En electrónica , un circuito chopper es cualquiera de los numerosos tipos de dispositivos y circuitos de conmutación electrónicos que se utilizan en aplicaciones de control de potencia y de señales. Un chopper es un dispositivo que convierte una entrada de CC fija en una tensión de salida de CC variable directamente. Básicamente, un chopper es un interruptor electrónico que se utiliza para interrumpir una señal bajo el control de otra.
En las aplicaciones de electrónica de potencia , dado que el elemento de conmutación está totalmente activado o desactivado, sus pérdidas son bajas y el circuito puede proporcionar una alta eficiencia. Sin embargo, la corriente suministrada a la carga es discontinua y puede requerir suavizado o una alta frecuencia de conmutación para evitar efectos no deseados. En los circuitos de procesamiento de señales, el uso de un chopper estabiliza un sistema contra la deriva de los componentes electrónicos; la señal original se puede recuperar después de la amplificación u otro procesamiento mediante un demodulador sincrónico que esencialmente deshace el proceso de "corte".
Comparación entre chopper con escalón ascendente y descendente:
Los circuitos chopper se utilizan en múltiples aplicaciones, entre ellas:
En todas las configuraciones de chopper que funcionan con una tensión de entrada de CC fija, el valor medio de la tensión de salida se controla mediante la apertura y el cierre periódicos de los interruptores utilizados en el circuito chopper. La tensión de salida media se puede controlar mediante diferentes técnicas, a saber:
En la modulación por ancho de pulso, los interruptores se encienden a una frecuencia de corte constante. El período de tiempo total de un ciclo de la forma de onda de salida es constante. El voltaje de salida promedio es directamente proporcional al tiempo de encendido del interruptor. La relación entre el tiempo de encendido y el tiempo total se define como ciclo de trabajo. Puede variar entre 0 y 1 o entre 0 y 100%. La modulación por ancho de pulso (PWM), o modulación por duración de pulso (PDM), es una técnica utilizada para codificar un mensaje en una señal pulsante. Aunque esta técnica de modulación se puede utilizar para codificar información para su transmisión, su uso principal es permitir el control de la potencia suministrada a dispositivos eléctricos, especialmente a cargas inerciales como motores. El valor promedio de voltaje (y corriente) que se alimenta a la carga se controla encendiendo y apagando el interruptor entre la fuente de alimentación y la carga a un ritmo rápido. Cuanto más tiempo esté encendido el interruptor en comparación con los períodos de apagado, mayor será la potencia total suministrada a la carga. La frecuencia de conmutación PWM debe ser mucho mayor que la que afectaría a la carga (el dispositivo que utiliza la energía), es decir, la forma de onda resultante percibida por la carga debe ser lo más suave posible. Normalmente, la conmutación debe realizarse varias veces por minuto en una estufa eléctrica, 120 Hz en un regulador de intensidad de una lámpara, desde unos pocos kilohercios (kHz) hasta decenas de kHz para un accionamiento de motor y hasta decenas o cientos de kHz en amplificadores de audio y fuentes de alimentación de ordenadores.
En la modulación de frecuencia, se generan pulsos de una amplitud y duración fijas y el valor promedio de salida se ajusta cambiando la frecuencia con la que se generan los pulsos.
El ancho y la frecuencia de pulso variables combinan cambios en el ancho de pulso y la tasa de repetición.
En la técnica de control de límite de corriente (CLC), el ciclo de trabajo se controla controlando la corriente de carga entre los valores máximo y mínimo. El chopper se enciende y se apaga periódicamente para que la corriente de carga se mantenga entre los valores máximo y mínimo predeterminados. [1]
Un uso clásico de un circuito chopper y donde el término todavía se usa es en los amplificadores chopper . Estos son amplificadores de CC . Algunos tipos de señales que necesitan amplificación pueden ser tan pequeñas que se requiere una ganancia increíblemente alta , pero los amplificadores de CC de ganancia muy alta son mucho más difíciles de construir con bajo desplazamiento y ruido, y una estabilidad y ancho de banda razonables . Es mucho más fácil construir un amplificador de CA en su lugar. Un circuito chopper se utiliza para dividir la señal de entrada de modo que pueda procesarse como si fuera una señal de CA, y luego integrarse nuevamente en una señal de CC en la salida. De esta manera, se pueden amplificar señales de CC extremadamente pequeñas. Este enfoque se utiliza a menudo en instrumentación electrónica donde la estabilidad y la precisión son esenciales; por ejemplo, es posible utilizar estas técnicas para construir picovoltímetros y sensores Hall .
El voltaje de compensación de entrada de los amplificadores se vuelve importante cuando se intenta amplificar señales pequeñas con una ganancia muy alta. Debido a que esta técnica crea un amplificador con un voltaje de compensación de entrada muy bajo, y debido a que este voltaje de compensación de entrada no cambia mucho con el tiempo y la temperatura, estas técnicas también se denominan amplificadores de "deriva cero" (porque no hay deriva en el voltaje de compensación de entrada con el tiempo y la temperatura). Las técnicas relacionadas que también brindan estas ventajas de deriva cero son los amplificadores con cero automático y los amplificadores estabilizados por chopper.
Los amplificadores con puesta a cero automática utilizan un amplificador auxiliar secundario para corregir la tensión de compensación de entrada de un amplificador principal. Los amplificadores estabilizados por chopper utilizan una combinación de técnicas de puesta a cero automática y chopper para ofrecer excelentes especificaciones de precisión de CC. [2]
Algunos ejemplos de amplificadores chopper y de cero automático son LTC2050, [3] MAX4238/MAX4239 [4] y OPA333. [5]
Tome un interruptor elevador general con una fuente de voltaje que está en serie con el inductor , el diodo y la carga con voltaje promedio . El interruptor del interruptor estaría en paralelo con el diodo en serie y la carga. Siempre que el interruptor del interruptor esté encendido, la salida se cortocircuitará. Usando la ley de voltaje de Kirchhoff para determinar el voltaje del inductor ,
y tomando la corriente promedio dentro del tiempo de apagado,
donde es el tiempo en el que hay un voltaje de carga y el cambio de corriente con respecto a . Siempre que el interruptor chopper está apagado y se utiliza la ley de voltaje de Kirchhoff para determinar el voltaje del inductor con respecto a la corriente promedio dentro del tiempo de encendido,
donde es el tiempo en el que el voltaje de carga es cero. Igualando la corriente promedio y tomando el ciclo de trabajo , [6]
¿Dónde está el voltaje de salida promedio?
Si tomamos un chopper reductor general con una fuente de voltaje que está en serie con el interruptor del chopper, el inductor y la carga con voltaje , el diodo estaría en paralelo con el inductor en serie y la carga. De la misma manera, al igualar la corriente promedio del inductor durante el tiempo de encendido y apagado, podemos obtener el voltaje promedio mediante [6]
donde es el voltaje de salida promedio , es el ciclo de trabajo y es el voltaje de la fuente.
Si tomamos un chopper reductor-elevador general que funciona como chopper elevador y reductor, supongamos que la fuente de voltaje está en serie con el interruptor del chopper, el diodo polarizado inversamente y la carga con voltaje . El inductor estaría en paralelo con el diodo en serie y la carga. De la misma manera, al igualar la corriente promedio del inductor durante el tiempo de encendido y apagado, podemos obtener el voltaje promedio mediante [6]
donde es el voltaje de salida promedio , es el ciclo de trabajo y es el voltaje de la fuente.
