Proyecto PWM (Español)
- 1. Índice Pág. • Objetivo 3 IPN • • ESCOM • Introducción Teórica 3-6 • • Circuito 7 • • Explicación del Circuito 8 • Proyecto Final • Simulaciones 9-10 • • Imagenes del Proyecto 11-15 Modulación PWM • • Diagrama Ishikawa 16 • • Hoja de Datos 17-21 “Electrónica Analógica” • • Cronograma 22 • • Conclusiones 23 Profesores: • • Bibliografía 23 Felipe Figueroa del Prado Raúl Santillán Luna Alumno: Martínez Vargas Jonathan Arturo Grupo: 2CV9 Fecha de Entrega: 01/ 12/ 11
- 2. - Objetivo consideramos un pulso de onda f ( t ) con un bajo valor y m i n , un alto valor y m un x y un ciclo de trabajo D (ver figura 1), el valor promedio de la onda está dada por: A través de este proyecto final para la material de Electrónica Analógica, buscamos aplicar varios de los conceptos aprendidos en clase así como usar correctamente los dispositivos que se aprendieron a usar en esta asignatura. Así como tal diseñar el proyecto final busca utilizar cada uno de los conocimientos previos de circuitos para el funcionamiento del mismo, y generar una Como f ( t ) es una onda de pulso, su valor es y m un x por aplicación práctica para nuestro diseño. y y min a . La expresión anterior se convierte en: En este caso el usar la configuración de los Amplificadores Operacionales como comparadores de Voltaje para realizar una modulación de Ancho de Pulso, se utilizará para controlar velocidad e intensidad de algunos elementos electrónicos, como lo pueden ser ventiladores, motores o incluso lámparas incandescentes. - Introducción Teórica Esta última expresión puede ser bastante simplificado en muchos casos y m i n = 0 como . De esto, es obvio que el valor promedio de la señal ( ) depende La modulación de ancho de pulso (PWM), o la duración de pulso de modulación (PDM), es una directamente del ciclo de trabajo D. técnica muy utilizada para controlar el poder inercial de los aparatos eléctricos, y hacer prácticas La forma más sencilla de generar una señal PWM es el método intersective, que requiere sólo por los mediante interruptores electrónicos de potencia. un diente de sierra o un triángulo de formas de onda (generar fácilmente con un simple oscilador ) El valor medio de tensión (y corriente) alimenta a la carga se controla variando el interruptor de la y un comparador . Cuando el valor de la señal de referencia (la onda sinusoidal de color rojo en la carga dentro y fuera a un ritmo acelerado. Cuanto más tiempo el interruptor está en comparación figura 2) es más que la forma de onda de modulación (azul), la señal PWM (magenta) se encuentra con los períodos de descanso, mayor es la potencia suministrada a la carga. en estado de alta, de lo contrario se encuentra en estado bajo. La frecuencia de conmutación PWM tiene que ser mucho más rápido que lo que afecta a la carga, es decir, el dispositivo que utiliza el poder. Por lo general conmutaciones tienen que hacer varias veces por minuto en una señal eléctrica, 120 Hz en un regulador de la lámpara, de unos pocos kilohercios (kHz) a decenas de kHz para una unidad de motor y también a las decenas o cientos de kHz en los amplificadores de audio y computadora fuentes de alimentación. Un método simple para generar el tren de impulsos PWM que corresponde a una El término del ciclo de trabajo describe la proporción de tiempo 'on' en el intervalo regular o señal dada PWM: la señal (en este caso la "período" de tiempo, un ciclo de trabajo bajo corresponde a la energía baja, porque el poder está onda de color rojo) se compara con una onda de diente de sierra (azul). Cuando apagado durante la mayor parte del tiempo. El ciclo de trabajo se expresa en porcentaje, 100% es este último es menor que el anterior, la la carga completa de trabajo. señal PWM (magenta) se encuentra en estado alto (1). De lo contrario, es en el La principal ventaja de PWM es que la pérdida de potencia en los dispositivos de conmutación, ya estado bajo (0). es muy baja. Cuando un interruptor está apagado no hay prácticamente ninguna corriente, y cuando está encendido, casi no hay caída de voltaje en el interruptor. Pérdida de potencia, siendo el producto del voltaje y la corriente, por lo tanto, en ambos casos cercano a cero. PWM también funciona bien con controles digitales, que, debido a su naturaleza en ‘off’ apagado, puede configurar fácilmente el ciclo de trabajo necesario. La modulación PWM también se ha utilizado en algunos sistemas de comunicación que ha sido su ciclo de trabajo utilizado para transmitir información a través de un canal de comunicación. La modulación de ancho de pulso utiliza una onda de pulso rectangular cuyo ancho de pulso se modula dando como resultado la variación de la media de valor de la forma de onda. Si
