Fuente de alimentación de laboratorio II. Control de tensión.

Siguiendo con la fuente de alimentación de laboratorio que os presenté en la entrada anterior, lo primero y mas importante que debe hacer nuestra fuente de alimentación, es sacar la tensión que nosotros deseemos, hablando en términos de control, lo que queremos es que la tensión de salida sea lo mas parecida posible a la tensión de referencia. En esta entrada vamos a ver como realizar el control analógico de la fuente, de forma que intentemos seguir correctamente la referencia.

Lo primero será definir el esquema de nuestra fuente, de forma que podamos definir que tipo de acción de control podemos aplicar. El esquema, como veis, es una versión simplificada de la fuente de la revista Elektor.

Como se ve en es esquema, la acción de control se aplica en forma de tensión de base al transistor darlington TIP142. Visto esto, podemos probar el primer tipo de control, el más sencillo, que se basaria en aplicar una tensión de referencia a la base. Este tipo de control, será un control el bucle abierto, es decir, no realimentamos la salida en ningún momento. El esquema quedaría de la siguiente forma.

Como se ve en la imagen, estamos aplicando a la base una tensión de 7.12 voltios, mientras que a la salida tenemos 6.41 voltios para una carga de 10 ohmios, esta tensión varía desde 6.5 voltios para una carga de 50 ohmios, hasta 6.2 voltios para una carga de 5 ohmios. Lo siguiente sería realizar un control en bucle cerrado, de forma que tengamos siempre una lectura de la salida, y por tanto podamos calcular el error que estamos cometiendo. Este tipo de control se denomina control proporcional, ya que la acción que aplicamos es proporcional al error.

En esta ocasión he dejado una referencia fija de 5 voltios. La obtención del error la hago mediante el amplificador U1, el cual hace una resta y la aplica a la base de Q1. Como veis, todavía no seguimos la referencia correctamente, pero hemos mejorado muchísimo en un aspecto. En este caso, con una variación de carga de 1 ohmio hasta 100 ohmios, la variación de la tensión de salida es de solo 60mV, cuando antes para la mitad del rango el incremento de tensión era de 300mV. 

Lo siguiente que podemos hacer es intentar eliminar ese error que tenemos respecto a la tensión de referencia. para ello, si hacemos caso al curso de control que se viu en el blog de Litox, lo que debemos hacer es aplicar un control proporcional-integral, para ello tenemos que convertir nuestro amplificador, en un proporcional - integrador. Como la ganancia que queremos es de 1, bastará con que implementemos un amplificador integrador, sustituyendo R6 por un condensador.

Como veis, el resultado es muy bueno para un rango de 1 hasta 100 ohmios, la tensión de salida es estable a 4,99999 voltios. Esto es control aplicado.

Lo siguiente es montar un prototipo y probar si realmente funciona así de bien. En la siguiente foto podeis ver el esquema de arriba llevado a un PCB.

En este caso he utilizado 2 transistores darlington para aumentar la corriente, por lo demás es todo igual. y en las siguiente imágenes podéis ver 2 lecturas de tensión, la del voltímetro pequeño es la referencia, mientras que la del grande es la salida.

Referencia: 4,73V

Salida: 4,69V.

Referencia: 10,23V
Salida: 10,15V

Referencia: 8,72V.
Salida: 8,65V.

Como veis, en el circuito real no funciona tan bien como en la simulación, pero era algo esperable al utilizar componentes reales con tolerancias y cambios de temperatura. Con esto ya tenemos una fuente de alimentación controlada en tensión, que podemos utilizar para alimentar nuestros diseños.