REPORT Power Supply

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FUENTE DE ALIMENTACION DUAL

SEBASTIAN FELIPE SILVA BELLO [email protected]

ERNESTO CELIS MARIN [email protected]

SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE

REGIONAL BOGOTA DC CEET

DISEÑO, IMPLEMENTACION Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES

RESUMEN: En la vida diaria, nos podemos encontrar con

una gran variedad de aparatos que funcionan con corriente directa, el conocimiento de análisis de circuitos, nos permite comprender la conducta y la diversificación de la corriente y el voltaje, dentro un determinado circuito según su disposición.

En la presente causa, son esenciales algunos conceptos tales como, variación y transformación de una señal de entrada, puntualizar que la introducción de dicha señal será rectificada y convertida, para cambiar de alterna a continua, efectuando los requisitos internos de un circuito, desde la entrada hasta la salida de la señal, por medio de puentes rectificadores y transformadores según sea el caso.

PALABRAS CLAVES: Rectificador, Transformador,

Filtro, Transistor, datasheet.

ABSTRACT: In everyday life , we can find a variety of

devices that run on direct current , knowledge of circuit analysis allows us to understand the behavior and the diversification of the current and voltage within a given circuit by arrangement .

In the present case, are essential some concepts such as, change and transformation of an input signal, point out that the introduction of such signal will be rectified and converted, to switch AC to DC, making the internal requirements of a circuit, since the input to output signal by means of bridge rectifiers and transformers as appropriate.

KEY WORDS: Rectifier, transformer, filter, Transistor,

datasheet.

I. INTRODUCCION

Una Fuente de Alimentación es un equipo electrónico, capaz de recibir, transformar y rectificar una señal AC a una señal DC filtrada y regulada, es decir que convierte corriente alterna a corriente continua.

(Figura. 1)

En el pasado la industria no contaba con aparatos eléctricos, después en el boom de la electrónica se empezaron a introducir dispositivos eléctricos escasos en complejidad, que no eran muy sensibles a sobretensiones, rápidamente llegaron los equipo más modernos que necesitaban de bajos voltajes y por lo tanto eran muy sensibles a sobretensiones, cambios bruscos o ruido en la señal eléctrica de alimentación, por lo que se construyeron fuentes que proporcionaran el voltaje y corriente de calidad, indicados que respondan a la estabilidad de determinados equipos.

En la actualidad encontramos que equipos electrónicos, casi en su totalidad, trabajan con corriente continua, el dispositivo que convierte AC a DC en los niveles requeridos por el circuito electrónico a alimentar, se llama Fuente De Alimentación.

(Figura. 2)

SEBASTIAN FELIPE SILVA BELLO, ERNESTO CELIS MARIN - FUENTE DE ALIMENTACION DUAL

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II. OBJETIVOS

El diseño de un circuito que admita cometer la transformación de corriente de AC a CD, por medio de la rectificación de la señal de entrada, filtración del proceso y la obtención de una señal constante lineal.

(Figura. 3)

Es importante entender el comportamiento que tienen las señales de entrada y salida dentro de las fuentes de alimentación reguladas dual, teniendo en cuenta el funcionamiento electrónico y lógico interno de cada uno de los componentes utilizados.

Un dispositivo de control que permita conectar o desconectar el circuito.

El circuito Fuente de Alimentación permitirá regular el voltaje de salida según la necesidad con un máx. de 30V.

Conductores que permitan el flujo de electrones a través del circuito.

Una fuente de energía eléctrica que puede forzar el flujo de electrones el circuito.

MATERIALES PARA EL PROCEDIMIENTO

COMPUTADOR CAD DE ELECTRONICA PROTEUS (ISIS Y

ARES) CAJA METALICA PARA FUENTE DE

ALIMETNACION TRANSFORMADOR 15-0-15 Voltios,

2 Amperios, con TAP Central. CABLE DE TRES LINEAS CON CLAVIJA

CON POLO A TIERRA PORTA FUSIBLE Y FUSIBLES 2 A (2) PROTECTOR DE CABLE SILICONADO

SALIDA TORNILLOS DE ESTRELLA (8) TRANSISTORES LM317 Y LM7805. CAUTIN ELECTRICO SOLDADURA DE ESTAÑO (CAUTIN) MULTIMETRO BORNERAS (4) PAR PLUGS TIPO BANANA (2) CONDENSADORES 1000uF a 50V (2),

1000uF 35V (1) y 100uF a 50V (1) RESISITENCIAS POTENCIOMETRO 5KΩ (1) VOLTIMETRO ANALOGO 0-30V

III. MARCO TEORICO

En resumen la función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión en una tensión continua. (Figura. 4) (Figura. 5)

Existen básicamente dos tipos de fuente de alimentación:

