Breve introducción a los circuitos chopper

A medida que aumenta la invención y el uso de dispositivos tecnológicos, también aumenta nuestra necesidad de electricidad. Para satisfacer esta necesidad de electricidad continua se están introduciendo varios métodos y sistemas. Entre los aparatos y dispositivos que utilizamos, algunos funcionan con corriente alterna y otros con corriente continua. No todos los aparatos necesitan la misma cantidad de energía para funcionar. Pero la energía que llega a los hogares a través de la red eléctrica principal es de CA y de una cantidad fija de unos 240v. Entonces, para hacer funcionar los aparatos que funcionan con corriente continua se necesitan algunos convertidores. Para utilizar sólo una pequeña cantidad de energía de la fuente de 240 V se necesita otro tipo de circuito, el circuito chopper.

¿Qué es un circuito chopper?

Los circuitos chopper se conocen como convertidores de CC a CC. Al igual que los transformadores del circuito de corriente alterna, los choppers se utilizan para aumentar y reducir la potencia de corriente continua. Cambian la potencia de CC fija en potencia de CC variable. Con ellos, la potencia de CC suministrada a los dispositivos puede ajustarse a la cantidad necesaria.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del chopper puede entenderse a partir del siguiente diagrama del circuito. El circuito consta de un diodo semiconductor, una resistencia y una carga. En todos los tipos de circuitos chopper, el valor de la tensión de salida se controla mediante el cierre y la apertura periódicos de los interruptores utilizados en el circuito.

El chopper puede considerarse como un interruptor ON/OFF que puede conectar o desconectar rápidamente la conexión entre la fuente y la carga. La corriente continua se da como fuente al chopper como Vs y la corriente continua cortada se obtiene a través de la carga como V0.

Formas de onda de tensión y corriente de salida

Arriba están las formas de onda de tensión y corriente de salida de un circuito chopper. De la forma de onda de la tensión se desprende que durante el periodo de T_ON la tensión de carga V0 es igual a la tensión de la fuente Vs. Pero cuando el intervalo T_OFF se produce, el paso de la tensión continua baja a cero, con lo que la carga se cortocircuita.

En la forma de onda de la corriente, se observa que durante el intervalo T_ON la corriente de carga aumenta hasta el valor máximo. Durante el intervalo T_OFFla corriente de carga decae. En T_OFF condición el chopper está apagado por lo que, la tensión de carga pasa a ser cero. Pero la corriente de carga fluye a través del diodo FD, haciendo que la carga entre en cortocircuito.

Así, se produce la tensión continua picada en la carga. La forma de onda de la corriente es continua y aumenta durante T_ON estado y decae durante T_OFF estado.

Clasificación de los helicópteros

Según su principio de funcionamiento y el tipo de fuente de tensión, los chopper son de varios tipos. La principal clasificación del chopper es chopper de CC y chopper de enlace de CA. Según el proceso de conmutación, se clasifican en chopper de conmutación natural y chopper de conmutación forzada.

El chopper de conmutación forzada se clasifica además como chopper de Jones, chopper de Morgan. En función de los valores de la tensión de salida, los choppers se clasifican en chopper reductor, chopper elevador y chopper elevador/reductor. En función de la pérdida de potencia que se produce en el momento de la conmutación, los choppers se clasifican como de conmutación dura y de conmutación suave.

1). Chopper de enlace de CA

En esta clasificación del chopper, se produce la inversión de la tensión. Aquí la tensión continua se convierte en alterna con la ayuda de un inversor. Ahora esta CA se hace pasar por un transformador reductor o elevador. La salida de los transformadores se convierte de nuevo en CC mediante un rectificador. Los choppers de enlace de CA son muy voluminosos y ocupan mucho espacio.

2).Chopper de CC

El chopper de CC funciona con tensión de CC. Funcionan como transformadores elevadores y reductores de la tensión continua. Pueden convertir la tensión continua constante en un valor superior o inferior en función de su tipo.

Los choppers de CC son dispositivos más eficaces, rápidos y optimizados. Pueden incorporarse a los chips electrónicos. Proporcionan un control suave de la tensión continua.

Diferentes tipos de circuitos chopper

El elemento principal por el que se clasifican los choppers es el semiconductor utilizado en el circuito chopper. Según la posición de este semiconductor, los choppers pueden funcionar en cualquiera de los cuatro cuadrantes. En función del cuadrante de funcionamiento, los choppers se clasifican en Tipo A, B, C, D y E

• El chopper de tipo A funciona en el primer cuadrante. En este chopper, la tensión y la corriente son positivas y fluyen en la misma dirección. La potencia de la fuente a la carga y la tensión media de salida es inferior a la tensión continua de entrada.
• El chopper tipo B funciona en el segundo cuadrante. Aquí la tensión de carga es positiva y la corriente es negativa. La potencia fluye de la carga a la fuente. Este chopper también se conoce como chopper elevador.
• El chopper de tipo C está formado por la conexión en paralelo de los choppers de tipo A y B.
• El chopper tipo D es el chopper tipo B de dos cuadrantes y el chopper tipo E es el chopper de cuarto gradiente.

Chopper escalonado

El chopper elevador funciona como un transformador elevador de la corriente continua. Este chopper se utiliza cuando la tensión de CC de salida debe ser mayor que la de entrada.

El principio de funcionamiento de un chopper elevador puede explicarse a partir del diagrama anterior. En el circuito, un gran inductor L se conecta en serie a la tensión de alimentación. El condensador mantiene la tensión de salida continua hacia la carga. El diodo impide el flujo de corriente de la carga a la fuente.

Cuando el chopper está encendido, se aplica la tensión de alimentación VS a la carga, es decir, V0 = VS y el inductor empieza a almacenar energía. En esta condición, la corriente de carga aumenta de Imin a Imax.

Cuando el chopper se desconecta, la tensión de alimentación toma el camino de L - D - Carga - VS. Durante este periodo, el inductor descarga la f.e.m. almacenada a través del diodo D hacia la carga. Así, la tensión total en la carga V0 = VS + Ldi/dt es mayor que la tensión de entrada. La corriente pasa de Imax a Imin.

El chopper escalonado también se conoce como chopper Boost. Las aplicaciones de los choppers escalonados incluyen la carga de baterías y como refuerzo de la tensión.

Aplicaciones del chopper

Los convertidores de CC a CC se utilizan para muchas aplicaciones, como en

• Sistema de alimentación en modo conmutado.
• en motores de corriente continua como reguladores de velocidad.
• Reforzadores de tensión de CC.
• Cargadores de baterías.
• Sistemas ferroviarios.
• Coches eléctricos, etc

Los choppers también se utilizan en los sistemas de procesamiento de señales. En los choppers, la tensión de salida puede controlarse mediante muchas técnicas diferentes, como la modulación de la anchura del pulso, la modulación de la frecuencia, la frecuencia variable, la anchura de pulso variable, el control CLC, etc. ¿Cuáles de estos métodos son eficaces para circuito chopper ¿en el procesamiento de señales?