Capitulo 4 - Descripcion de Fuentes as

CLUB SABER ELECTRÓNICA 73

Introducción

La fuente de alimentación de muchosequipos electrónicos modernos, talescomo videocaseteras, reproductores deCD y DVD, computadoras y otros, tam-bién está basada en el principio de lafuente conmutada. Este diseño brinda enun espacio y peso mínimo un excelenterendimiento eléctrico y térmico junto conuna adecuada protección eléctrica y tér-mica y es ideal para aquellos consumosque requieren varias diferentes tensionespara su funcionamiento.

En este capítulo describiremos algu-nas fuentes de otros equipos para que Ud.las compare con las descriptas para televisores ytenga una visión más amplia del tema. En la figura 1vemos el aspecto de la fuente de alimentación de unode los modelos de reproductor de DVD de Panaso-nic.

El Diagrama en Bloques de Otra Fuente

En la figura 2 vemos el diagramaen bloques de este tipo de fuente quese caracteriza por la presencia de untransformador del tipo flyback, lo queindica la necesidad de usar una fre-cuencia elevada para su funcionamien-to, prescindiendo de la frecuencia bajade 50 o 60Hz, típica de las fuentes dealimentación convencionales.

El funcionamiento de este tipo defuente puede explicarse de la siguientemanera. Se aplica una tensión de +Bproveniente de un circuito rectificadoral primario del transformador flybackT11 y después a la pata 1 del procesa-dor IC11. El retorno al circuito rectifi-cador se efectúa por medio del resistor

R11. El resistor R21 suministra la tensión inicial dearranque a la pata 9 de IC11. Un regulador internosuministra la tensión +B que necesita IC11. Un osci-lador y modulador interno del tipo PWM (PulseWidth Modulation) suministra la señal a un circuitode excitación proporcional de drive. La forma de on-da resultante es aplicada a un circuito interno de dri-ve. La señal de drive sale por las patas 4 y 5 de IC11y es aplicada a la etapa final por medio de la pata 3.

DESCRIPCIÓN DE

FUENTES CONMUTADAS

DE OTROS EQUIPOS

Figura 1

Figura 2

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El circuito de salida excita el transformador flybackT11 por la pata 1. Una tensión derivada del secunda-rio B es rectificada por el diodo D21 y reemplaza latensión de arranque aplicada a la pata 9 de IC11.

Una tensión de referencia rectificada por el dio-do D22 es sensada por medio de la pata 8 para inhi-bir el funcionamiento del integrado. Un circuito sen-sor de exceso de corriente monitorea la corriente queatraviesa R11. Si la corriente es excesiva, un circui-to cerrojo se activa e impide el funcionamiento pormedio de un circuito interno de sobretensión OVP(Over Voltage Protection) y otro de protección térmi-ca TSD (Thermal Shut Down).

Una corriente primaria excesiva es sensada por lapata 6. Este circuito termina el ciclo del oscilador sila corriente primaria resultase excesiva. La regula-ción de la tensión es facilitada por medio de una rea-limentación de una tensión de referencia por mediode un aislador óptico Q31 conectado a la pata 7.

El circuito del rectificador

En la figura 3 vemos el circuito del rectificador.El fusible F1 de 1,6 amperes protege la fuente contracorrientes excesivas.

El protector de sobrecargas D2 desvía la corrien-te causada por picos de tensión en la red, quema elfusible F1 y protege el circuito.

El inductor L1 y el capacitor C1 ayudan a aislarlínea de la red alterna del ruido de R.F. generado porla fuente. L1 ayuda también a reducir el golpe de co-rriente de encendido sobre el puente rectificador D1.

Los capacitores C2 y C3 establecen un potencialde referencia de la masa aislada con respecto a la lí-nea de alterna.

R1 impide la formación de cargas en la masa ais-lada al descargar constantemente el terminal común.

Los inductores LB1 y LB2 impiden que el ruidode conmutación se introduzca en la masa aislada.

D1 es un rectificador de onda completa.C11 filtra la tensión continua rectificada y sumi-

nistrada al regulador conmutado.

