Consulta sobre regulador de 50 V

[progrules]

Hola, estoy realizando un proyecto en la Universidad en el cual requiero obtener 50 V regulados a partir de una fuente de 70 V. Con respecto a la corriente, con unos pocos miliamperes es suficiente (10 mA sobre la carga por ejemplo). El circuito planteado por el profesor se muestra adjunto.

​V2 (70 V) vendria a ser la tensión de alimentación.
V4 es una tensión senoidal agregada como para simular un ripple y ver que a la salida no aparezca (para probar qué tan bien está regulando).
V1 es una tensión de referencia de 2.5V, que se va a realizar con un LM336 (por ahora se simula como una tensión ideal).
R5, R2 es el divisor que se calcula para tener una tensión de salida de 50V [V1 = 50V*R2/(R2+R5)]
R6 es la resistencia de carga (10k).
El comparador U1 es un operacional de precisión que funciona con fuente simple.

La cuestion es que con estos valores que calculamos el sistema no está regulando, como se puede ver (entrada a 70V con "ripple" y salida a 50V también con "ripple") (adjunto imagen)

Yo intuyo que estoy calculando mal las resistencias R3 y R4. Lo que hice fue basicamente probar valores hasta obtener una tensión de aproximadamente 50.7 V en la base de Q2, y asi obtener 50 V en el emisor. Con estos valores la corriente que circula sobre la carga es de aproximadamente 5 mA.

No se si es un problema de que falta algo en el diseño del circuito, o está mal algún valor o componente. Cualquier sugerencia será bienvenida.

Adjunto por las dudas el archivo del circuito en LTspice en un rar.

Saludos y gracias de antemano por cualquier ayuda.

 

[Gudino Roberto duberlin]

Hola, no te fies de los simuladores. En teoría el circuito está bien diseñado, salvo que a la salida de U1, le falta una resistencia de polarización de base. Y V1 debe ser una tensión de ref. de precisión.

 

[peperc]

hola, mirando esto, les consulto una duda.

cuando se dibuja una fuente de alimentacion, ¿ como se sabe que tipo de fuente es ??
Por que si es con transformador, se utiliza un sistema ( transistor serie) pero si es a capacitor , pues el tipo de fuente es diferente.

en ejercicios teoricos como es el tema?
se supone que se habla siempre de fuente con transformador ?
o en la universidad a la fuente a capacitor se le denomina de otra manera ?

 

[savad]

Con respecto a tu duda del cálculo de las Resistencias, Yo las calculó tomando en consideracion que el transistor Q1 va estar saturado (Vce=0.1V) y se simplifica el diseño a un simple divisor de voltaje.

Con los valores que tienes el voltaje en la base de Q2 quedaria:
Vbq2 = Vin (R4 /(R3 + R4 )) + Vceq1sat y lo que no mencionas: Icq2= Bq2 * Ibq2 B=Beta
Vbeq2 = 70 (8.75 / (3.3 + 8.75) + 0.1 .................................... Ibq2 = IR3 - IR4
Vbeq2 = 49.37 + 0.1 = 49.38 V

El voltaje de salida (aún con el transistor Q1 totalmente saturado), seria
Vout = Vbeq2 + Vbeq1
Vout = 49.38 + 0.65
Vout = 50.03

Como veras le dejas muy poco espacio para que puedas regular, ádemas de que siempre esta arriba de tu meta de 50V

Las resistencias no se calculan por intuición, ni por prueba y error como tu comentas que lo hiciste, sino aplicamos las ecuaciones y técnicas que te enseñan o aprendes de los libros y la experiencia de tus profesores
Yo te recomiendo que simplifiques tu diseño de manera que puedas aplicar lo que sabes.

En tu caso un simple regulador serie sin retroalimentación, de manera que te de el voltaje y la corriente que necesitas de carga, y tomando en consideración tu meta de regulación.

Suerte en tu aprendisaje!

Nota: siempre has una bitacora de los cálculos de tu diseño, Mathlab o Mathematica son ideales, pero aún con Excel es fácil evitar errores de aritmética y te deja una buena referencia para tus futuros diseños... ádemas de que puedes compartir con tus compañeros del foro cómo estas pensando y es muy fácil seguirte ...no somos clarividentes ...ni tenemos bolitas blancas magicas.

 

[pandacba]

A que llamas una fuente a capacitor????

 

[elaficionado]

Hola.



Chao.
elaficionado.

 

[savad]

El añadir la resistencia entre el opamp y el transistor no va resolver su problema, ya que el ruido va seguir siendo amplificado, para reducrlo debes introducir un defasamiento de 180º de la señal de ruido para contrarestarla (ó una cosenidal para hacer la linealización del ruido)

 

[Gudino Roberto duberlin]

El añadir la resistencia entre el opamp y el transistor no va resolver su problema, ya que el ruido va seguir siendo amplificado, para reducrlo debes introducir un defasamiento de 180º de la señal de ruido para contrarestarla (ó una cosenidal para hacer la linealización del ruido)

Si no se coloca una resistencia limitadora, la salida del op-amp estará cortocircuitada a la unión base-emisor del transistor, cuándo conduzca.

 

[savad]

Ve este cto ... la inversion de 180º la da el transistor Q1 operando como Emisor común
Observa que el transistor Q2 esta trabajando en una configuración BASE COMUN,
y el capacitor me reduce el ruido (probado hasta 14V) a unos cuantos miliVolts
... Lo ideal seria poner un Pot (20 ohms en lugar de R1 y dejar R7 a 82 ohms) para ajustar exactamente a 50V, pero 50.006 Vdc son más que suficientes



Si desea más corriente ...hasta 1 amp ...solo cambias el valor de R4 a 100 ohms



Se puede mejorar el ruido agregando otro transistor para hacer Q2 se comporte como un darlington,
Entonces esta fuente puede aguantar hasta 19V de riso ... nada mal!!
Con 20V de riso el voltaje sigue en 50V pero tiene una caida de 450mV muy rápida ... pero aun aceptable, ...prueba y veras

Y bajar costos cambiando el circuito R3C1 x uno R3 C1 R8 el capacitor se reduce a 120uF bajando el costo y se hace R3 = R8 = 510 ohms. Ademas se logra mejor respuesta transitoria. Con estos cambios la fuente puede otorgar 50V con cargas desde 50 ohms (1A) hasta 50K (1mA), claro hay que retocar R1,R7 (pero se supone que estos son parte del pot de ajuste fino de voltaje)

Ahora podrias ver la otra solución .... agregar un cto para linealizar el ruido y eliminarlo casi por completo .... un poquito mas complejo pero con un OP-Amp se logra .... el que hice, como es tu tarea no lo publicaré, me deja un ruido del orden de 2 pV. con 20 V de riso de entrada ..... nada mal verdad?