La Fuente Conmutada y La Fuente Regulada

Cada señal de entrada cuenta con sus características especificas, se utiliza una de ellas de acuerdo al uso final que van a tener, es decir, según los requerimientos de estabilidad y rendimiento que solicite la carga. (Figura. 6) (Figura. 7) a) Transformador de entrada: Modifica los niveles de tensión alterna a los requeridos por el circuito a alimentar. El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 120 V) a otra tensión más adecuada para ser tratada en este caso máx. A 30V. Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas, esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna (AC) y la de salida será directa (DC). Consta de dos sistemas de transmisión de la señal alterna polarizada según el caso sobre un mismo núcleo por caminos conductores de cobre, primario y secundario, es decir la salida de la señal AC antes del puente de diodos (rectificador y los filtros) son completamente independientes y la energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través del núcleo. (Figura. 8) Genera una circulación de corriente magnética por el núcleo del transformador. Esta corriente magnética será más fuerte cuantas más espiras (vueltas) tenga el arroyamiento primario. Si acercas un imán a un transformador en funcionamiento notarás que el imán vibra, esto es debido a que la corriente magnética del núcleo es alterna, igual que la corriente por los arroyamientos del transformador. (Figura. 9) b) Rectificador El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales: (Figura. 10)

http://usuarios.lycos.es/labdeelectronica/cap2.htm#La fuente conmutada


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El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto le entra tensión alterna y tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo: (Figura. 11) (Figura. 12)

Rectificador en Puente

El rectificador más usado es el llamado rectificador en puente, su esquema es el siguiente: (Figura. 13) Cuando Vi es positiva los diodos D2 y D3 conducen, siendo la salida Vo igual que la entrada Vi, cuando Vi es negativa los diodos D1 y D4 conducen, de tal forma que se invierte la tensión de entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva. El resultado es el siguiente: (Figura. 14) c) Filtro con Condensador Este es el filtro más común y seguro que lo conocerás, basta con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta forma: (Figura. 15) (Figura. 16)

En el caso de usar el filtro en un rectificador en puente. Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensión de pico Vmax. Una vez rebasado el pico positivo el condensador se abre; debido a que el condensador tiene una tensión Vmax entre sus extremos, como la tensión en el secundario del transformador es un poco menor que Vmax el cátodo del diodo esta a mas tensión que el ánodo. Con el diodo ahora abierto el condensador se descarga a través de la carga. (Figura. 17)

IV. DATASHEET DE LOS COMPONENTES

LM317

El LM317 es un regulador de voltaje positivo 3 terminales ajustable capaz de suministrar en exceso de 1,5 A en un rango de tensión de salida de 1,2 V a 37 V. Este regulador de tensión es excepcionalmente fácil de usar y requiere sólo dos resistencias externas para establecer la tensión de salida. Además, se emplea a limitación de corriente interna, apagado térmico y zona segura indemnización, por lo que es esencialmente una prueba blow-out. El LM317 sirve una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo locales, en regulación de tarjetas. Este dispositivo también se puede utilizar para hacer una programable regulador de salida, o mediante la conexión

de una resistencia fija entre el ajuste y de salida, el LM317 puede ser utilizado como una corriente de precisión regulador. • Corriente de salida de más de 1,5A • Salida ajustable entre 1,2 V y 37 V • Protección de sobrecarga térmica interna. •Corto Circuito interno del limitador de corriente constante con la temperatura. • Salida de transistor de seguridad - Área de Compensación. •Operación flotante para aplicaciones de Alta Tensión. •Disponible en montaje en superficie D2PAK, y Standard transistor 3 – Lead paquete. • Elimina Stocking muchos voltajes fijos. (Figura. 18) (Figura. 19) (Figura. 20)

FORMULA MATEMATICA Nº 1. HALLAR EL VOLTAJE DENTRO DEL COMPONENTE

LM317

FORMULA MATEMATICA Nº2. HALLAR CORRIENTE DENTRO DEL COMPONENTE

LM317

TABLA DE INFORMACION MAX DE TEMPERATURA ºC

Teniendo en cuenta el comportamiento interno del componente LM317 es necesario conocer bien el diseño Circuital (Diagrama) para obtener un buen funcionamiento es decir, realizar la transformación de la señal de entrada vs. Salida. (Figura. 21) (Figura. 22a) (Figura. 22b)


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LM7805 CARACTERÍSTICAS:

Protección de sobrecarga térmica interna.

Limitar Corto Circuito interno actual.

Corriente de salida hasta 1.5A.

Satisface IEC-65 Especificación. (Comisión Electrónica Internacional).