Circuito de Conmutación de Salida de la Fuente

En esta fuente de alimentación el circuito de sa-lida de la fuente está incorporado en el controladorIC11. En la figura 4. vemos este sector del circuito.El transistor interno TR2 es usado como driver-am-plificador intermedio. El circuito de excitación pro-porcional suministra una señal de pulsos cuadrados asu base. Esta señal es amplificada y aislada y salepor la pata 5 de IC11.

Cuando el circuito de excitación proporcionalaplica un "HIGH" a la base de TR2, permite que lasalida en la pata 4 quede flotando. A su vez cuandoaplica un "LOW" a la pata 4, también aplica un"LOW" a la base de TR2. El resistor externo R14permite que la salida de señal de TR2 en la pata 5 seacombinada con la salida de señal de excitación pro-porcional en la pata 4. Ambas señales se combinan yse acoplan a la pata 3 de IC11 por medio de R15 yC13. Esta señal actúa como driver para el transistorinterno de conmutación TR1.

Durante la parte de "apagado" de la señal, la pa-ta 4 está conectada a masa a través del excitador pro-porcional y el capacitor C13 se descarga a través deD11.

Cuando vuelve la parte positiva del "encendido"de la señal, TR1 conduce a medida que C13 se car-ga. El emisor de TR11 está conectado a masa por

REPARACIÓN DE TELEVISORES DE ULTIMA GENERACIÓN

Figura 3

Figura 4

DESCRIPCIÓN DE FUENTES CONMUTADAS DE OTROS EQUIPOS


medio de la pata 2 de IC11. La conducción de TR1conecta a masa la pata 1 y permite que circule co-rriente a través del bobinado primario del transfor-mador T11.

El Arranque de la Fuente

Inicialmente, cuando se enciende el equipo, latensión de +B es suministrada a la pata 9 de IC11 pormedio de los resistores R21 y R24.

La tensión de +B forma una rampa en la pata 9 amedida que el capacitor C21 se carga. Tan pronto latensión llega a 7,6 volt, el circuito de arranque en elIC11 se activa y suministra tensión al regulador in-terno.

El regulador interno aplica tensión a loscircuitos del oscilador y driver de IC11.La tensión generada en el bobinado B esrectificada por el diodo D21 y filtradopor C21. La tensión +B resultante esusada para alimentar a IC11, eliminandola necesidad para R21 y R24 cuando seestablece el modo funcional. En la figu-ra 5 vemos el circuito correspondiente.

El Oscilador

El circuito del oscilador recibe su ten-sión de +B del circuito del regulador in-terno. Los tiempos de este oscilador sefijan por los circuitos de temporización"T-ON" y "T-OFF". El oscilador formarampa a medida que el capacitor interno

C1 se carga a través de R1. Esta rampa decae a me-dida que el capacitor C2 descarga por R2. Este pro-ceso forma una onda triangular que se aplica al exci-tador proporcional que la transforma en una ondacuadrada. La pata 8 suministra realimentación desdeel transformador T11. Esta señal de realimentaciónsincroniza el periodo de corte del oscilador con elcolapso del campo magnético del transformadorusando dos comparadores internos. Los comparado-res Op1 y Op2 son referenciados por 0,75 volt y 1,4volt, respectivamente.

La Regulación de la Fuente

Esta fuente de alimentación usa la modulaciónpor ancho de pulso pa-ra obtener una tensiónde salida constante. Alacortar el tiempo de laformación de rampa(tiempo de encendido)se reduce la potenciaaplicada al transfor-mador durante cada ci-clo de trabajo. Esto re-duce las tensiones desalida, en cambio elaumento del tiempo deencendido resulta enun aumento en las ten-siones de salida. El re-sistor interno R1 y elcapacitor interno C1determinan la constan-

Figura 5

Figura 6


te de tiempo de la rampa. El valor de C1 es de0.0033µF y el valor de R1 es ajustado en fábrica co-mo para obtener un tiempo de rampa mayor que elnecesario, lo que resulta en una tensión de salida ex-cesiva. Se agrega una red externa, formada por R31,Q31, R32 y D32.

Esta red asiste al resistor interno R1 para lograruna carga más rápida de C1. Así se reduce el tiem-po de la rampa. La variación de la resistencia de es-te circuito modifica el tiempo de la rampa.