- 3. Applicaciones disipa en los interruptores. Cambiando rápidamente el estado entre completamente encendido y apagado completamente (normalmente menos de 100 nanosegundos), la disipación de energía en En telecomunicaciones , los anchos de los pulsos corresponden a determinados valores de datos los switches pueden ser muy bajos en comparación con el poder de ser entregada a la carga. codificados en un extremo y se decodifica en el otro. Moderna de semiconductores, tales como interruptores MOSFETs o de puerta aislada transistores Pulsos de distinta duración (de la propia información) se envían a intervalos regulares bipolares (IGBT) son muy adecuadas para los controladores de los componentes de alta (la frecuencia de la portadora de la modulación). eficiencia. Convertidores de frecuencia para controlar motores de CA puede tener eficacia superior al 98%. Fuentes de alimentación conmutadas tienen una menor eficiencia debido a los _ _ _ _ _ _ _ _ bajos niveles de voltaje de salida (a menudo incluso menos de 2 V para los microprocesadores son | | | | | | | | | | | | | | | | necesarios), pero aún más de 70-80% de eficiencia que puede lograrse. Clock | | | | | | | | | | | | | | | | De velocidad variable, los controladores de ventilador para ordenadores suelen utilizar PWM, ya __| |____| |____| |____| |____| |____| |____| |____| |____ que es mucho más eficiente en comparación con un potenciómetro o reóstato . (Ninguno de estos _ __ ____ ____ _ últimos es práctico para operar electrónicamente, sino que requeriría un motor pequeño.) PWM Signal | | | | | | | | | | Atenuadores de luz para uso doméstico utilizan un tipo específico de control PWM. Uso en el | | | | | | | | | | hogar, reguladores de luz suelen incluir circuitos electrónicos que suprime el flujo de corriente en _________| |____| |___| |________| |_| |___________ partes definidas de cada ciclo de la tensión de red. Ajustar el brillo de la luz emitida por una fuente Data 0 1 2 4 0 4 1 0 de luz es simplemente una cuestión de ajuste en lo que la tensión (o fase) en el AC halfcycle el regulador empieza a proporcionar corriente eléctrica a la fuente de luz (por ejemplo, mediante el La inclusión de una señal de reloj no es necesario, como la vanguardia de la señal de datos se uso de un interruptor electrónico, como un triac ). En este caso el ciclo de trabajo PWM es la puede utilizar como si el reloj de un pequeño desplazamiento se añade al valor de los datos con el relación entre el tiempo de conducción a la duración de la mitad del ciclo de CA se define por la fin de evitar un valor de datos con un pulso de longitud cero. frecuencia de la tensión de red (50 Hz o 60 Hz, dependiendo del país). Estos tipos más simples de los reguladores puede ser utilizado con eficacia con un material inerte _ __ ___ _____ _ _____ __ _ fuentes de luz (o relativamente lenta reacción), como las lámparas incandescentes, por ejemplo, | | | | | | | | | | | | | | | | para el que la modulación adicional en la energía eléctrica suministrada, que es causada por el PWM Signal | | | | | | | | | | | | | | | | regulador hace que sólo las fluctuaciones insignificantes adicional en el la luz emitida. Algunos otros tipos de fuentes de luz tales como diodos emisores de luz (LED), sin embargo, encender y __| |____| |___| |__| |_| |____| |_| |___| apagar muy rápidamente y perceptiblemente que el parpadeo si se suministra con bajas tensiones |_____ de frecuencia. Perceptibles los efectos de parpadeo de fuentes tan rápida respuesta a la luz puede reducirse mediante el aumento de la frecuencia del PWM. Si las fluctuaciones de luz son lo Data 0 1 2 4 0 4 1 0 suficientemente rápida, el sistema visual humano ya no puede resolver y que el ojo percibe la intensidad media hora sin parpadeo. Entrega de Potencia La regulación de Voltaje La modulación PWM se puede utilizar para controlar la cantidad de energía entregada a la carga La modulación PWM se utiliza también en eficientes reguladores de voltaje . Por el cambio de sin incurrir en pérdidas que se derivarían de la entrega de potencia lineal por medio de resistencia. Posibles inconvenientes de esta técnica son las pulsaciones definido por el ciclo de