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Electrónica proyectos – Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet – Vídeo

Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet Introducción En esta nueva parte y artículo del sitio web, veremos todo acerca de este gran proyecto de la fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet, una solución muy confiable para alimentar circuitos lógicos sensibles como microcontroladores, Arduino y demás, con la ventaja de la separación de tierras para así evitar que estos lleguen a tener reinicios por la activación o desactivación de cargas pesadas de potencia o su posible destrucción por quemaduras. Veremos los circuitos, ecuaciones y demás de parte de este diseño y mostraremos más profundizaciones y la parte práctica de este mismo. Fundamentos teóricos Definiciones Una fuente autooscilante de 12V a 5V con MOSFET es un convertidor de corriente continua a corriente continua (DC-DC), diseñado para reducir un voltaje de entrada de 12V a uno de salida de 5V mediante un sistema de oscilación y conmutación. A continuación, te doy una fundamentación teórica de este tipo de fuente. Principio de Funcionamiento Una fuente autooscilante se basa en el principio de la conmutación electrónica, donde un MOSFET se utiliza para abrir y cerrar rápidamente el flujo de corriente, generando pulsos que luego se transforman y regulan a un voltaje de salida menor. Al oscilar a frecuencias altas, la eficiencia de conversión aumenta debido a la menor disipación de potencia en el MOSFET y en los componentes asociados. Etapas de la Fuente Autooscilante Oscilador: En este tipo de fuente, el circuito suele incluir una red de retroalimentación positiva (como una resistencia o un capacitor de realimentación) para inducir oscilaciones en el MOSFET. La frecuencia de oscilación depende de los valores de los componentes pasivos y el diseño del circuito. Conmutación del MOSFET: Al oscilar, el MOSFET se enciende y apaga, controlando la cantidad de energía transferida desde la fuente de 12V a la salida de 5V. En cada ciclo de conmutación, el transformador almacena energía en forma de campo magnético y la libera, generando un voltaje controlado. Una resistencia shunt con un transistor NPN dará el límite de corriente que pasa por el Mosfet. Filtrado: Para obtener una salida de 5V estable, se utiliza un capacitor de filtro que suaviza los pulsos de voltaje de la conmutación, proporcionando una señal continua. Características del MOSFET en la Fuente El MOSFET es clave, ya que su capacidad para manejar altas corrientes y conmutar rápidamente permite reducir el tamaño de los componentes de filtrado y aumentar la eficiencia. El MOSFET debe estar en estado de saturación (con baja resistencia interna) durante la conmutación para minimizar pérdidas y en corte cuando no conduce. Cálculo de la Frecuencia y Voltaje de Salida La frecuencia de oscilación suele estar determinada por la combinación del capacitor, devanado de bías y la resistencia de retroalimentación. Para el voltaje de salida, la relación de conmutación (duty cycle) se ajusta para que el promedio del voltaje de salida sea de aproximadamente 5V. Este duty cycle se puede modificar según los requerimientos del circuito y la carga conectada. En este caso no se le puso, dado el bajo voltaje de conversión. Otro factor importante, es que este PWM también se verá afectado por la limitación de corriente seteada por la resistencia shunt conectada al Source del mosfet y en compañía al transistor NPN. Ventajas y Desventajas Ventajas: Alta eficiencia, reducción en tamaño de componentes, y la posibilidad de operar a bajas tensiones de entrada. Desventajas: Diseño más complejo que fuentes lineales, y posibles problemas de ruido debido a la alta frecuencia de conmutación. Con estos principios teóricos, una fuente autooscilante de 12V a 5V con MOSFET puede optimizarse para adaptarse a aplicaciones que requieren un nivel de eficiencia elevado y un tamaño compacto, como sistemas portátiles o dispositivos de bajo consumo. Análisis y diseño Apariencia y simbología Para el proyecto Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet, se tiene en cuenta que su simplicidad lo hace un circuito sencillo y fácil de montar si se tienen bien seleccionados sus componentes. Así quedaría su montaje en protoboard. Acá vemos