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Prácticas de Electrónica de Potencia

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

PRÁCTICA 1 EL MODULADOR DE ANCHURA DE PULSOS (Parte I) 1. EL MODULADOR DE ANCHURA DE PULSOS. TIPOS El modulador de anchura de pulsos constituye un bloque funcional presente en cualquier convertidor conmutado y es responsable de la generación de una o varias señales de pulsos de anchura modulada (señal PWM). La señal útil que entrega un convertidor se encuentra contenida en el espectro de la señal PWM y por ello debe someterse a un proceso de filtrado con objeto de discriminar todas aquellas componentes indeseadas. Independientemente de cual sea su génesis, una señal PWM es un tren de pulsos de amplitud VM y de anchura variable. En esta práctica se considerarán dos técnicas diferentes de variar la anchura de los pulsos: Técnica 1. Tren de pulsos de frecuencia fija y ciclo de trabajo variable Si se define el estado ON como el subintervalo en que la señal PWM adopta el valor VM y estado OFF el subintervalo en que adopta el valor 0, puede definirse el ciclo de trabajo en el período i-ésimo (Di ) de la siguiente forma (ver figura 1):

Di =

Duración del estado ON en el período i TON i = Duración del período i T

VM

ON

ON

DiT

Di+1T

OFF

OFF

0 0

Período i

Período (i+1)

T

2T

Figura 1. Señal PWM de frecuencia fija y ciclo de trabajo variable.

1

(1)

Prácticas de Electrónica de Potencia

Según puede apreciarse en la figura 1, la señal obtenida según esta técnica está formada por una sucesión de pulsos de frecuencia fs = 1/T y de ciclo de trabajo variable. Técnica 2. Tren de pulsos de ciclo de trabajo constante y frecuencia variable En este caso D i = cte. =

TON i Ti

(2)

es decir, la duración de cada subintervalo ON relativa a la duración de cada período es constante, mientras que cada período puede ser de duración diferente (Figura 2).

VM

ON

ON

DTi

DTi+1

OFF

OFF

0 Ti

Ti+1

Figura 2. Señal PWM de frecuencia variable y ciclo de trabajo constante.

En la mayor parte de las aplicaciones de los convertidores conmutados, el objetivo es obtener una señal continua. A continuación se imbrica cada una de las señales anteriores en una estructura que permita extraer de una forma versátil una componente continua relacionada con el parámetro variable (frecuencia o ciclo de trabajo) de dichas señales.

2

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2. EL MODULADOR PWM DE FRECUENCIA FIJA Y D VARIABLE 2.1 El convertidor en lazo abierto Considérese el modulador PWM a frecuencia fija y D variable (que se denominará PWM1) de la figura 3: fs

VM L

PWM1

+

Out

+ VM

D

C

Gnd

+

R

Vo

d(t) _

Filtro Paso-Bajo

Figura 3. Modulador PWM1 en un convertidor reductor.

Obsérvese como las señales de entrada al modulador son: El ciclo de trabajo, d(t). La amplitud de la señal PWM. (supuesta constante, aunque eventualmente podría experimentar alguna variación). A su vez, el modulador PWM1 emplea la frecuencia de conmutación (fs) como parámetro. La señal PWM resultante aparece en el terminal "Out", referida al terminal "Gnd", y ataca al filtro paso-bajo. Nótese que el valor medio de la señal PWM (componente continua) puede expresarse según: Componente DC = D ⋅ VM

,

0 < D