EVARIAC: nueva versión de fuente universal 300V 3A (1º Parte)

Otros usos de la fuente EVariac

La fuente puede utilizarse para probar cualquier equipo de electrónica de entretenimiento pero tiene además un uso como control de iluminación de escenarios teatrales. En este uso no se necesita aislación galvánica e inclusive no se requiere alimentación de las lámparas con CC. Al no utilizar el transformador aislador y LOS electrolíticos el dispositivo de control es muy económico y eficiente ya que solo requiere un puente de rectificadores externos.

Otra utilización recomendable es el control de velocidad de motores de CC o de ambas corrientes, del tipo con delgas y escobillas. En algunos casos es necesario incrementar la corriente de compuerta. Consulte al autor por correo electrónico sobre estos usos alternativos.

Funcionamiento de la fuente y circuito real

Nuestra fuente se basa en el circuito de un puente de rectificadores con un transformador aislador tal como se observa en la figura 1.4.1 diseñada en un laboratorio virtual Livewire.

Fig.1.4.1

El elemento de regulación de la tensión de salida es un tiristor que puede observarse en la figura 1.4.2. Si el tiristor estuviera disparado permanentemente como muestra la figura, por él y por el resistor R3 circularía la corriente que rectifica el puente. Con alimentación de 220V esto significaría una tensión rectificada de 310V y con alimentación de 110V significaría una salida de 155V. Ver la figura 1.4.2.

Fig.1.4.2

En este circuito el tiristor esta excitado siempre por tener su compuerta conectada al ánodo por medio de una resistor de 1K. El oscilograma de la tensión aplicada a la carga se puede observar en la figura 1.4.3.

Fig.1.4.3

Pero el triac puede encenderse en cualquier momento dentro de los dos hemiciclos rectificados para transferir menos energía a la carga. Solo circulará corriente por la misma cuando el triac se cierre y eso depende del momento en que se aplica un pulso en la compuerta. A partir de ese momento y hasta que la tensión aplicada al triac se anule el mismo permanecerá conduciendo. En la figura 1.4.4 se puede observar una modificación del circuito anterior en donde se agrega un generador de funciones predispuesto para generar un pulso en el momento deseado con el oscilograma correspondiente en la figura 1.4.5

Fig.1.4.4

Fig.1.4.5

En nuestra fuente el pulso de disparo puede variarse entre 5 y 10 mS tomando como referencia el pasaje por cero de la señal de entrada.

Si sobre la carga resistiva se agrega un capacitor electrolítico se podrá obtener una tensión continua variable entre el valor de pico de la tensión aplicada al puente de rectificadores y cero, de acuerdo a la fase del pulso de disparo del tiristor ajustable desde el generador de funciones. Ver la figura 1.4.6.

Fig.1.4.6

En nuestra fuente real, el generador de funciones está reemplazado por un microprocesador PIC16F84A controlado por cuatro pulsadores. Además de esa sección, el proyecto contiene: una sección de potencia con los rectificadores y el filtro de ripple, una sección de llaves, una sección de medición y una sección de aislación de red con el transformador de poder y el transformador de fuente para el PIC.

Para simplificar el dibujo lo hemos dividido en dos partes. El circuito principal y el circuito de la plaqueta de control con el PIC y el tiristor. En la figura 1.4.7 le mostramos el circuito principal y algunos detalles de la plaqueta de control para que el lector entienda como funciona el dispositivo completo.

Fig.1.4.7

Vamos a analizar componente por componente del circuito principal superior. Lo primero que encontramos es la entrada de 220V/110V que alimenta al primario del transformador separador con la tensión de red. Luego encontramos la llave SW1 que es una doble inversora para alta corriente del tipo de las utilizadas en TV color de buena calidad. Las sección superior de la llave se utiliza para interrumpir la alimentación de primario y la inferior es la llave de seguridad para descargar los electrolíticos de salida a través de R7 cuando se apaga la fuente.

Esta llave no siempre se puede conseguir de la calidad requerida; por lo tanto nuestra fuente tiene otra medida de seguridad para el caso en que SW1 no exista (conexión directa de la red) o sea de una sola vía. Esta segunda seguridad son las dos lámparas de 220V por 10W que están en paralelo con la salida y descargan los electrolíticos operando además como piloto de salida. Por lo tanto LA1 y LA2 deben estar montadas de modo que sean visibles desde el frente de la fuente (o por lo menos una de ellas). En zonas de 110V estas lámparas serán de 110V 10W. Si Ud. coloca la llave SW1 completa no necesita esta segunda seguridad que siempre consume energía de la fuente regulable.

Nuestro transformador separador puede ser de diferentes diseños. Si Ud. lo manda a construir especialmente debe ordenarlo del siguiente modo: entrada 110 o 220V según su zona. Una salida con relación 1:1 de 220V o 110V 500 VA con derivaciones en 55V, 110V y 165V o la mitad de esas tensiones para zonas con 110V. Esas derivaciones se ubicaran sobre una bornera de modo que el reparador pueda conectar el puente de rectificadores a cualquiera de las salidas y obtener una tensión continua de salida adecuada para su especialidad que varíe de 0 a 310V para TV o hasta de 0 a 75V para audio. Esto permite una seguridad intrínseca para el caso de falla por cortocircuito del tiristor que llevaría nuestra fuente a la máxima salida.