Esta variación se logra por la variación de la con-ducción del transistor en el acoplador óptico Q31. Laresistencia de Q31 es inversamente proporcional a laintensidad de la luz que incide en su base. Un diodoLED en el interior de Q31 suministra la intensidadde luz sobre la base del transistor para producir lastensiones de salida deseadas. En la figura 6 podemosobservar los detalles de este circuito.

La Limitación de la Corriente del Primario

Para proteger la fuente de alimentación de la des-trucción por corriente exclusiva, se agrega un circui-to de limitación de la corriente del primario. Cuandoel transistor Tr1 es conmutado para conducir, la co-rriente circula por el bobinado del primario del trans-formador T11. Cuanto más tiempo el transistor Tr1conduce, mayor será su corriente. A medida que lacorriente aumenta, la caída de tensión sobre R11

también aumenta. Esta caída de tensión es aplicada ala pata 6 de IC11 a través de un divisor de tensiónconsistente de R13 y R12.

Tan pronto como la pata 6 se polariza más nega-tivo que la tensión interna de referencia de -1 volt, lasalida del amplificador operacional interno va aHIGH, terminando la parte de ON del ciclo del osci-lador. Esto se repite en cada ciclo del funcionamien-to.

Circuitos de Protección

En el procesador IC11 se encuentra incorporadoun circuito cerrojo, como vemos en la figura 7. Estecerrojo permite detener el funcionamiento de lafuente de alimentación en caso de suceder defectos.Un sensor de corte térmico activa la compuerta OR,OR1 si la temperatura del integrado excede el límiteprefijado de 150°C. Esto activa el cerrojo que a suvez bloquea el oscilador y detiene la fuente.

La tensión de +B aplicada a la pata 9 de IC11 esmonitoreada por un protector de sobretensión (OVP= Over Voltage Protector). Si el +B alcanza el nivelindeseado de 10 volt, el circuito OVP activa la com-puerta OR y apaga la fuente de alimentación.

La tensión de cresta no filtrada es derivada deltransformador T11 y es aplicada a la pata 8 de IC11a través de D22 y es monitoreada por el comparadorOP3. Si la tensión de cresta alcanza a 5,1 volt, elcomparador activa la compuerta OR y apaga la fuen-

te.Cuando el apagado ocurre,el cerrojo permanece blo-queado hasta que la tensióndesaparece o la corriente através del cerrojo se reducea menos de 500µA.

Las Fuentes del Secundario de T11

La tensión de las fuentesderivadas del secundariodel transformador T11 pue-de variar debido a las varia-ciones en la fuente de 6 voltque se usa como realimen-tación para la regulación.Por este motivo, es impor-tante que cada una de estasfuentes de tensión sea regu-lada en forma individual.


Figura 7



Los 12 volts que salen de la pata 17 de T11 son fil-trados y aplicados al colector del regulador Q31. Es-te transistor es usado como conmutador y como re-gulador. Cuando la línea del encendido (POWERON/OFF) se encuentra en LOW, Q34 está apagado.Por lo tanto QR33 es apagado y no llega ninguna po-larización a la base de Q31. Se observa este circuitoen la figura 8.

Esto produce el corte de Q31 y el apagado de lafuente de 9 volt. Cuando se enciende el equipo, Q34y Q33 empiezan a conducir y suministran una pola-

rización a la base deQ31 a través de los re-sistores R31 y R32.Esta polarización es fi-jada por el diodo Ze-ner D32 en 10 volt. Eltransistor Q31 condu-ce y suministra 9,3volt en su emisor.Con la fuente de 9 voltencendida y reguladapor el diodo ZenerD32, resulta importan-te encender y regulartambién la fuente de -9volt. Además, es muyimportante que este ni-vel se mantenga enconcordancia con elnivel de +9 volt. Cuan-do la tensión de 9 volt

sube o baja, la tensión de -9 volt también debe subiro bajar en concordancia.

En la pata 18 de T11 existe una tensión rectifica-da y filtrada de -13 volt. La polarización para el tran-sistor de regulación Q41 es suministrada por el resis-tor R42 y el transistor Q42. Cuando la tensión de 9volt aparece en el emisor de Q32, éste conduce y en-ciende Q42. El transistor Q42 polariza Q41 para con-ducir y la tensión de -13 volt aparece en su emisor.Como en el divisor de tensión R43, R36 y R35 apa-rece una tensión negativa más alta en un extremo y

Figura 8

Figura 9


una tensión positiva más baja en el otro, esta polari-zación hace conducir Q43. La conducción de Q43reduce la polarización en la base de Q41.

