la
3
3.1
Módulo REG y SL
Definición del Módulo
Propósito
Regular el voltaje de salida entre 3 y 9 volts para una corriente de salida
entre 0 a 1 (A) en cada caso.
REG
Propósito
Permite indicar si la fuente está energizada o no
SL
3.2
Diseño detallado del Módulo REG y SL
Fuente no
Regulada
LM317
Voltaje regulado
3a9V
Is
Idc
RLED
Edc
VLED = 1.8 V
IMAX = 15 mA
R1
Vs
P1
R2
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]
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
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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
3.4

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
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]
C1
R1
C1
R2
R1
R2
R3
R3
Ubicación de los componentes en el proto:”layout”
Diagrama de circuito
Figura 5: Diagrama esquemático del circuito y layout.
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
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4
Complemento a la exp.
1.- Terminar mediciones pendientes
2.- 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 P1
4.- Aprovechando la fuente de corriente, mida condensadores con el Osciloscopio,
considerando: C = i* Λt/ΛV.
D1
v1
D3
v2
LM317
+
12Vrms
+
C
+
P1
12Vrms
-
Icte
Osciloscopio
D2
Cx +
D3
7905
C2
D4
Vs
+
Figura 6: Complemento a la exp.2.
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
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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]
Diseño, armado y pruebas de Fuente de Poder regulada
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