(Figura. 23) GND tener la precaución de no aplicar un voltaje negativo al terminal de entrada / salida. Además, la atención especial es necesaria en caso de una solicitud de elevación de tensión. Cuando se aplica un voltaje de choque superior nominal máxima para el terminal de entrada o cuando una tensión en exceso de la terminal de entrada voltaje se aplica al terminal de salida, el circuito puede ser destruido. Especialmente, en este último caso, el gran cuidado es necesario además, Si los pantalones cortos de terminales de entrada a GND en un estado de funcionamiento normal, la tensión de terminal de salida se hace mayor que la tensión de entrada (GND potencial), y la carga eléctrica de un condensador químico conectado al terminal de salida desemboca en el lado de entrada, que puede causar la destrucción de circuito. En estos casos, tomar las medidas que un diodo Zener y un diodo de silicio en general están conectados al circuito, como se muestra en la siguiente figura. (Figura. 24)

FORMULA MATEMATICA Nº 3. HALLAR EL POTENCIA DENTRO DEL

COMPONENTE L7805

FORMULA MATEMATICA Nº 4. HALLAR EL RESISITENCIA DENTRO DEL

COMPONENTE L7805

(Figura. 25) (Figura. 26) Nota:

Cuando la tensión de entrada es demasiado alta, la disipación de potencia de tres terminales, porque aumento regulador del regulador de serie, de modo que la temperatura de la unión se eleva. En tal caso, se recomienda para reducir la disipación de potencia mediante la inserción de la potencia limite RSD resistencia en el terminal de entrada, y para reducir la temperatura de la unión como resultado.

FUSIBLE 2A

(Figura 27) (Figura 28)

TABLA DE CARACTERÍSTICAS GENERALES

FUSIBLE

CONDENSADOR 1000uF a 50V

(Figura. 29) Material: Aluminio. • Gran tamaño complemento. • Serie LPR grandes condensadores de tamaño con las terminales especialmente diseñados tienen autosoportante puede ser soldada directamente a placas de circuito impreso sin titulares. • Son fácilmente a la fijación de placas de circuito impreso debido a las terminales especialmente diseñadas.


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V. RESULTADOS OBTENIDOS

Figura 30. Simulación en PROTEUS

Es importante empezar utilizando las herramientas, el software proteus como ayuda en el diseño y análisis del circuito de la fuente es primordial antes de hacerlo en la praxis, permite simulación con los componentes a utilizar en la tarjeta final vemos que el comportamiento de la señal de entrada AC es rectificada por medio del puente de diodos; cambio en la amplitud de la señal de entrada inicial reduciendo la potencia de la señal iniciando el proceso de conversión de la señal.

ANALISIS DE LAS SEÑALES

Figura 31. Osciloscopio 1 LM317 IN-OUT

Figura 32. Osciloscopio 2 ingreso de la señal rectificada, salida de la señal filtrada (Azul) LM7805 IN-OUT

Despues de rectificar la señal es filtrada (Channel B) y mejorada para reducir mas los voltaje picos dentro de un voltaje determinado, con la ayuda de potenciometros varia el rizado de la señal final DC, el componente del circuito RL permite que la señal sea mas pura sin alteraciones en el vpp; siendo constante el voltaje final como se ve en el Channel D (verde).

RESULTADO FINAL DEL PROYECTO FUENTE REGULADA DUAL

Figura 33. Transformador con Tap Central a 2A


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Figura 34. Instalación de las tarjetas dentro de la caja de la fuente regulada, la fuente regulada dual (+/-) y el medidor de voltaje para el channel variable conectado a la salida del potenciómetro.

Figura 35. Frente de la caja de la fuente regulada, la fuente regulada dual (+/-) cuenta con dos channel independientes el primero es de 5V (+/-) FIJOS; y otro VARIABLE DE 0V -30V MAX. (+/-) y el medidor de voltaje para el channel variable conectado a la salida del potenciómetro, cuenta con un margen de error de 5% en el resultado de salida por lo tanto los resultados no son exactos, pueden variar un 5% (+/-).

VI. WEBGRAFIA

http://www.alldatasheet.es/

https://books.google.com.co/books?id=YFA5h_c4RXMC&printsec=frontcover&dq=boylestad&hl=es&sa=X&ei=jubqVOj2BIeeNouahIAB&ved=0CCsQ6AEwAg#v=onepage&q=boylestad&f=false

https://books.google.com.co/books?id=wpRRNiq5V1EC&printsec=frontcover&dq=boylestad&hl=es&sa=X&ei=jubqVOj2BIeeNouahIAB&ved=0CB0Q6AEwAA#v=onepage&q=boylestad&f=false

VII. CONCLUSIONES

Este proyecto fué de gran importancia, ya que no sólo aplicamos los conocimientos adquiridos, sino que fué un trabajo en el que utilizamos todas nuestras experiencias anteriores con circuitos electrónicos.

Fue muy interesante, a través de la investigación, conocer cómo funcionaba una fuente de alimentación con sus diferentes etapas (alimentación, rectificación, filtrado y regulación).