trabajo, voltaje a la carga con el ciclo de trabajo oportuno, el resultado se aproximará a una tensión en el frecuencia de conmutación y las propiedades de la carga. Con una frecuencia lo suficientemente nivel deseado. El ruido de conmutación suele ser filtrada con un inductor y un capacitor . alta de conmutación y, cuando sea necesario, con otros pasivos filtros electrónicos , el tren de Un método mide la tensión de salida. Cuando es inferior a la tensión deseada, se enciende el pulsos se puede alisar y se recuperó de forma de onda analógica promedio. interruptor. Cuando el voltaje de salida es superior a la tensión deseada, se apaga el interruptor. De alta frecuencia PWM sistemas de control de potencia son fácilmente realizables con los interruptores de semiconductores. Como se explicó anteriormente, casi no hay energía disipada por el interruptor de encendido o apagado del estado. Sin embargo, durante las transiciones entre estados activos e inactivos, de tensión y corriente son diferentes de cero y por lo tanto el poder se
- 4. -Circuit - Explicación Para empezar los diodos rectificarán la señal que sale de nuestro transformador que la ha disminuido a solo 6V por fase, que posteriormente sumaremos en una sola línea rectificada, para poder operar el positivo de nuestro amplificador operacional. Posteriormente nuestro voltaje de referencia será el mismo de entrada rectificada, y será comparada con nuestra otra fase rectificada. Por lo cual prácticamente no habrá pérdida de voltaje, con lo cual podremos llevarla a nuestro segundo operador operacional, que con esta señal comparará la otra señal, que será regulada por el potenciómetro, para determinar el nivel que será el límite entre prendido y apagado de nuestro circuito. Siendo este también un divisor de voltaje que como tal establece el voltaje de referencia que necesitamos. Y el Voltaje de salida de nuestro amplificador llegará a la entrada del MOC para activarlo, y hacer el switcheo con el Triac, para que pueda activar las salidas de nuestro circuito, y así variar la señal de salida. Pero como el Triac maneja AC debemos hacer un pequeño puente a nuestra fase para que la salida funcione como debe ser.
- 5. -Simulaciones (Véase el Potenciómetro)
- 6. -Imágenes del Proyecto En esta parte podemos observar algunas imágenes referentes a la realización de la placa impresa, que conllevaba planchar el circuito en una placa fenólica y después tratarlo con Cloruro Férrico, para retirar el cobre que sobre en nuestra placa.
- 7. Para finalmente quedar de la siguiente manera: Quitando el Tóner, y taladrando los Pad´s quedará nuestra placa lista para montar los componentes de nuestro circuito, y empezar a soldar.
- 9. - HOJAS DE DATOS
- 11. -Cronograma Noviembre 2011 Diciembre 2011 7 9 18 20-30 1 2 Diseño del Circuito Entrega de Propuesta Propuesta Aceptada Realización del Proyecto (Físico y Escrito) Subir Archivo Entrega Proyecto Final
- 12. -Conclusiones Con este proyecto podemos verificar mediante la salida de señales, lo visto anteriormente en la práctica de laboratorio de Comparadores de Voltaje. Teniendo un voltaje d referencia en cada una de las terminales de nuestro AO podemos estabilizar y controlar cierto nivel de activación para el siguiente circuito, para que sea un límite de “on” y “off”. Siendo el encendido cuando se rebasa ese nivel, y el apagado cuando nuestro voltaje tiende a llegar por debajo de nuestro limite propuesto. Podemos observar también como es que la salida de nuestro comparador de voltaje, manejado como señal de PWM también es en salida una señal cuadrada, que varía su amplitud. Dependiendo del valor que tome nuestro potenciómetro, que en este caso junto con el arreglo de resistencias actúa como divisor de voltaje, para establecer los parámetros necesarios para el último AO. Lo cual nos da una idea de cómo puede ser utilizada esta aplicación para determinar la velocidad de giro de algún motor, la intensidad de alguna lámpara o alguna otra aplicación que sea compatible con la salida de nuestro circuito PWM. Que incluso se puede decir que estas aplicaciones son muy usadas en los proyectos, ya sea sin la modulación, la comparación de voltajes, para activar otro circuito es muy usado en las aplicaciones de circuitos analógicos, o incluso en algunas aplicaciones de electrónica Digital. -Bibliografia "Elementos Electrónicos y Teoría de Circuitos" Prentice Hall, Boylestad, R and Nashelsky, L. 9th ed. 2005