25-12-2012 MODULO PWM,27-01-13 MODULO FUENTE TENCIONES AUXILIARES
Switch Mode Power Supply Laborato RY

FUENTE DE ALIMENTACIÓN TERMINADA
¡ATENCIÓN PELIGRO!
Tengamos en cuenta que siempre la seguridad es lo primero y esta ante todo, los riesgos existen y por lo tanto se avisan. El autor de este artículo no se hace responsable de un mal uso del mismo ni TAMPOCO de los riesgos que conlleva su realización.
VIDEO DE PRUEBAS Y PRESENTACIÓN DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN

Pues como casi siempre todas las cosas se hacen son por una necesidad y la mía surgió cuando con mi anterior fuente que es lineal da unos 20A a 12V +- 240W quise cargar unas baterías de plomo acido las baterías eran de 200Ah y las tenia que mantener en carga a unos 18A durante variar horas, todo bien hasta que pasaron 15 minutos y aquello empezó a calentarse y a saltar la protección por temperatura, al final le puse un ventilador de casa para poder seguir cargando las baterías y fueron tantos los problemas que decidí diseñar mi propia fuente pero ahora conmutada y que pudiera mantener al menos 300W durante un tiempo ilimitado que es la que presento en el video.
Lo que se ve en el video es como la fuente con un carga resistiva de 4 lámparas dicroicas halógenas de 50W cada una que son unos 200W a 12V en total, primero desde 0 a 15V y un consumo de unos 20A unos 300W regula el voltaje perfectamente estable y después se ve también como se puede regular la intensidad de 0 a 20A, cabe destacar que la fuente empieza todo por cero esto es un dato importante cuando lo que queremos es una buena fuente de laboratorio.
Desde el principio del proyecto hace ya unos cuantos meses decidí publicar en mi web integra toda la documentación de la fuente de alimentación y por tanto el que la quiera montar va a tener toda la información a su alcance y mi ayuda, también desde principio todo el diseño de la fuente esta pensado para que sea lo mas sencilla posible el montaje y la comprobación, por ese motivo se ha diseñado por módulos, cada modulo tiene una función especifica y puede funcionar por separado de la placa principal. Sobre La complejidad de circuito no puedo establecer una escala porque todo depende de los conocimientos de la persona que los valla a realizar, a parte del trabajo de electrónica que necesita de herramientas normales para el ajuste como un multímetro y también es recomendable tener un osciloscopio, los trabajos mecánicos son también importantes por ese motivo cada uno tiene que ver sus posibilidades. La mala noticia es que en diseño se a incluido solo componentes de la máxima calidad de marcas conocidas por lo tanto es cara de realizar, nada de componentes chinos de los de mientras mas barato mejor. Yo empecé con dos fuentes chinas fijas de 24V 150W y duraron muy poco, una se quemo y la otra le falto poco al final cuando compre la buena ya me había costado el doble. Si se elige el camino de lo barato al final tendremos una birria de fuente.
Testo original de la presentación del video de la fuente en el foro va-k. http://ba-k.com/showthread.php?t=3275745

CARACTERÍSTICAS
• Estrada de alimentación red.80-275 VAC • Frecuencia de funcionamiento. 47 -63 Hz • Máxima potencia de salida 320W • Frecuencia de la fuente 130 KHz • Voltaje de salida ajustable de 0 – 40V • Intensidad de salida ajustable de 0 – 20A a 15V • Protección por sobre intensidad con indicador • Protección por sobre temperatura con indicador • Control de ventilación automático con indicador • voltímetro 0-40V y amperímetro 0-40A LCD de 2,4¨ programable USB • Amperímetro sin elementos resistivos con sensor Hall de 50A
ESQUEMA DE CONEXIONES
En el esquema anterior se puede ver con claridad los componentes de la F A y sus interconexiones.
CONEXIONES Y DISTRIBUCIÓN INTERNA
| LISTA DE MÓDULOS Y DEL CONTENIDO
DESCRIPCIÓN DEL CÓDIGO |

CÓDIGO | DESCRIPCIÓN | PÁGINA
12.01-02 | PLACA BASE PRINCIPAL DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN | 1
12.02-04 | MODULO AMPERÍMETRO | 6
12.03-02 | MODULO PROTECCIÓN | 4
12.04-01 | MODULO DE CONTROL PWM | 2
12.05-03 | MODULO FUENTE TENCIONES AUXILIARES | 3
12.06-02 | MODULO DRIVER | 5