Comprendimos que cada una de estas etapas es muy importante para poder transformar la corriente alterna en directa y poderla utilizar en nuestros circuitos electrónicos.

Consideramos, que al armar la fuente en protoboard no hubo más problema que unas resistencias se quemaran por posicionar mal las conexiones del LM317. Lo bueno es que estos errores hicieron que aprendiéramos y no los cometimos a la hora de armar la placa.

Finalmente podemos decir que este fue un gran proyecto, en el que todos aprendimos de nuestros errores de los de nuestros compañeros, que es importante seguir las recomendaciones del profesor y los consejos de los compañeros; además creemos que proyectos como este, en el que se aplica todo lo aprendido durante lo que llevamos en el programa de carrera es muy importante para que descubramos todas las aplicaciones que le podemos dar y se nos incentive a realizar mas pruebas, practicas e intentar armar nuevos circuitos por nuestra cuenta, asi no sólo se desarrolla el conocimiento teórico, sino también el práctico, en el que los errores que cometemos no son del todo malos, porque nos ayudan a aprender.

http://www.alldatasheet.es/










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GRAFICOS

Figura 1. Diagrama de transformación de voltaje AC a voltaje DC

Figura 2. Diagrama de Circuito para Transformación de Voltaje AC a Voltaje DC

Figura 3. Diagrama Circuital para Transformación de Voltaje AC a Voltaje DC “Fuente de Poder Regulada”

Figura 4. Señal Alterna, analizando el comportamiento de la señal en voltaje y corriente para Transformación de Voltaje AC en Voltaje DC “Fuente de Poder Regulada”

Figura 5. Señal Directa, analizando el comportamiento de la señal en voltaje y corriente para Transformación de Voltaje DC “Fuente de Poder Regulada”

Figura 6. Señal Recortada de Media Onda, analizando el comportamiento de la señal en voltaje y corriente para Transformación de Voltaje DC “Fuente de Poder Regulada” salida de la señal después del puente Rectificador de diodos.

Figura 7. Este es un diagrama en bloques: para explicar el funcionamiento de una fuente convencional.

Figura 8. Diagrama interno del transformador, comportamiento según la amplificación de la señal IN vs. OUT.


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Figura 9. Diagrama interno del transformador, comportamiento de la señal en IN vs. OUT según sus conectores

Figura 10. Diagrama del comportamiento de los diodos dentro de un circuito S1 (open vs. close)

Figura 11. Diagrama del comportamiento del puente rectificador dentro del circuito (open vs. close) según el voltaje de entrada.

Figura 12. Diagrama del comportamiento de la señal a la salida del puente rectificador dentro del circuito (open vs. close) según el voltaje de entrada.

Figura 13. Analizando el comportamiento de la señal en voltaje y corriente para Transformación de Voltaje DC “Fuente de Poder Regulada” salida de la señal dentro del puente Rectificador de diodos.

Figura 14. Señal Rectificada de Onda Completa, analizando el comportamiento de la señal en voltaje y corriente para Transformación de Voltaje DC “Fuente de Poder Regulada” salida de la señal después del puente Rectificador dentro los de diodos.

Figura 15. Analizando el comportamiento de la señal en voltaje y corriente para Transformación de Voltaje en DC “Fuente de Poder Regulada” salida de la señal después del puente Rectificador de diodos se filtra la señal obtenida para entregar una señal más pura con menos ruido.

Figura 16. Tendencia de la corriente que fluye en L para el circuito RL con generador de corriente constante I


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Figura 17. Señal final, analizando el comportamiento de la señal en voltaje y corriente para Transformación de Voltaje DC “Fuente de Poder Regulada”

Figura 18. Comportamiento de cada uno de los pines

Figura 19. Descripción física del componente, área total externa del componente LM317.

Figura 20. Descripción del circuito diagrama de montaje y diseño del componente, para el funcionamiento correcto del LM317.

Figura 21. Descripción del circuito diagrama de montaje y diseño del componente, para el funcionamiento correcto del LM317.

Figura 22a. Descripción del circuito Corriente (A) vs. Voltaje (V) LM317.

Figura 22b. Descripción del circuito Resistencia (Ω) vs. Frecuencia (Hz) LM317.


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Figura 23. Comportamiento de cada uno de los pines

Figura 24. Descripción del circuito diagrama de montaje y diseño del componente, para el funcionamiento correcto del L7805.

Figura 25. Descripción del circuito Corriente (A) vs. Voltaje (V)

Figura 26. Descripción del circuito Resistencia vs. Frecuencia

Figura 27. Descripción física del componente, área total externa del componente

Figura 28. Descripción del circuito Eficiencia (%) vs. Temperatura (ºC)

Figura 29. Descripción física del componente, área total externa del componente

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