Circuito para leer potencia de diodos y SCRs

Se propone un circuito sencillo que facilita la medición mediante osciloscopio de la potencia disipada por diodos y SCRs.

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Fuentes de Potencia Constante

La nota describe la aplicación de fuentes en las que el parámetro de salida estabilizado es la potencia, y la conveniencia de su uso en la alimentación de lámparas de LEDs.

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Mediciones y cálculo de Inductancia de pérdidas

El objetivo es, analizando las formas de onda tomadas en una fuente fly back, calcular la inductancia parásita o de pérdidas del transformador, vista en el primario.
El circuito que se analiza es un pequeño convertidor auxiliar de inversores CC/CA sinusoidales cuyo diseño terminé recientemente.
Es un borrador con anotaciones y cálculos a mano, y espero que la información sea suficiente para comprender la nota.

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Sensores Hall

Los sensores de efecto Hall son aptos para mediciones de corriente en circuitos de potencia, para control o para protecciones.
Allegro MicroSystems tiene una amplia gama de sensores para este tipo de aplicaciones.
La serie ACS758 lleva un sensor montado sobre un conductor de muy baja resistencia, que permite conectarlo en serie con el circuito a medir, y obtener lecturas aisladas de buena precisión en un ancho de banda de hasta aprox. 100KHz.

Para aplicaciones menos precisas, se puede evitar abrir el circuito midiendo en algún elemento magnético.
Por ejemplo, en convertidores CC/CA sinusoidales, en fuentes conmutadas, en cargadores que usan fuentes conmutadas, etc. casi siempre hay un inductor con núcleo de ferrite, y con un entrehierro en el núcleo.
Un sensor como el UGN3503 o su reemplazo actual A1301, se pueden insertar directamente en el espacio del entrehierro.

 

 

 Los sensores se alimentan con 5Vcc y en ausencia de flujo magnético la rensión de salida es de ~2,5Vcc, según la dirección del flujo, la tensión aumenta o disminuye respecto de este valor.

Los oscilogramas siguientes se obtuvieron con un UGN3503 en el inductor de la foto, ¿porque con un sensor ya considerado obsoleto?, bueno, porque es lo que tenía disponible en el cajón de los sensores Hall, las mediciones con un A1301 serán similares.

 El trazo 1 es la corriente en el inductor, el trazo 2 es la tensión de salida del sensor, se observa que en este caso se satura antes que el inductor, por lo cual si hubiera una condición de sobrecorriente en el circuito que superara ~80A, un circuito de protección que tomara la tensión del sensor no "vería" la anormalidad.

La solución es simplemente montar el sensor algo mas afuera en el núcleo para reducir el flujo que lo atraviesa

Con este montaje las ondas son:

 En este caso hay lectura lineal del sensor incluso durante una condición severa de saturación del núcleo.

De paso puede observarse que como la teoría lo indica, la inductancia permanece constante mientras el flujo magnético sube linealmente (la pendiente en la curva de corriente es di/dt=V/L, si la pendiente es lineal, siendo la tensión aplicada al circuito una constante, significa que L es también constante).

Cuando el núcleo comienza a saturarse, y por lo tanto el flujo ya no aumenta linealmente, la pendiente de corriente aumenta, indicando una reducción de la inductancia. Un inductor debe utilizarse solamente en la zona lineal (porque en la zona de saturación prácticamente ya no es un inductor), en este caso hasta una corriente de ~100A.

En caso de un circuito sin un inductor, se puede montar el sensor en un anillo:

 En el sitio de Allegro se pueden ver notas de aplicación para mas detalle.

 

En resumen, se puede leer corriente con aislación, en un ancho de banda razonable, y sin abrir el circuito.

Las aplicaciones en circuitos industriales son muchas, claramente el ancho de banda de los sensores no permiten utilizarlos por ejemplo en fuentes conmutadas de alta frecuencia, pero todos los circuitos con IGBT rara vez superan por el momento los 10 ó 20KHz.

La introducción de semiconductores de alta tensión GaN (Nitruro de Galio) y SiC (Carburo de Silicio), va a permitir aumentar la frecuencia de operación en circuitos de alta tensión y alta potencia.

Finalmente un cálculo, con las lecturas del primer oscilograma, y con el dato de que la tensión aplicada al inductor es de 15Vcc, calcular la inductancia.

Demostración de contenido de armónicas

Algunos osciloscopios, incluso de bajo costo como suelen usarse en centos educativos, incluyen un filtro digital en los canales de entrada.
Se propone una demostración sencilla de como afecta a la forma de una onda su contenido armónico, utilizando ese filtro.

El osciloscopio utilizado en el ejemplo es un Rigol DS1052E.

Procedimiento: (los valores son para este osciloscopio, pueden ser diferentes para el que Ud. utilice).

1-Conecte la sonda del canal 1 a la salida de calibración del osciloscopio.
2-Seleccione acoplamiento CA del canal 1.
3-Ajuste la atenuación del canal para obtener una onda de una 6 divisiones verticales de amplitud. (500mV/div)
4-Ajuste la base de tiempo para obtener aprox. 5 ondas en pantalla (500uSeg/div. para 6 ondas).
5-En el menú del canal 1, active el filtro digital, seleccione la opción pasabajos, y ajuste la frecuencia en 1,5KHz, la onda que antes era cuadrada, se habrá convertido en una sinusoide.
6-Active el menú matemática, seleccione FFT, y cualquier opción de ventana excepto rectangular, seleccione presentación en dB
7-Seleccione pantalla dividida, de manera de ver simultáneamente la onda y el espectro, ajuste los controles de manera de tener la onda de espectro dentro del área visible.
8-Vuelva al menú del canal 1, donde se permite ajustar la frecuencia del filtro, si en alguno de los pasos anteriores el tarado del osciloscopio desactivó el filtro, actívelo nuevamente.
9-Vaya subiendo la frecuencia de corte del filtro, de manera de ir superando cada uno de los armónicos de la onda fundamental (que es de 1KHz en este osciloscopio), y observe como la onda, que es sinusoidal cuando elegimos corte en 1,5KHZ (porque suprimimos todos los armónicos y quedó solo la fundamental) se va deformando y pareciéndose mas a una cuadrada a medida que permitimos pasar mas armónicos.

Capturas de ejemplo

con filtro en 1,5KHz

solo fundamental

con filtro en 3,5KHz


pasa 3er armónico

con filtro en 6KHz


pasa armónico 5

con filtro en 8KHz

pasa armonico 7

con filtro en 10KHz

pasa armónico 9

con filtro en 12KHz

pasa armónico 11





Etc..
Recuerde que las ondas eléctricas, por ser simétricas, sólo contienen armónicos impares.

Ensayos con tensiones altas

En esta nota se propone un circuito para hacer ensayos de semiconductores con tensiones medias y altas.

Hay una nueva versión, se corrigió un error en la identificación de un MOSFET respecto a la nota original.

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Filtros por T.I.

Para quienes estén estudiando circuitos analógicos, o trabajen con ellos, les recomiendo mirar dos notas de aplicación de Texas Instruments, que permiten calcular diferentes configuraciones de filtros analógicos, con unos pocos cálculos matemáticos simples. Se pueden encontrar directamente en la red, buscando en Google u otro motor de búsqueda Filter Design in Thirty Seconds para una de las notas, y More Filter Design on a Budget, para la otra. Posteriormente en algún momento escribiré una nota con algunas formas prácticas de ver la curva de respuesta de circuitos de filtros en osciloscopio.