Esto reduce la tensión de salida de Q41 y lo ajus-ta a -9 volt. Inversamente, una disminución en la ten-sión de -9 volt produce una reducción en la conduc-ción de Q41 y restaura los -9 volt. Un incremento enel nivel de 9 volt produce la menor conducción deQ43 y la mayor conducción de Q41. Esto balancea elincremento o la reducción de +9 volt y -9 volt en for-ma recíproca.

Guía de Fallas

1.) La fuente de alimentación no arrancaEn la figura 9 vemos un esquema parcial que per-

mite el análisis de esta falla.A.) Un resistor R21 o R24 defectuoso impide la

carga inicial de C21 y la llegada de la tensión dearranque a la pata 9 del procesador IC11.

B.) Un capacitor C21 abierto impide la genera-ción de carga suficiente para el arranque de la fuen-te.

C.) Un diodo D21 o capacitor C21 en cortocir-cuito desvía toda la energía a masa.

D.) Un procesador IC11 defectuoso puede impe-dir el arranque.

2.) Apagado sin motivo aparenteObserve la figura 10.A.) El capacitor C41 se carga con la caída de ten-

sión sobre R11. Si Q43 no deriva la energía excesi-va de C41 se puede presentar un apagado sin motivoaparente.

B.) El amplificador operacional Op3 integradoen IC11 puede estar trabajando con una tensión dereferencia incorrecta y provocar un apagado.

C.) Un incremento en el valor de R11 puede pro-vocar una carga demasiado rápida de C11 y provocarun apagado.

D.) Un capacitor C22 abierto permite que picosde tensión provoquen un apagado.

3.) El procesador de control IC11 se recalientaObserve la figura 11.A.) Un diodo D11 con fugas puede impedir que

Tr1 en el interior de IC11 reciba la polarización co-rrecta. Esto produce el recalentamiento de Tr1.

B.) Un cambio en el valor de C13 o fugas en C13pueden resultar en una polarización incorrecta deTr1, produciendo su recalentamiento.

C.) Un transformador flyback fuera de sintoníapuede reducir la eficiencia de la fuente de alimenta-ción y provocar un exceso térmico. Un cambio en elvalor de C22 puede desintonizar T11.

E.) R14 y R15 o el circuito de drive en el interiorde IC11 pueden provocar el recalentamiento de Tr1


Figura 10



en el IC11, si son defectuosos.

4.) La tensión de salida baja con cargaA.) El resistor R11 es muy preciso. Un aumento

en su valor puede causar la activación del circuitodel limitador de corriente del primario (PCL = Pri-mary Current Limiter) en forma prematura y limitarde esta manera la potencia por debajo del valor espe-cificado.

B.) El resistor R12 es parte de un divisor de ten-sión que provee una muestra de la caída de tensiónsobre R11 al circuito sensor. Un incremento en su va-lor puede causar una muestra incorrecta.

5.) Regulación incorrecta de la tensión de salidaLa regulación incorrecta de la tensión de la fuen-

te puede ser causada por:A.) Un cambio en los valores de R01, R02, R03

y R04.B.) Un cambio en la tensión regulada por el dio-

do Zener D01.C.) Pérdida de capacidad o fugas en C11, C14 o

C31.D.) Fallas en el circuito interno de IC11.

6.) Desbalance entre la fuente de +9 volt y -9 voltA.) Todo cambio en el valor de R35, R36 o R43

puede causar la conducción incorrecta de Q43 yQ41, lo que da lugar al desbalance.

B.) Todo defecto o fuga en los transistores Q41 oQ43 puede provocar el desbalance.

7.) Corte por exceso de tensión en el encendidoA.) Un resistor R23 abierto puede causar el corte

al poco tiempo de haber encendido.B.) Un capacitor C22 en cortocircuito aplica su-

ficiente tensión a la pata 8 de IC11 para provocar elcorte.

