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´ INSTITUTO TECNOLOGICO DE MORELIA ´ DEPARTAMENTO DE INGENIER´IA ELECTRONICA

Practica I Modulaci´ on por Ancho de Pulso (PWM) Ortiz Ruiz Alexis NC:13121127 Rom´an Concha Juan Jes´ us NC:11121319 Grupo A 18 de abril de 2016 Maestro: D.C. H´ector Suarez Aparicio

1.

Introducci´ on

La modulaci´ on por ancho de pulso (pulse width modulation PWM) es un tipo de se˜ nal de voltaje utilizada par enviar informaci´on o para modificar la cantidad de energ´ıa que se env´ıa a una carga. Este tipo de se˜ nales es muy utilizada en circuitos digitales que necesitan emular una se˜ nal anal´ogica. Este tipo de se˜ nales son de tipo cuadrada o sinusoidales en las cuales se les cambia el ancho relativo respecto al per´ıodo de la misma, el resultado de este cambio es llamado ciclo de trabajo y sus unidades est´an representadas en t´erminos de porcentaje. Matem´aticamente se tiene que: D=

τ ∗ 100 % T

donde D= ciclo de trabajo τ = tiempo en que la se˜ nal es positiva T= per´ıodo Para emular una se˜ nal anal´ ogica se cambia el ciclo de trabajo de tal manera que el valor promedio de la se˜ nal sea el voltaje aproximado que se desea obtener, pudiendo entonces enviar voltajes entre 0 V y el m´aximo que soporte el dispositivo PWM utilizado, en este caso al emplearse el T L494 se fija como m´aximo un voltaje de 3,3V para tener como l´ımite el pico de la se˜ nal diente de sierra.

2.

C´ alculos 1. Se quiere un PWM con una frecuencia de 100kHz y con una corriente de transistor de 100mA. 2. Se requiere una Frecuencia f0 = 100kHz, proponiendo un CT = 1nf, para RT f0 =

1 RT ∗ CT

despejando para RT RT =

1 1 = = 10kΩ f0 ∗ CT 100kHz ∗ 1nf

para la conexi´ on del pin6 (RT ) se propuso un potenciometro de 10kΩ en serie con una resistencia de 2,2kΩ para sobrepasar el l´ımite calculado de 10kΩ y tener un mejor control de la frecuencia. 1

3. Para la resistencia de emisor se quiere una corriente de 100mA por lo tanto Re1 =

12v = 120Ω 100mA

4. Para el voltaje de Feedback se requiere un voltaje de 3,3V para no sobrepasar la se˜ nal de rampa, para dicho prop´osito se coloca un divisor de tensi´ on en el pin 3, con una alimentaci´on de 5V de referencia, proponiendo una resistencia de 5KΩ, para calcular R1 : R2 R2 ∗ R1 VR2 (R2 ∗ R1 ) = Vi ∗ R2 Vi ∗ R2 R1 = − R2 VR2 5V ∗ 5kΩ R1 = − 5kΩ = 2575Ω 3,3V VR2 = Vi ∗

5. Para el control de tiempo muerto (DTC) se quiere que no sobrepase del 85 % por lo que se toma ese valor como el 3,3V que se desea de salida, de forma similar se propone un potenciometro con un valor de 2kΩ y de forma similar al R1 de feedback se calcula R1 para DTC: R1 =

5V ∗ 2kΩ − 2kΩ = 1kΩ 3,3V

6. Se propusieron los siguientes ciclos de servicio 60, 40 y 25, para los cuales se calcularon los voltajes de la siguiente forma a) Ciclo de servicio de 60

X = (3,3 ∗ 60)/100 = 1,98 CS = 3,3 − (1,98 + 0,12) = 1,2V b) Ciclo de servicio de 40

X = (3,3 ∗ 40)/100 = 1,32 CS = 3,3 − (1,32 + 0,12) = 1,86V

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c) Ciclo de servicio de 25

X = (3,3 ∗ 40)/100 = 0,825 CS = 3,3 − (0,825 + 0,12) = 2,35V

3.

Simulaciones

Empleando la herramienta de Orcad Pspice se construy´o virtualmente el circuito de la Figura 1.

Figura 1: TL494 Circuito para la pr´actica.

se obtuvieron las siguientes formas de onda de las simulaciones

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Figura 2: Ciclo de trabajo igual a 60. La se˜ nal roja es la salida del PWM. La azul claro es el pico de rampa. La amarilla es el DTC y la azul fuerte es el Vc.

Figura 3: Ciclo de trabajo igual a 40. La se˜ nal roja es la salida del PWM. La azul claro es el pico de rampa. La amarilla es el DTC y la azul fuerte es el Vc.

