| CURSO
DE FUENTES CONMUTADAS - LECCION 8
ANALISIS DE FUENTES CON TDA4600 Y SIMILARES
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| En la entrega anterior, terminamos
de analizar circuitos de fuentes del tipo de transferencia
indirecta con componentes discretos con medición
en origen. En esta oportunidad, encararemos el estudio
de las fuentes con circuito integrado TDA4600 y sucesivos
que son realmente una legión pero, por suerte,
fácilmente reparables aplicando un buen método,
que es similar al aplicado para las fuentes discretas. |
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Los circuitos
discretos más exitosos siempre son transformados
en CIs, que se vuelven más exitosos aún.
Entre las fuentes discretas más exitosas
existe una, conocida simplemente como fuente Siemens,
que diera lugar posteriormente al circuito integrado
TDA4600 y su saga (4601, 4602 etc).
Este circuito integrado es utilizado
por una grana cantidad de TVs de todas las marcas
y se caracteriza por su sencillez y su robustez.
Sólo contiene los componentes de baja potencia,
ya que el transistor llave de potencia se conecta
exteriormente. Para quemar un 4600 hay que esforzarse
porque está muy bien protegido, de modo tal
que es que no sólo se protege a sí
mismo sino que protege a su componente asociado,
el transistor de potencia, que suele ser otro clásico
de la electrónica el BU208A original sin
diodo recuperador.
Debemos aclarar que entre algunos
reparadores, el TDA4600 se ganó una mala
fama que no merece. En efecto, este integrado se
utiliza en diferente modelos TVs Hitachi en los
que suelen aparecer fallados varios resistores de
alto valor. Debemos aclarar que esos resistores
se queman por fallas en las redes de alimentación
y que su muerte, no tiene nada que ver con el TD4600
al que dejamos libre de culpa y cargo.
¿El TDA4600 tiene
oscilador interno?
No; se trata de un circuito auto
oscilante; adentro del integrado sólo existe
la sección de control y protección
del auto oscilador. En la figura 1 se puede observar
un viejo circuito de un TV Grundig que elegimos
por su sencillez y que nos permite ubicar los cuatro
bloques principales con mucha facilidad. El bobinado
de realimentación está marcado como
9-15 y se puede observar que está realimentado
al TDA4600 por dos vías. Una vía simple
de CA formada por el resistor R644 conectado a la
pata 2 y otra vía compleja formada por D647
(rectificador de tensión negativa) y R647
que realimentan la corriente continua para el control
del tiempo de actividad.
El oscilador básico se completa
con la red de acoplamiento de base, formada por
C631, D634 y R633. Por último, el circuito
se completa con el transistor llave de potencia
T634 y el bobinado 1-7 del transformador de pulsos.
El bloque de arranque está formado por el
diodo D616 conectado a la red de alimentación
domiciliaria por el resistor R616. En el arranque
D633 opera como recortador de pulsos negativos sobre
la pata 9 del integrado, que es la pata de fuente.
Posteriormente, la energía para la alimentación
de fuente proviene del bobinado 11-13 y D633 cumple
la función específica de rectificador
auxiliar.
Las patas 4 y 5 cumplen funciones
de protección de baja tensión de red
y de corriente pico por el transistor llave y la
pata 1 es una salida de la fuente regulada interna
de referencia.
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FUNCIONAMIENTO
DETALLADO DEL TDA4601
DE LOS TVs HITACHI CPT14-20R |
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Si en un TV pretendiéramos
realizar una fuente de alimentación convencional
del tipo transformador rectificador y reguladores
analógicos, nos encontraríamos con
varios problemas insalvables, a saber:
-
Un transformador
convencional con primario de 220V 50Hz y varios
secundarios (en nuestro caso 3 para obtener
110, 24 y 12Vcc) resultaría muy voluminoso,
pesado y caro.
-
Deberíamos
tener un regulador de tensión para cada
salida con sus correspondientes disipadores,
dado el bajo rendimiento de conversión.
-
Un puente de rectificadores
por cada salida.
-
Tres capacitores
electrolíticos de alto valor dado que
la frecuencia de riple es tan baja como 100Hz.