C.) Un problema en el lazo de regulación de ten-sión puede producir una tensión excesiva en las pa-tas 8 y 9 y activar la protección OVP o del compara-dor OP3 en IC11.

D.) Muchos componentes internos en IC11 pue-den causar el corte inmediato o una regulación inco-rrecta y el corte inmediato.

8.) Corte por exceso de consumoA.) La corriente excesiva de cualquier etapa que

recibe tensión de la fuente puede causar la activa-ción del circuito cerrojo conformado por Q41 y Q42y provocar el corte.

B.) Un valor muy alto de R11 puede provocar elcorte.

C.) Un transistor Q42 en cortocircuito produce laaparición de la tensión +B en la pata 8 y provoca elcorte.

D.) Un transistor Q41 en cortocircuito produce elencendido de Q42 y con ello el corte.

Figura 11


Análisis de la Fuente Panasonic NV-J31

Vamos a analizar tres circuitos de videocaseterascomerciales, los cuales son representativos de lasfuentes conmutadas utilizadas en equipos electróni-cos de consumo. Es importante que usted haga un se-guimiento cuidadoso de las señales, ya que su cabalcomprensión le permitirá analizar circuitos de fuen-tes conmutadas de otros modelos y marcas.

Veamos el circuito de la videocasetera PanasonicNV-J31. En la práctica, las fuentes conmutadas soncircuitos complejos, como puede observar en el dia-grama a bloques de la configuración utilizada en lavideocasetera Panasonic NV-J31 (figura 12), la cualtambién llega a aplicarse en otras marcas (por ejem-plo en General Electric).

En este diagrama se pueden identificar fácilmen-

te los distintos elementos que constituyen una fuen-te conmutada. En la esquina superior izquierda en-contramos la línea de alimentación de AC, la cualpasa a través de un transformador supresor de ruidos,cuya función es evitar que el switcheo generado enla fuente pueda salir y causar interferencias en otrosequipos conectados a la línea casera.

A continuación encontramos un puente de diodosrectificadores, los cuales toman la tensión de la líneay la transforman en una señal de una sola polaridadrelativamente constante, gracias a la acción de un fil-tro a la salida del rectificador. Este voltaje llega has-ta el primario del transformador principal T1001, através de su terminal 1, en cuya salida (terminal 3)encontramos una bobina suavizadora y el colectordel transistor conmutador Q1001.

Observe también que hay un diodo volante


Figura 12



(D1002) entre los terminales 1 y 3 del transformador,el cual se coloca para evitar que cuando el transistorde switcheo se apague, entre los terminales del pri-mario se presente un pico de voltaje de tales dimen-siones que dañe a los componentes asociados.

El transistor conmutador tiene conectado en subase un par de transistores de control de switcheo(Q1002 y Q1003), cuya función es desactivarlo cor-tocircuitando la alimentación de la base en determi-nados momentos. Veamos cómo funciona: al conec-tar el aparato a la línea de alimentación, en el termi-nal 1 de T1001 aparecen alrededor de 170 Vdc, altiempo que se induce en la base de Q1001 una ten-sión lo suficientemente alta como para encenderlo ypermitir el paso de la corriente a través del primario.

Esta corriente circulando induce una tensión en elembobinado que se muestra inmediatamente abajodel primario, lo cual produce una tensión en el termi-nal 5 de T1001. A su vez, dicho voltaje pasa a travésdel diodo D1006 y llega a un transistor controladoópticamente, en cuyo emisor se encuentra la base deQ1002, el cual se pone en corto y apaga a Q1001.

Al no haber inducción en T1001, desaparece latensión del terminal 5 de T1001 y Q1002 se corta,con la que se vuelve a encender Q1001 y se repite elciclo.

Como puede deducirse, se tiene entonces una si-tuación inestable que obliga al circuito a oscilar deforma indefinida, produciendo un campo magnéticooscilante en el núcleo del transformador principal, elcual induce voltaje en todos los secundarios (termi-nales 7-14 de T1001).

¿Cómo es que se controla la oscilación del cir-cuito, de tal maneraque el nivel de las sa-lidas permanece esta-ble a pesar de las va-riaciones en la líneade alimentación?

