CURSO DE FUENTES CONMUTADAS - LECCION 20
ANALISIS DE LA FUENTE DE UN MODERNO DVD

En la edición pasada explicamos los circuitos específicos que utilizan el integrado STR50103. En esta entrega vamos a analizar la fuente de alimentación de un moderno reproductor de DVD Philips modelo DVD703 muy común en el mercado local y representativo de cualquier otro DVD.

INTRODUCCION

La fuente de alimentación de todos los equipos electrónicos modernos, como televisores, videocaseteras, reproductores de CD, computadoras y ahora DVD, están basadas en el principio de la fuente conmutada.

Quizás podríamos decir que sólo se diferencian las fuentes de los equipos de audio con amplificadores de media y alta potencia. Por ejemplo Home Theater y centros musicales todavía conservan sus clásicas fuentes a transformador debido a la gran variación de carga que tienen estos equipos y a su elevada corriente de funcionamiento. En efecto, en los silencios de audio casi no hay consumo, en tanto que durante un fortísimo de una interpretación de música clásica se pueden consumir 20 amperes en un buen amplificador. No dudamos que aun estos equipos tendrán una fuente pulsada en el futuro, ya que seguramente se digitalizarán y la fuente podrá tener requerimientos diferentes.

Pero en un DVD la fuente es pulsada. Este diseño brinda en un espacio y peso mínimo, un excelente rendimiento eléctrico y una baja emisión térmica acompañada de las adecuada protecciones contra falla, siendo ideal para aquellos equipos que requieren varias tensiones diferentes para su funcionamiento.

Otros autores llaman a estas fuentes como; fuente de alimentación del tipo SMPS (Switch Mode Power Suppli) o fuente del tipo llave de potencia. Significa que del lado primario habrá un oscilador que comandará a la fuente de alimentación.

Este tipo de fuente se caracteriza por la presencia de un transformador del tipo flyback, lo que indica la necesidad de usar una frecuencia elevada para su funcionamiento dejando de lado la frecuencia baja de 50 o 60Hz, típica de las fuentes de alimentación convencionales. Este transformador aísla el equipo de la red de alimentación domiciliaria permitiendo el uso de entradas de audio y video.

En la figura 1 se puede observar una fotografía de este equipo.

 
CIRCUITOS INTEGRADOS DE FUENTES PULSADOS
DE BAJA POTENCIA UC3842A
Nuestra fuente posee un circuito integrado de control indicado como 7145 de moderno diseño, llamado UC3842A. Este CI produce pulsos para una llave electrónica a mosfet 7125 que opera como llave de potencia externa.

La regulación de la fuente de alimentación se lleva a cabo mediante una señal del tipo PWM con la que se controla el ciclo activo (Ton) a una frecuencia fija, de aproximadamente 58 kHz. Esta frecuencia está determinada por un oscilador del tipo R-C.

A continuación describiremos someramente al integrado UC 3842A:

El UC3842A es un excitador de mosfet de frecuencia fija, y alto rendimiento. Las características más importantes de este circuito integrado son:

  • A)- Posee un oscilador que permite un preciso control del ciclo de actividad.
  • B)- Posee un control de temperatura de referencia compensada.
  • C)- Posee un amplificador de error de alta ganancia.
  • D)- Incluye un comparador de protección contra exceso de consumo.

En la figura 2 se puede observar el diagrama en bloques de este integrado. El circuito integrado se alimenta por el terminal Vcc. El primer bloque determina la conveniencia de excitar a la llave de potencia, en función de tener una tensión de alimentación superior a un valor mínimo.

Si la tensión alcanza, el bloque siguiente genera la tensión de referencia de 5V que sale por Vref. El bloque detector de sobretensión controla que esta tensión no supere el valor máximo admisible. Si lo supera corta la salida.

En cuanto el oscilador se energiza, comienza a oscilar independientemente de la condición de sobrecarga de corriente. Su salida se aplica a la compuerta de transferencia. La tensión de error ingresa por la pata de “tensión de control” y se compara con una referencia interna ajustada por el divisor R R. La salida de amplificador de error se envía al exterior para que el diseñador del DVD pueda variar la respuesta en velocidad de la fuente.

La salida del amplificador se envía a la compuerta de transferencia que genera una modulación de tiempo de actividad en la señal del oscilador. La compuerta de transferencia posee una entrada de sobrecorriente que le avisa si la salida se mantiene en los niveles normales. Si se supera un valor pico, la compuerta de transferencia corta la salida.

Por último, existe un amplificador o driver de salida que excita a baja impedancia la compuerta del mosfet. Este etapa posee su propia entrada de fuente Vc y su propia conexión de masa de potencia.

Para una mayor claridad, a continuación se enumera la función de cada pata del integrado.

  • PATA 1 Compensación: es la salida del Amplificador de Error y está disponible para el lazo de compensación.

  • PATA 2 Realimentación de tensión: ésta es la entrada inversora del Amplificador de Error. Normalmente está conectada a la salida de la alimentación de la fuente conmutada a través de un divisor resistivo.

  • PATA 3 Sensado de Corriente: en esta entrada se ingresa un voltaje proporcional a la corriente que atraviesa la llave de potencia. El PWM (Pulse Width Modulation) utiliza esta información para determinar la conveniencia de excitar al Transistor de conmutación.

  • PATA 4 Rt / Ct.: la frecuencia del Oscilador y el ciclo de actividad de salida máximo están fijados por la conexión del resistor Rt a la Vref y del capacitor Ct a masa. Es posible ajustar el funcionamiento hasta una frecuencia de 500 kHz.