PLACA BASE PRINCIPAL DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN
12.01-02
La placa principal de la fuente es la que sirve de soporte e interconexión para casi todos los componentes de la fuente. En un principio esta placa se diseño para integrar también los transistores MOS-FET de potencia con una refrigeración liquida a base de un KIT para un micro de un PC (versión 12.01-01), pero después de muchas pruebas en las que siempre daban como resultado la destrucción de los elementos de potencia cuando se sobrepasaba los 120W que es el máximo que estos kit pueden disipar, decidí aprovechar el PCB pero modificarlo y poner los elementos de potencia en un radiador de calor con ventilación forzada (1001-01).
Primeras pruebas con refrigeración liquida y los MOS-FET en la placa base (versión 12.01-01).
ESQUEMA
El esquema de la placa base empieza por los clásicos componentes de protección F1, D1 y para medida de la corriente la R1, le sigue un par de condensadores electrolíticos C1, C2 que en este caso sirven mas como de acumuladores de energía que como filtros , estos son los encargados de intentar compensa las variaciones bruscas con cargas difíciles y variables. Le sigue un regulador lineal clásico, construido a partir de un MOS-FET de potencia canal N el T1 y un diodo zener el D3 el cual fija la tensión de salida del regulador, este regulador reduce la tención de la entrada de +48V a unos niveles mas reducido de aproximadamente +17,5V, para alimentar todos los módulos de la fuente y circuitos auxiliares, después del filtrado de salida por los condensadores C4, C5, tenemos un regulador tipo 7812, el cual proporciona los +12V necesarios para alimentar el ventilador superior de la caja (1004-01), el medidor digital de panel (1002-01), el modulo amperímetro (12.02-04), y el circuito de los ventiladores para el disipador de calor 1001-01. Fuera del PCB pero integrado en el esquema, se encuentra la zona delimitada por unos trazos discontinuos de colores verde y rojo, esta zona corresponde al disipador de calor con sus componentes asociados, los dos MOS-FET de potencia para la rama positiva F1, F2 y un MOS-FET la negativa F3, sus correspondientes resistencias de puerta R4, R5 y R6, el condensador C8 y la resistencia NTC R12 que es la encargada de censar la temperatura, junto el modulo de protección para arrancar los ventiladores o parar la fuente en caso de temperaturas que excedan los 50º C. Foto de los MOS-FET de potencia montado en el disipador de calor 1001-01 En la foto anterior se puede ver las conexiones de los MOS-FET con hilo aislado de 6 m.m de sección y sus terminales soldados, también se puede ver las conexiones de las puertas con hilo rígido trenzado de 0.2 m.m, y las resistencias de puerta convenientemente aislada con funda estándar termo retráctil. En este punto ya debemos de tener una idea mas o menos clara de el funcionamiento de la placa base (versión 12.01-02),en su conjunto se trata de un inversor CC/CC del tipo reductor o BUCK (step-down) mejorado y de alto rendimiento. Este convertidor esta diseñado a partir de una configuración en medio puente clásica (Half bridge), por la rama positiva los MOS-FET F1, F2 y la negativa el MOS-FET F3 que en este caso funciona como un rectificador sincronizado, le sigue dos diodos dobles D4, D5 del tipo Schottky que refuerzan el circuito rectificador y ayudan al F3, por la rama positiva esta el D6 que protege contra posibles picos de tención muy altos que puedan dañar al F1 y al F2. Por ultimo llegamos al circuito de filtrado de la fuente que lo componen los componentes L1, C10, C12, C13 y C14, el diodo D8 que protege a la fuente de posible picos de tención muy altos de origen inductivo y la resistencia de carga R8 en paralelo con la salida de la alimentación.
PCB
PCB VERSIÓN 12.01-02
El PCB en este circuito es de doble cara. A mi particular mente no me gustan por que es más complicada su realización, pero en este caso no he tenido mas remedio, ya que mis objetivos eran intentar simplificar el trazado de las pistas, utilizar menos puentes de hilo y reducir lo mas posible el tamaño del circuito impreso. Creo también que con paciencia y un poco de práctica no tendrá nadie problemas en realizarlo. PCB VERSIÓN 12.01-02
En las fotos anteriores se puede ver los trabajos de refuerzo de las pistas de alimentación del PCB, con hilo rígido de 1.5 m.m de sección, y en detalle las soldaduras de los tornillos de los terminales de conexión de los MOS-FET y salida de la fuente.
componentes