Figura 4: Ciclo de trabajo igual a 25. La se˜ nal roja es la salida del PWM. La azul claro es el pico de rampa. La amarilla es el DTC y la azul fuerte es el Vc.

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4.

Resultados pr´ acticos

Se construy´ o f´ısicamente el circuito de la Figura 1, en el laboratorio estableciendo los 3 ciclos de servicio propuestos se obtuvieron los resultados que se presentan a continuaci´ on.

(a) ciclo de trabajo

(b) voltaje de control

Figura 5: Ciclo de trabajo de 60

(a) ciclo de trabajo

(b) voltaje de control

Figura 6: Ciclo de trabajo de 40

(a) ciclo de trabajo

(b) voltaje de control

Figura 7: Ciclo de trabajo de 25

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5.

Conclusiones

Ortiz Ruiz Alexis Esta pr´ actica se realiz´ o con el circuito integrado T L494 ya que se puede dise˜ nar un PWM. Una vez que se realizaron los c´alculos correspondientes lo siguiente fue realizar la simulaci´ on. En la simulaci´on se tuvieron algunos problemas ya que hab´ıa componentes que estaban mal conectados. Otro de los problemas dentro de la simulaci´ on fueron los potenci´ometros ya que si el SET del pot no se ten´ıa en el valor adecuado, la simulaci´on en PSPICE no corr´ıa, entonces una vez propuestos los tres ciclos de servicio el SET del pot se adecu´o al valor y ya corr´ıa adecuadamente la simulaci´on. Ya teniendo el circuito correspondiente montado en el protoboard, con el osciloscopio se midieron las se˜ nales del diente de sierra y la de la salida de uno de los dos transistores y se pudo observar que el diente mostraba ruido as´ı que para resolver este error el profesor nos hizo medir la se˜ nal del alimentaci´ on del circuito (+12V ) y al medirla se pod´ıa una observar una l´ınea recta y limpia y al conectarla al circuito era cuando se mostraba el ruido en la diente de sierra. As´ı que para resolver este error se coloc´o un capacitor electrol´ıtico de 10µF al voltaje de alimentaci´on, una vez puesto el capacitor el diente de sierra ya no mostraba ruido. Una vez resuelto este problema ya no hubo mayor problema en realizar la pr´actica. Hay que tener en cuenta varios factores a la hora de realizar el dise˜ no del PWM y uno de ellos es el valor del ciclo de servicio y el valor de DTC ya que estos dos valores nos permitir´an hacer un dise˜ no adecuado con el valor de resistencias adecuadas. Otro factor muy importante y que a veces puede ser una equivocaci´ on es que el pin 14 se toma como una entrada cuando en realidad es una salida de +5V que nos permite generar las tensiones de set point para los amplificadores de error y para el control de tiempo muerto. Hay que tener cuidado en manejar las corrientes de los transistores ya que la corriente m´ axima es de 250mA y si esta se sobrepasa se puede llegar a quemar el T L494 as´ı que la recomendaci´on es trabajar a una menor corriente que la m´ axima y poner una resistencia a la salida del emisor.

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Rom´ an Concha Juan Jes´ us Durante la presente pr´ actica se trabaj´o con el T L494 un integrado que puede generar una se˜ nal PWM.Despue´es de realizar los c´alculos, uno de los problemas a resolver en el transcurso de la misma fue la simulaci´on de dicho circuito, debido al modelo y a los potenciometros requeridos, para los cuales se tuvo que calcular un ajuste de SET. Al realizar el armado y las pruebas en laboratorio se present´ o un ruido en la se˜ nal de salida tomada el canal 1 del osciloscopio al capacitor externo y el canal 2 a la resistencia de emisor referenciada a tierra, dicho ruido era introducido por las fuentes de alimentaci´ on empleadas, cuya soluci´on fue la adici´on de un capacitor de 10µF al circuito de vcc a GND. Debe de tomarse en cuenta al dise˜ nar el circuito que el integrado presenta voltajes internos por lo que existen variaciones entre el ciclo de servicio propuesto y el calculado, otra consideraci´on es la potencia de la resistencia ya que si no queremos quemar los transistores se debe trabajar a una corriente menor al m´ aximo, en este caso menor a 250mA.Por ultimo es importante aclarar que en todo momento se trabajo en modo normal, aunque el dispositivo puede operar en dos modalidades, normal y push-pull, por eso en el canal dos siempre veremos la misma onda sin importar si se conecta al emisor 1 o al emisor 2 (haciendo la correspondiente conexi´on al colector).

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6.

Anexo

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