La respuesta es lasiguiente: puede notarque en el terminal 11de T1001 (uno de losbobinados secunda-rios) se encuentra undiodo, un condensa-dor y un circuito sua-vizador a partir deuna bobina y un con-densador adicional, yque en ese trayecto segenera una tensiónque se dirige hacia un

circuito integrado detector de voltaje de salidaIC1002.

Precisamente, este integrado maneja directamen-te al diodo emisor de luz que excita al transistor con-trolado ópticamente y que a su vez controla la con-mutación de Q1002; si la tensión a la salida sube porarriba de sus niveles adecuados, el diodo emite másluz y obliga al transistor dentro de IC1001 a condu-cir más, provocando que la tensión que se genera enel embobinado de entre los terminales 5 y 6 deT1001, llegue con más facilidad a Q1002, y que porconsecuencia se apague más rápidamente Q1001, loque disminuye el ciclo de trabajo del conmutador ypor lo tanto la tensión de salida, corrigiendo el des-nivel de la entrada.

Y al contrario, si la tensión cae por abajo de cier-tos parámetros, el diodo dentro de IC1001 conducemenos, provocando que el transistor no se enciendapor completo, lo que a su vez retarda la conmutaciónde Q1002, por lo que Q1001 permanece encendidopor más tiempo, produciendo una mayor inducciónen los secundarios y un aumento en las tensiones ge-neradas, corrigiendo así las variaciones detectadasen el nivel de la tensión de salida.

Cabe mencionar que en este circuito no se inclu-ye ningún tipo de pulso de encendido, lo cual signi-fica que no hay propiamente una sección de fuenteswitcheada (aquella que sólo se activa cuando la má-quina está encendida). Para reemplazarla, se dispo-nen algunos reguladores y transistores conmutadoresen la placa principal, los cuales son controlados porel Syscon; aunque estrictamente hablando, la fuenteen todo momento expide las tensiones que se indicanen los terminales del conector de salida:

Figura 13

Terminal ..............Tensión1 ....................................5V2 ..................................44V3 ..................................14V5 ....................................5V6 ....................................5V7.................................-30V8 ................................GND9 .................................3,6V

Otro punto que conviene destacar es que hay dosniveles de "tierra" diferentes, uno para el primario yotro para el secundario; esto implica que para las me-diciones en cada extremo se de-be tomar como referencia la"tierra" correspondiente, ya quede lo contrario las medicionesserán erróneas. Pero a su vezesta configuración trae consigouna complicación adicional, se-gún explicaremos enseguida.

En la figura 13 se muestranvarios oscilogramas con una le-tra que identifica el punto don-de se debe tomar la medición enel diagrama a bloques. Adjuntoa cada oscilograma se mencio-na cuál de las "tierras" se debeutilizar para esa medición enparticular; sin embargo, el pro-blema surge cuando se trata deconectar directamente el osci-loscopio al extremo positivo: enMéxico y en varios países deLatinoamérica, los constructo-res y electricistas encargados delas instalaciones caseras rara-mente identifican plenamente lalínea "viva" (caliente) y la líneade "tierra", y casi nunca colo-can tomacorrientes polarizados.Por lo tanto, al conectar la vi-deocasetera a la línea, es muyprobable que el nivel de "tierra"del primario presente una ten-sión muy distinta al de la tierrafísica, siendo que el oscilosco-pio sí está conectado a ese ni-vel. De esta manera, si conectadescuidadamente el caimán dereferencia al punto de "tierra"del primario (TP1003), es muyprobable que se produzca uncortocircuito en el osciloscopio,

pudiendo dañarlo seriamente. Para evitar esta contin-gencia, siempre utilice toma-corrientes conveniente-mente polarizados, y también aísle a la fuente de po-der mediante un transformador 1:1 o un variac. Esteúltimo recurso puede ser conveniente, ya que los os-cilogramas anteriores corresponden a la operaciónen modo STOP y con una alimentación de exacta-mente 120V o 220V según la tensión de red, de talmanera que si por cualquier razón la tensión de lineade su zona no es de este valor, las formas de onda va-riarán ligeramente.

Por último, en la figura 14 se presenta el diagra-ma esquemático de esta fuente.



Figura 14

DIAGRAMAS DE FUENTES DE EQUIPOS COMERCIALES




















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