LISTA DE COMPONENTES CONDENSADORES
C1 6800µ 63V C2 6800µ 63V C3 10µ 50V C4 100µ 50V C5 100n 50v C6 100n 50v C7 10µ 50V C8 3µ3 100V C9 3µ3 100V C10 2200µ 63V C11 3µ3 100V C12 2200µ 63V C13 2200µ 63V C14 3µ3 100V RESISTENCIAS R1 0.01 20W*ver texto R2 470 1/4w R3 1k5 1/4w R4 4.7 1/4w R5 4.7 1/4w R6 4.7 1/4w R7 470 1/4w R8 1K 2W R12 10k NTC *ver texto SEMICONDUCTORES D1 BY255 D2 BZX79-C15 15v 0.5W ZENER D3 BZV48C20 20V 5W ZENER D4 BYS28-90 D5 LED NARANJA 5M.M D6 BYV28-600 D7 BYS28-90 D8 BYV28-600 F1 *ver texto F2 *ver texto F3 *ver texto T1 IRFP250 VR1 7812 COMPONENTES VARIOS FS1 fusible de automoción 6A-7A L1 10µH *ver texto 2 radiadores de calor TO220 4 separadores metálicos 45m.m 5 separadores metálicos 6 m.m 2 bornas de 2 contactos tornillo a PCB 1 radiador calor TO247 65x50x15 m.m
| SEMICONDUCTORES |
VR1=UA 7812 REGULADOR INTEGRADO +12V |  |
D1=BY255 DIODO RECTIFICADOR 3A |  |
D6,D8=BYV28-600 DIODO RAPIDO 1 A |  |
F1,F2,F3=IXFN200N10 MOS-FET 200A 100V |  |
D4,D7=BYS28-90 DIODO DOBLE Schottky 2X12.5A 90V |  |
T1=IRFP250 MOS-FET 200V 30A |  |
D3= BZV48C20 20V 5W ZENER |  |
D2=BZX79-C15 15v 0.5W ZENER |  |
LED 5 M.M NARANJA |  |
| COMPONENTES VARIOS |
FS1= fusible de automoción 6A-7.5 A |  |
L 1= 10µH 40A NÚCLEO TOROIDAL POLVO DE HIERRO AMARILLO-BLANCO 39.8X24.13X14.48 |  | B OBINAR 8 ESPIRAS REPARTIDAS UNIFORMEMENTE CON HILO ESPECIAL DE ALTA TEMPERATURA PARA HORNOS DE 2.5m.m DE SECCIÓN
DISIPADOR DE CALOR, TO-218/220/247, 18.7°C/W |  |
SEPARADOR METAL, M3X45 separadores metálicos m3x06 |  |
# EPCOS - B57703M103G - TERMISTOR, NTC |  |
Como se puede ver los componentes son todos normales, exceptuando a los MOS-FET que son componentes un poco más difíciles de encontrar y caros, cada uno cuesta alrededor de unos 27€, estos componentes se pueden sustituir por unos con menos intensidad de trabajo y por lo tanto que sean más baratos. el motivo de poner los IXFN200N10P fue que al principio estaban pensados para una fuente de 700w, montando dos fuentes de 350W en paralelo pero por motivos de presupuesto la he tenido que dejar como esta. Otro componente que puede ser difícil de encontrar es la L1, este componente esta hecho a mano y las características están puestas en la lista de componentes, solo hay que tener en cuenta que tiene que ser del tipo polvo de hierro no puede ser de ferrita, si lo ponemos de ferrita que es un material más saturable, nos dará problemas de ruidos y vibraciones. este núcleo no es difícil de conseguir casi todas las fuentes de PC tienen uno o varios para filtrar la tensión de salida, solo hay que tener en cuenta que sea del valor dado de 10µE, cabe mencionar que este componente se calienta bastante y se debe de bobinar con hilo especial para hornos, estos hilos tienen una funda muy resistente al calor y por ese motivo necesita menos sesión de cable para obtener la misma intensidad que si utilizáramos hilo esmaltado, si no conseguimos este hilo siempre podemos usar hilo esmaltado, una trenza de 8 hilos esmaltados de 0.8 m.m de sección sería suficiente. P or ultimo la NTC tiene que ser del tipo que tiene una argolla metálica para poder fijarla al radiador con un tornillo, este componente y los MOS-FET deben de ir montados con una generosa cantidad de grasa de silicona para aumentar lo mas posible la transferencia de calor, con referencia a la grasa de silicona es muy importante el conseguir una que sea de buena calidad y garantice la máxima transferencia de calor. P age Design: Francisco José González Baena Last Updated on december 15, 2012 Copyright © 2012, Francisco José González Baena . ALL RIGHTS RESERVED