Por estas razones, el uso de una fuente pulsada
se hace imprescindible. De todas las posibles
fuentes pulsadas, se optó por realizar
una, basada en el moderno circuito integrado TDA4601
dada su confiabilidad y su funcionamiento no enganchado
con la reflexión horizontal.
La fuente diseñada logra la regulación
con un solo circuito integrado y un solo transistor
de potencia. Debido a que la frecuencia de trabajo
del orden de los 30kHz, se puede utilizar un pequeño
transformador con núcleo de ferrite, también
los capacitores electrolíticos resultan
proporcionalmente reducidos.
Como todo circuito electrónico pulsado,
esta fuente presenta desventajas; a saber:
-
Debido a la alta
frecuencia de trabajo, se requieren correctos
blindajes y filtrados para evitar que la fuente
irradie. Además requiere un buen filtro
de línea para evitar que transmita espúreos
a la red de canalización.
-
Circuitalmente es
de funcionamiento más complicado que
las convencionales.
-
Los capacitores electrolíticos
no deben presentar características inductivas
importantes.
-
El transistor de
conmutación, sólo disipa durante
el cambio de estado, por lo tanto se requiere
un transistor muy rápido para obtener
un buen rendimiento. En los estados estables
de la conmutación (abierto/cerrado) existe
una disipación, que es mínima
si la tensión de saturación del
transistor es baja.
-
Los diodos rectificadores
del secundario del transformador de pulsos deberán
ser del tipo rápido.
A pesar de estas desventajas, la fuente conmutada,
es por mucho, la más económica y
confiable en aparatos de consumo masivo. Debemos
agregar que el integrado TDA4601 presenta además
de las ventajas enumeradas anteriormente, otras
dos realmente importantes:
-
La fuente queda protegida
contra sobrecargas.
-
Si la tensión
de red está por debajo de 60V se bloquea
para evitar un funcionamiento inadecuado.
En la figura 2 se puede observar el circuito
simplificador, utilizado en el TV CPT14-20R de
Hitachi.
La base de funcionamiento es el viejo convertidor
de CC/CC basado en un oscilador de autobloqueo.
Nos detendremos brevemente en el funcionamiento
del autobloqueo porque esto nos permitirá
entender más fácilmente el funcionamiento
del integrado.
Como se puede observar en la figura 3, éste
es un circuito muy realimentado positivamente
entre colector y base. Cuando se conecta la fuente,
comienza a circular corriente por el bobinado
de colector, esta corriente va hacia el colector
del transistor, capacitor de colector y el rectificador
de colector. El acoplamiento a través del
bobinado de base es tal, que el campo magnético
generado por la corriente de colector, produce
una tensión positiva en la base que refuerza
la corriente de colector y así sucesivamente
hasta que el transistor se satura. Esta saturación
va a persistir mientras la corriente de colector
siga aumentando. Si en el colector tuviéramos
un inductor puro; como éste está
conectado a una tensión continua la corriente
crecería hasta el infinito y el transistor
seguiría saturado para siempre. Pero el
inductor de colector no es puro, tiene cierta
resistencia en serie y lo importante para el oscilador
de autobloqueo es que tiene un núcleo que
se satura haciendo que el acoplamiento hacia la
base se reduzca drásticamente. También
se debe considerar el capacitor de acoplamiento
de base. Al conectar el oscilador a la fuente,
este capacitor se encuentra descargado y la corriente
de base lo va cargando más o menos lentamente,
de acuerdo a su capacidad. Pero un instante después,
el mismo está cargado, la corriente de
base se hace muy pequeña y el transistor
se corta.
Cualquiera sea el mecanismo del corte, en el
momento que el mismo se produce nos encontramos
con un campo magnético máximo en
el inductor del colector y en paralelo un capacitor
descargado. Entre ambos elementos se produce un
intercambio de energía, la corriente de
colector se reduce y comienza a aumentar la tensión
de colector tan rápidamente como lo permita
el capacitor de colector y el rectificador de
colector. La teoría indica que la tensión
crecería hasta el doble de la tensión
de fuente si no fuera por el circuito recortador
de colector que la limita al valor deseado por
el diseñador.
