(Mariano, si te arruino el post avisame, y vemos con algún mod de mover todo esto a otro lado.De paso , intento explicar el filtrado de salida, que te quedé debiendo hace meses.)
Trataré de explicarlo más claramente.
Tenemos el circuito de más arriba. Se alimenta con 220V eficaces 50Hz, y queremos una potencia de salida de 250 o 300W. Supondré que el rendimiento energético es el 100% así es más fácil. C3 no afecta al planteo.
La tensión que se almacena entre los capacitores es aproximadamante el pico de entrada:
Vp = Vef * RAIZ 2
Vp = 220V * 1,4 = 310V (redondeado)
Los capacitores C1 y C2 están en serie, y al punto donde se interconectan va el primario del transformador y su capacitor serie C3. Q1 y Q2 conectan alternativamente al bobinado primario a C1 o a C2 (positivo o negativo, por decirlo así) o bien a ninguno (estado de corte).
Recomiendo de aquí en más aplicar el teorema de Thevening para ver mejor los cálculos, pero no es imprescindible.
La serie C1-C2 soporta 310v; por tanto, no es dificil ver que cada capacitor soporta la mitad de esta tensión : 155V (dos capacitores iguales, en serie....). Entonces, la máxima tensión que puede llegar al bobinado primario es la tension de cada capacitor: 155V.
Dijimos que la potencia de la fuente era 250 o 300W: usaré este último valor. Como en corriente continua P= Vprim*Iprim:
Iprim = P / Vprim = 300W / 155V = 2A (aproximados).
Sé que la tensión de ripple o rizado Vr en un capacitor depende de capacidad C y la carga Q (o la corriente y el tiempo t):
Q = C * Vr I * t = C *Vr
Vr = I * t / C
Sabemos cuanto vale I , y también que en nuestro caso, t = T/2=1 /2f (el tiempo de descarga es la mitad del periodo, o la mitad de la inversa de la frecuencia de red).
Vr = I /(2*C*f)
¿Pero cuanto vale C?
Sabemos que esa corriente I pasa por el primario, cargando a C1 y descargando a C2, o viceversa. Por tanto, para tiempos de conmutación cortos (como es nuestro caso) podemos suponer a C1 y C2 como una fuente de 155V, con los dos capacitores en paralelo entre sí (aplicando teorema de Thevening).
Estas imagenes aclararán un poco las simplificaciones hechas:
Aquí reducimos el circuito a una pila de 310V con los capacitores y el trafo:
Aquí aplicamos el teorema:
Por tanto,
C = C1 + C2
C = 660uF
Y calculamos el ripple en este modelo:
Vr = I /(2*C*f) = 2A / ( 2 * 660uF * 50Hz) = 30V
Gracias al corte y saturación de Q1 y Q2, la tensión continua recién calculada se transforma en una onda cuadrada de varias decenas de kHZ. Por tanto, la tensión de pico de la onda cuadradaque llega al bobinado primario del transformador está entre 125V y 155V, pues el rizado es de 30V.
Nosotros queríamos calcular el secundario para lograr 60V a la salida. La idea fundamental de la regulación por modulación de anchura de pulsos en estas fuentes es controlar el ancho de pulso que llega al filtro LC de la salida (paso bajo), para que esto se traduzca en un control de la tensión de salida.
Dijimos que a veces conduce Q1, a veces Q2 y a veces ninguno de los dos. El máximo tiempo que conduce cada transistor es el 45% del tiempo (depende del circuito de control); por tanto, gracias a D1 y D2 tenemos un ciclo de trabajo máximo del 90%. Yo
voy a suponer un ciclo máximo de trabajo del 80%, para mejor margen de regulación (si tenemos un bajon en la linea por ejemplo) . A dicho ciclo lo llamaré D.
Y recordemos la ley de Faraday-Lenz: si tengo una bobina por la que circula una corriente, la misma se autoinduce una tensión Vl que se opone a los cambios de intensidad de corriente:
Vl = - L di/dt
O sea:mayor inductancia, mayor razon de cambio de corriente, mayor tensión inducida.
Pero,
¿como funciona este filtro?
- Si el trafo proporciona tensión a los diodos, estos hacen circular una corriente (uno a la vez) por la bobina L1 hacia el banco de capacitores de salida y la carga R1. Debido al rápido incremento de la corriente por L1, esta se autoinduce una tensión que se opone a la señal de entrada.Los capacitores se cargan un poco.
- Si el trafo no proporciona tensión, el rápido decrecimiento de la corriente por L1 induce una tensión en esta, que proporciona tensión a la carga. Obsérvese que esta autoinducción obliga a circular una corriente a través de L1, por R1 , ambos diodos al mismo tiempo y ambos bobinados secundarios del transformador.Sobre el los bobinados del transformador no se inducen tensiones aquí, pues los campos magneticos generados por ambas bobinas se cancelan (no hace mucho me di cuenta de eso). Los capacitores de salida. se descargan un poco a través de R1 solamente.
Podemos concluir entonces, que si el ciclo de trabajo es chico, la tensión de salida es chica, pues los capacitores tienen poco tiempo de cargarse (en terminos relativos). Si el ciclo de trabajo es grande, la tensión de salida es grande, pues hay más tiempo para cargar los capacitores. Y si el ciclo de trabajo fuese el 100% (imposible: el maximo es 90%), los capacitores se cargarían hasta la tensión de pico proporcionado por el transformador Por tanto,
la tensión regulada de la salida siempre es menor al pico de la de entrada.
En fórmulas:
Vcc = Vsec * D
Vsec es la tensión inducida en un solo bobinado secundario del trafo.
Dije hoy que no queria que el ciclo de trabajo D superara el 80%, y que
la tensión continua de salida alcance los 60V.Vsec debe ser:
Vsec = Vcc / D
Vsec = 60V / 0.8 = 75V.
La onda cuadrada proporcionada por cada secundario debe tener un pico de 75V.
La tensión minima proporcionada por la etapa de alta tensión era de 125V, dijimos. Por tanto, tenemos que usar esta tensión para calcular la la relación de espiras primario - secundario:
Vprim/ Vsec = Nprim /Nsec
Nprim y Nsec son las espiras de los bobinados primario y secundario, respectivamente.
En nuestro caso:
Nprim /Nsec = 125V / 75V = 1,7
Se trata claramente de un transformador reductor, pues la tensión de cada secundario por separado es inferior a la del primario.
Para determinar eprim, hay que conocer las características del nucleo y demás. Yo no lo haré porque, sinceramente, con el magnetismo soy muy cabezadura.
Supondré arbitrariamente que son 30 espiras.
Cada secundario tendrá:
Nsec = Nprim / 1,7
Nsec = 30e / 1,7 =18e
Cada secundario deberá tener 18 espiras.
O sea:
- un primario de 30 vueltas
- dos secundarios de 18 vueltas.
Espero que este ejemplo sirva de referencia.
Bueno, julkian:
- Los bobinados secundario lo elegís en función de la tensión de salida máxima.
- Tu trafo será reductor. Te confundís porque tomás la tensión de los dos secundarios juntos. Si calculás con uno solo por vez, te da que el primario tiene más espiras que cada secundario.
Saludos.
muy bueno!