el transformador toroidal de ferrita del proyecto Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet que nos da la separación galvánica de tierras y etapas de circuito. Es evidente que, si el proyecto de la Fuente autooscilante de 12 a 5V estuviera en una pcb, esta no sería de un tamaño considerable. Estructuras y planos A continuación, mostraremos el plano completo de esta Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet, y más adelante mostraré la parte funcional de este. Para un desglose mas cercano de la Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet, mostramos cada parte en el mismo plano. En este plano se pueden ver sus bloques principales de la Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet: Rojo: simplemente es la entrada y filtro de potencia. Naranja: Conmutación y control de realimentación positiva del primario del transformador de ferrita toroidal. Azul: Protección con desactivación del límite de corriente por Rshunt. Verde: Circuito de realimentación con el devanado de bias del transformador de ferrita. Amarillo: Salida de voltaje, rectificación y filtrado y carga con resistencia y led. Gráficas y fórmulas En esta parte del proyecto Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet mostramos la oscilación de las partes, en amarillo la señal del Gate del Mosfet, y la azul es la salida de potencia. Funcionamiento El funcionamiento básico de una fuente autooscilante de 12V a 5V con MOSFET se basa en un ciclo de conmutación repetitivo que reduce el voltaje de entrada a un nivel deseado de salida. Aquí tienes un desglose de cómo opera en términos sencillos: Inicio de la Oscilación: El circuito cuenta con componentes de realimentación, como resistencias y capacitores, que crean una señal oscilante o pulsante. Esta señal se aplica al gate (puerta) del MOSFET, encendiéndolo y apagándolo de manera continua y rápida. Este empieza cuando la resistencia que va desde el positivo al gate del Mosfet activa el mismo, ya empieza la circulación de corriente y posterior oscilación. Etapa de Conmutación:

Curso de electrónica proyectos No. 3.0 – Fuente conmutada autooscilante con MOSFET

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Curso de electrónica proyectos No. 3.0 – Fuente conmutada autooscilante con MOSFET Introducción Hola amigos sean bienvenidos a este nuevo artículo de profundización sobre el proyecto electrónica la Fuente conmutada autooscilante. Resumen Acá veremos los diferentes resultados de los experimentos y la parte teórica sobre este tercer proyecto de este curso de electrónica. este proyecto consiste en la Fuente conmutada autooscilante con mosfet. resumidamente veremos todo sobre este circuito y aparte porque no usa un circuito integrado adicionando además su regulación en voltaje y corriente. Contenido Curso de electrónica proyectos No. 3.0 – Fuente conmutada autooscilante con MOSFET Introducción Resumen Definición Características básicas Antecedentes Modelos actuales y sus problemas Mejoras presentadas Apariencia de la fuente conmutada autooscilante Plano general de la fuente conmutada autooscilante Fórmulas y ecuaciones matemáticas Cálculos del transformador toroidal Limitador de corriente del Mosfet Optoacoplador Datos adicionales sobre la fuente conmutada autooscilante. Separación de etapas de la fuente Limitaciones y dificultades en la fuente conmutada autooscilante Puesta a punto del experimento Objetivos Aspectos prácticos preliminares Lista de elementos Procedimientos Procedimiento No. 1 Procedimiento No. 2 Procedimiento No. 3 Procedimiento No. 4 Resultados y conclusiones Lo encontrado Lo que se concluye Muestra del vídeo experimental Aplicaciones Comparaciones y similitudes Ventajas y desventajas Ventajas de la fuente conmutada autooscilante Desventajas Conclusiones Definición la Fuente conmutada autooscilante es por lo general un convertidor de tipo flyback, ya que este posee la Facultad de ser autooscilatoria, por lo tanto, no usa un circuito integrado por lo general sino un transistor qué se alimenta de un devanado terciario del transformador de pulsos de este convertidor de esta manera cumple la función de ser realimentada positivamente. Características básicas Acá resumo las características más relevantes de esta fuente conmutada autooscilante. Posee límite de corriente natural a este circuito, quiere decir