A partir de allí, el transistor queda
bloqueado por un tiempo, que depende del tiempo
que quede cargado el capacitor de base. Este capacitor
comienza a descargarse sobre el bobinado de base
y el resistor de base a masa de modo de hacer
conducir nuevamente el transistor en un tiempo
bien determinado por la constante RC. Cuando el
capacitor se descargue lo suficiente como para
que la base comience a conducir, se completa el
ciclo de oscilación, el transistor conmuta
rápidamente debido a la realimentación
negativa y todo vuelve a comenzar desde el principio.
Establecidas las oscilaciones podemos notar que
existen dos semiperíodos. El período
de conducción, que está determinado
por la inductancia de colector y su saturación
o la carga del capacitor de base y el semiperíodo
de corte, que está determinado por la característica
de descarga del capacitor de base.
El circuito rectificador de colector interviene
provocando que en cierto momento, el intercambio
de energía deje de ser libre y la tensión
de colector deje de crecer, evitando sobrepasar
el valor máximo del transistor. Este valor
de tensión depende de qué tan descargado
esté el capacitor del limitador (que se
cargó en el período anterior) es
decir, depende del valor RC. El TDA4601 modifica
fundamentalmente el coeficiente de realimentación
y el tiempo que dura saturado el transistor, para
lograr modificar la frecuencia y el tiempo de
actividad. Con esto se logra que la fuente entregue
tensión estabilizada, pero no debemos olvidar
que se trata de un oscilador autorealimentado,
es decir que no tiene ningún generador
interno que excite la base del transistor conmutador.
O sea que si el transformador no provee la realimentación
positiva adecuada, el circuito no oscila.
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Comenzaremos
explicando el funcionamiento, basándonos
en el circuito simplificado de la figura 2. En este
circuito no se han dibujado el rectificador puente,
ni el capacitor electrolítico de 310V (C907).
El transistor llave (Q902) al cerrarse,
aplica al bobinado 1-3 los 310Vcc provenientes de
la rectificación directa de la red. Ya que
el transformador no permite el acoplamiento de corriente
continaa a los secundarios, podemos decir que el
valor medio de la tensión en los mismos es
cero. Si Q902 cambia su tiempo de actividad (relación
de tiempo de cerrado a abierto) también cambia
la tensión de pico en los secundarios y por
lo tanto, la tensión de las salidas rectificadas.
Este ajuste se logra a través de VR951.Ver
la figura 4. Si ahora cae la tensión de red,
el circuito integrado modificará el tiempo
de actividad, de modo de mantener constante la tensión
sobre C908, fijada en el punto anterior. Indirectamente,
si la tensión sobre C908 es constante, también
lo será la tensión sobre cada salida
auxiliar. (Despreciamos la caída sobre los
diodos debido a las fluctuaciones de consumo y la
debida a la resistencia interna de cada bobinado).
Es decir, que el TDA4001 emplea
un sistema de medición en origen. Observe
que el rectificador D905 rectifica tensión
negativa sobre C908. Esto no tiene mayor importancia,
en tanto la lógica de control interna lo
tenga en cuenta para cambiar el tiempo de actividad
adecuadamente. En realidad, la tensión negativa
no se aplica directamente al integrado, sino que
se aplica por un atenuador formado por VR951 y R912,
pero con este último conectado a un potencial
positivo regulado que sale por la pata 1 del integrado.
Es decir, que existe un circuito balanceado sobre
la pata 3 en donde se produce una tensión
de equilibrio dada la tensión negativa rectificada
y la tensión positiva regulada. Ese equilibrio
se puede modificar por el ajuste de VR951 y de ese
modo se ajusta la tensión de salida de la
fuente.
Para evitar problemas, el TDA4601
realiza un arranque secuenciado, que minimiza la
posibilidad de fallas. Si el arranque se debe abortar
por condición de sobrecarga o por falta de
suficiente tensión de red, es necesario cortar
el funcionamiento de Q902 en forma total y para
ello es necesario colocar entre base y emisor una
tensión negativa de por lo menos 6V. Sabiendo
esto, deberemos realizar un análisis pormenorizado
del circuito a los efectos de saber cómo
es que arranca la fuente con el mínimo de
probabilidad de fallas. Esto se realiza estudiando
el comportamiento del diagrama en bloques de la
figura 5 y su estudio lo realizaremos en la próxima
edición. |
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Autor:
Ing. Alberto Horacio Picerno
E-Mail: picernoa@fullzero.com.ar |
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