  • PATA 5 Masa: masa de alimentación

  • PATA 6 Salida: esta salida maneja directamente la compuerta (gate) del transistor MOSFET de conmutación. Se suministran picos de corriente por encima de 1A.

  • PATA 7 Vcc: alimentación positiva del circuito integrado

  • PATA 8 Vref: pata de salida de la tensión de referencia. Además provee la carga de corriente para el capacitor Ct a través del resistor Rt.
CIRCUITO DE LA FUENTE
En las figuras 3 y 4 se puede observar el circuito completo de la fuente.
 
SECCION DE ENTRADA
El fusible 1120 de 2.5A protege la fuente contra corrientes excesivas de carga. El protector de sobrecargas 3120 desvía la corriente causada por picos de tensión en la red, quema el fusible F1 y protege el circuito.

El resistor 3122 limita la corriente de encendido en el momento de conectar el DVD a la red.

El inductor L5121 y el capacitor C2120 ayudan a aislar la línea de la red alterna del ruido de R.F. generado por la fuente. El L5121 ayuda también a reducir el pico de corriente de encendido sobre el puente rectificador.

La tensión de red es rectificada por el puente de diodos (D6118 al D6121) y por el filtro C2121. Del otro lado de C2121 la tensión continua, de aproximadamente 300V, ingresa por el pin 1 del transformador T5131.

 
CIRCUITO DE ARRANQUE Y DE FUNCIONAMIENTO
El circuito de arranque está formado por R3123, R3134, R3111, D6129, C2134. El capacitor C2134 se carga a través de R3123 y R3134. Cuando la tensión en el pin 7 del IC7145 alcanza la tensión de umbral de arranque mínimo de 14.5V, el IC7145 arranca y el circuito de control comienza a trabajar entregando pulsos por la pata 6. El FET7125 comienza a oscilar al ritmo de los pulsos que recibe en su compuerta (gate). Hasta ahora el IC está trabajando con esa primera carga que acumuló el C2134, y es suficiente para hacer oscilar la fuente en los primeros instantes. Luego de este arranque, el IC7145 requiere una corriente mínima de fuente de 17mA que no puede ser provista por los resistores de arranque. Entonces aparece la contribución de diodo de fuente 6133 que se encarga de proveer la energía en el funcionamiento normal. A este circuito se lo suele llamar de takeover que no puede traducirse más que como fuente de relevo (la traducción literal debería ser de sobre-tomar).

Si el circuito de takeover no se hace cargo de la alimentación de la pata 7 porque el transformador de pulso no devuelve energía, la tensión decrecerá gradualmente hasta que alcance el voltaje de operación mínimo del IC 7145 de 8,5V y el CI se apagará.

Si no funciona la fuente de relevo, el arranque se repetirá en un ciclo de operación completo, como un hipo audible.

El circuito de relevo consiste de: D6133, R3135, L5135 y C2134. Durante los primeros pulsos del arranque del circuito de control y posteriormente, se inducirá una tensión a través del secundario 7 y 9. Esta tensión inducida crece gradualmente y carga al C2134 mediante D6133 y R3135 el cual se hace cargo de la tensión de alimentación del IC7145 por la pata 7.

Con un pulso positivo aplicado a través de R3140 al gate del MOSFET, se satura y lo hace conducir de modo que entre el drenaje (D) y la fuente (S) se produce prácticamente un cortocircuito.

Durante este tiempo denominado Ton, el MOSFET hace circular una corriente. Esta corriente creciente pasa a través del primario, el MOSFET y el paralelo de resistencias R3126, R3127 y R3128 (con una resistencia en paralelo muy baja, inferior a 0.5 Ohms, y cuya función indirecta es limitar la corriente a través del MOSFET informando al CI que debe cortar la salida). Mientras dura Ton la corriente crece en forma de rampa de modo que gradualmente se va almacenando energía en la bobina primaria con polaridad + en la pata 1 y - en la pata 5 del primario.

Cuando ingresa un pulso negativo en el gate del FET, éste se va al corte y no permite la conducción de corriente a través del primario “Toff”. La corriente de drenaje a fuente corta de improviso la rampa de corriente y el primario invierte su polaridad debido a la energía almacenada (es obvio que si cuando la corriente crecía tenía una dada polaridad, cuando comienza a reducirse debe tener la polaridad contraria).

La corriente por el primario no puede cortarse de golpe. El bobinado primario generará la tensión inversa necesaria para que la corriente comience a reducirse, pero seguramente no se va a cortar de golpe. Ahora comienza el período de conducción de los secundarios. Porque la fuerza contraelectromotriz del primario se transmite a los secundarios, de modo que todos los diodos auxiliares conducen.

Ahora la polaridad es tal que aparece una tensión positiva más alta que la de fuente en la pata 5 del transformador de pulsos.

La función de D6140 y R3156 en el gate del MOSFET es la de proporcionar un camino de retorno de las cargas positivas que lo hicieron conducir en el momento en que debe cortar.

Durante el pulso negativo el diodo queda polarizado en directa y en consecuencia queda un paralelo con una R menor a 33 Ohms. Esto asegura que el MOSFET pasará al corte rápidamente reduciéndose la pérdida de energía durante la conmutación.

 
CONCLUSIONES DE LA PRIMERA PARTE
En la próxima entrega, continuaremos explicando el funcionamiento de esta fuente para DVD y completaremos el tema dando algunas indicaciones generales para probar otras fuentes similares.
 
Autor: Ing. Alberto Horacio Picerno
E-Mail: picernoa@fullzero.com.ar
FIGURA 1
 
FIGURA 2
 
FIGURA 3
 
FIGURA 4
 
 
 
 
 
PROMOCIONES
 
 
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