que este posee un limitador que es obligatorio usarlo en toda la fuente, de lo contrario no funcionaría. Realimentación y seteo de voltaje de salida por optoacoplador. Esta realizada con mosfet. Voltaje de entrada desde los 12V. Antecedentes Modelos actuales y sus problemas Falta de información referente a este diseño. Los pocos modelos que se ven en internet, sólo trabajan con fuentes de 110V o 220V. Mejoras presentadas Verdadera información de diseño acá en este artículo de la fuente conmutada autooscilante. Esta fuente trabaja desde los 12V, lo cual puede ser usada para convertir algunos voltajes y aislarlos de las tierras. Se puede usar como fuente auxiliar flotante. Apariencia de la fuente conmutada autooscilante A continuación, en la imagen esta fuente conmutada autooscilante está montada en un circuito impreso universal lo cual es más cercano a tener un trabajo bien estructurado, ya que si se usa una protoboard, debido a las separaciones y las malas conexiones posibles, tendríamos problemas de funcionamiento. Figura 1: Circuito impreso de la fuente conmutada autooscilante Figura 2: Fuente conmutada autooscilante con el mosfet en disipador de calor Esta es entonces la apariencia de nuestro proyecto en circuito impreso universal. Plano general de la fuente conmutada autooscilante Figura 3: Plano general con partes resaltadas de la fuente conmutada autooscilante Cómo se puede ver en la imagen, este es el plano completo de la Fuente conmutada autooscilante, cómo se puede ver en este diseño no existe circuito integrado que controle la fuente, simplemente la fuente conmutada trabaja en modo autooscilación gracias a una realimentación positiva. Acá distinguiremos las partes principales de este plano: La primera parte en rojo nos mostrará el transformador de pulsos, cuyo diseño real es un toroide de 27 espiras en el primario, con 27 espiras en el secundario y 25 espiras en el devanado terciario o de realimentación. El círculo enmarcado en azul claro es el capacitor de oscilación de la Fuente que estará conectado con el terciario o el devanado de realimentación. La resistencia R2 con la flecha verde, es la que polarizar a el circuito cuando éste se ha encendido y si hará que el mosfet se suichee. El mosfet estarán marcado en un recuadro amarillo; abajo de este estará enmarcado en un polígono violeta el circuito de limitación de corriente donde tomará la corriente circundante por el mosfet y lo desconectará cuando llegué a sobrepasar dicha corriente. El zener D2 protegerá a la entrada del mosfet de sobrevoltajes. El recuadro azul oscuro nos mostrará el circuito de obtención de voltaje Auto acoplado, que con ayuda del TL431 se te hará el voltaje requerido, es decir, que cuando el voltaje sobrepase el umbral, el optoacoplador haciendo que el mosfet se desconecte, lógicamente, la fuente disminuirá su voltaje hasta llegar al necesario. De resto todo en la Fuente es entendible en su funcionamiento. Fórmulas y ecuaciones matemáticas En esta parte de acá, vamos a ir por cada parte para realizar su diseño y sus cálculos básicos. Cálculos del transformador toroidal Figura 4: Transformador toroidal de la fuente conmutada autooscilante Estas son las ecuaciones básicas del diseño, partiendo de la primera, que es la más básica para el diseño y análisis de los transformadores. Saliendo de esta relación y poniendo un devanado primario que apenas es lo que necesitamos, la transformación de voltajes podemos deducir que el secundario es igual al número de espiras del primario, por el voltaje del secundario, todo esto sobre el voltaje del primario, pues acá es de esperarse que sea 27 espiras, ya que es el mismo voltaje del primario. Para el devanado de feedback o realimentación usamos la misma ecuación, solo que para este solo necesitaremos 11 voltios para la conmutación del mosfet. Obviamente, este cálculo, solo se realizará con una señal de PWM al 50% o una onda cuadrada simétrica. Limitador de corriente del Mosfet Este ya será el circuito para la limitación de corriente en el mosfet, y por lo tanto en todo el circuito Figura 5: Circuito de limitación de corriente del mosfet Este circuito se encarga de activarse el al momento de que la corriente supera cierto valor de corriente, a su vez desactivará el mosfet para reiniciar el ciclo. Las

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