Observe que sobre la entrada del puente de rectificadores se ubica un tomacorrientes hembra CN7 que sirve para que el usuario utilice la fuente como transformador aislador o reductor aislador.

Si Ud. tiene un transformador separador instalado en su mesa de trabajo tiene dos alternativas:

• Sacarlo de su entorno actual y colocarlo dentro de la fuente.
• dejarlo donde está y alimentar el puente de rectificadores en forma directa.

Si tiene habilidad manual para construir transformadores puede encarar Ud. mismo la construcción con datos que le entregaremos en otra entrega de esta miniserie.

El transformador T2 es un pequeño transformador de 220V a 12+12V 1A que se utiliza para alimentar al PIC con la masa aislada del negativo de los electrolíticos.

El puente de rectificadores debe construirse con diodos de fuente de 8 A y no utilizando un puente para TV. De este modo los diodos separados tienen mayores posibilidades de disipar en caso de carga excesiva.

El filtro de ripple es un filtro compuesto en Pi formado con un electrolítico de 220 uF un inductor L1 y otro capacitor de 470 o 330 uF ambos por 350V. El inductor L1 se debe construir con una laminación de unos 65 mm de largo de la I. Debe estar laminado a tope es decir con todas las I de un mismo lado (salvo las exteriores que se utilizan para trabar la laminación) sin entrehierro de papel y con un diámetro de alambre tal que su resistencia no supere los 4 Ohms aproximadamente. No se trata de un componente que deba construirse según especificaciones estrictas e inclusive puede ser construido con un viejo transformador de salida vertical o un transformador de fuente quemado que tenga las dimensiones apropiadas. En principio, llene el carretel con alambre de 0,6 mm de diámetro y mida la resistencia. Si llega aproximadamente al valor requerido ya tiene el inductor adecuado, sino cambie de diámetro.

Es posible que para algún uso no haga falta utilizar un filtro compuesto, por ejemplo para alimentar etapas de salida de audio; en ese caso se debe dejar solo el capacitor de entrada C1 y eliminar L1 y C3. Si va a usar la fuente en TV o monitores no puede dejar de usar un filtro compuesto porque en caso contrario se observará que los bordes verticales de la trama tienen un importante zumbido.

Por último llegamos a la sección de salida que posee un voltímetro y un amperímetro y una llave de corte SW6 que debe ser del tipo usada en TV color o del tipo usada en electricidad para que conmute más de 3 A. El reparador usará esta llave para predisponer la fuente en el valor deseado de tensión con la llave abierta. Luego cerrará la llave para alimentar el equipo bajo prueba.

Con referencia a la medición de tensión y corriente se pueden dar diferentes alternativas. Lo más económico es no usar ningún medidor fijo sobre el gabinete y utilizar el tester digital para ajustar la tensión de salida y luego poner el tester como amperímetro y usarlo para leer la corriente consumida por el equipo, si se desea conocer ese dato.

En orden de economía le sigue: colocar un tester de aguja como voltímetro de esos que se pueden comprar por unos 4 U$S fijo al frente del gabinete o dos, uno para medir tensión y otro para medir corriente aunque en este caso se deberá fabricar un resistor shunt adecuado ya que esos testers suelen medir tan solo 250 mA.

más profesional es colocar dos instrumentos analógicos o digitales para panel, pero esta es una solución por lo general más cara que usar dos testers de aguja o digitales que además se pueden utilizar para uso general del laboratorio. Una alternativa es el uso de medidores de salida para equipos de audio del tipo de aguja o de barra de leds.

Sobre el frente de la fuente, se ubicarán cuatro pulsadores del tipo sin rebote (en Argentina se conocen como sapitos por el “clic” que generan al apretarlos). Dos de ellos servirán para subir y bajar la tensión de salida por saltos de aproximadamente 10V en tanto que los otros dos ajustaran la tensión alrededor de ese valor por saltos menores a 1V para una tensión máxima seleccionada por la bornera de 300V.

Dentro de la plaqueta de control se encuentra un sistema que realiza el corte automático por sobrecorriente o fusible electrónico. Observe que se trata de un transistor que sensa la tensión sobre un resistor de bajo valor en serie con el tiristor (R3). Indirectamente sobre este resistor se genera una tensión proporcional a la corriente circulando por la carga solo que con forma de pulsos. Cuando uno de esos pulsos atenuados por el divisor (R4/R6) llega a producir un pulso de 0,6V sobre la base del transistor Q1 el transistor se satura y resetea el micro haciendo que la excitación del tiristor se produzca justo sobre el pasaje por cero de la tensión de red cortando consecuentemente la tensión de salida. Para reponer el sistema se debe reajustar la tensión de salida con los pulsadores al valor deseado o a alguno inferior para que la fuente no corte.

El resistor R3 es realmente un conjunto de 5 resistores en paralelo que permiten ajustar la caída de tensión y por ende la corriente de corte de la fuente. En el diseño presentado esos resistores forman un valor de 100 mOhms pero el reparador deberá ajustarlo al valor de corriente de corte deseado. El resistor R6 puede ser reemplazado por un potenciometro de 1K en serie con un resistor fijo de 220 Ohms. En este caso el valor de corte puede ser ajustando desde el frente de la fuente por el potenciómetro que puede graduarse con una escala.