{"id":2240,"date":"2013-04-10T20:48:41","date_gmt":"2013-04-10T18:48:41","guid":{"rendered":"http:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/?p=2240"},"modified":"2019-06-13T19:30:51","modified_gmt":"2019-06-13T17:30:51","slug":"controladores-basicos-drivers","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/controladores-basicos-drivers","title":{"rendered":"Controladores b\u00e1sicos (Drivers)."},"content":{"rendered":"

Controladores b\u00e1sicos con transistores y otros dispositivos en ayuda del micro. <\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

<\/a><\/p>\n

INTRODUCCI\u00d3N.<\/span><\/strong><\/h4>\n

Aunque el t\u00edtulo puede ser muy pretencioso, no debemos perder de vista que los microcontroladores siendo un dispositivo muy importante en la mayor\u00eda de equipos actuales, no pueden manejar tensiones e intensidades m\u00e1s all\u00e1 de los 5V y 50mA, aproximadamente. Es tan cierto como que, cuando el sistema que controla dicho micro, requiere de una potencia mediana a gran potencia, a todos nos recuerda la necesidad de disponer de un elemento, driver o manejador de potencia para mover el sistema bajo control. Veremos distintos medios de construir un driver o manejador de potencia.<\/p>\n

UN SIMPLE DRIVER.<\/span><\/strong><\/h4>\n

La mayor\u00eda de dispositivos el\u00e9ctricos y electr\u00f3nicos requieren tensiones y corrientes que destruir\u00e1n los circuitos digitales, por tanto, en t\u00e9rminos generales, debemos confiar dicha labor a los llamados circuitos controladores o drivers.<\/p>\n

Normalmente una salida de un microcontrolador, puede tener tres estados (alto, bajo y alta impedancia), naturalmente al proyectar un driver tenemos que tener en cuenta este detalle. De modo que, en primer lugar se debe proteger la patilla de salida del microcontrolador, mediante una resistencia, limitando la corriente que circular\u00e1 por dicha patilla, para hacer muy general el dispositivo que vamos a proyectar, consideraremos que la corriente m\u00e1xima de la salida estar\u00e1 entorno a los 20mA y la tensi\u00f3n no mayor de los 5V. Con estos datos, podemos asegurarnos que el driver ser\u00e1 \u00fatil para la mayor\u00eda de los microcontrolador que podamos a manejar.<\/p>\n

\"salidas\"<\/a><\/p>\n

Tengamos en cuenta el concepto de sumidero<\/strong>\/fuente<\/strong> que, veremos a medida que avanzamos. Como siempre, un ejemplo ilustrar\u00e1 lo que referimos, en la imagen anterior, una salida digital t\u00edpica de conducci\u00f3n de bajo consumo, tenemos dos ejemplos en la izquierda el microchip, se comporta como un sumidero o drenador, absorbiendo la corriente procedente de la alimentaci\u00f3n Vs y a la derecha el microchip se comporta como fuente o generador de la corriente que encender\u00e1 el LED.<\/p>\n

En este tutorial, veremos los circuitos controladores con la combinaci\u00f3n de transistores bipolares y MOSFET de potencia que, los utilizaremos como interruptores el\u00e9ctricos.<\/p>\n

Cuando cerramos un interruptor puesto en la l\u00ednea, de una luz del hogar, decimos que suministra como una \u00abfuente\u00bb la tensi\u00f3n. Sin embargo, si el interruptor lo conectamos del lado del neutro despu\u00e9s de la carga, entonces decimos que el voltaje se \u00abhunde\u00bb como por un sumidero.<\/p>\n

El circuito conductor m\u00e1s com\u00fan para controlar una carga, se compone de un transistor NPN bipolar. Uniremos la masa anal\u00f3gica y la masa digital. La tensi\u00f3n digital ser\u00e1 de 5V (VCC), un estado alto digital \u00abH\u00bb ser\u00e1n 5V y un bajo digital \u00abL\u00bb es cero voltios (VSS), esto quiere decir que un estado Alto<\/strong>, entregar\u00e1 5V en el interior del chip, mientras que un estado Bajo<\/strong>, ser\u00e1 conectado a masa en el interior del chip. El tercer estado digital, se conoce como estado\u00a0flotante<\/strong> y est\u00e1 abierto tanto a VCC como a VSS, presenta una alta impedancia.<\/p>\n

A continuaci\u00f3n, abordaremos distintos m\u00e9todos. En la figura que sigue, tenemos una entrada alta, procedente de un dispositivo digital, mediante R1 limitaremos la corriente (normalmente entre 1K y 5K\u03a9<\/span>) que, atacar\u00e1 la base del transistor Q1, entre base-emisor del transistor Q1, provoca un flujo de corriente en el circuito de colector-emisor a trav\u00e9s de la carga. Si consideramos una corriente de 5mA a trav\u00e9s de R1 y una ganancia en Q1 de 110, la corriente de colector puede llegar a los 550mA dependiendo de la carga. Cuanto mayor sea la ganancia del transistor bipolar, tanto mayor ser\u00e1 la corriente colector-emisor.<\/p>\n

\"fig-2\"<\/a>Del anterior p\u00e1rrafo, se desprende que si utiliz\u00e1ramos un transistor darlington, que tienen una ganancia muy alta y por tanto requieren menor corriente de base. Gracias a su mayor \u03b2<\/strong> (beta). Si cada transistor (del darlington) tiene una ganancia de 100, la ganancia total ser\u00eda de 100 X 100 = 10000, con esto obtendremos una mayor corriente de colector-emisor. Tanto en este ejemplo como el anterior, se puede considerar al transistor como un sumidero de la corriente de la carga.<\/p>\n

\"fig-3\"<\/a>En este ejemplo hemos utilizado un transistor darlington NPN, tambi\u00e9n se aprecia un diodo entre emisor-colector, este se debe aplicar para prevenir las sobretensiones, producidas en las cargas inductivas que puedan destruir el transistor. Como precauci\u00f3n a\u00f1adida, es conveniente disponer un diodo en paralelo a cualquier carga inductiva.<\/p>\n

\"fig-4\"<\/a><\/p>\n

CONMUTAR UN MOSFET.<\/span><\/strong><\/h4>\n

\"fig-8\"<\/a>\"fig-9\"<\/a><\/p>\n

Estas son dos conexiones de un MOSFET canal N y un MOSFET canal P, aqu\u00ed, la resistencia R1 de 100K, es necesaria para bloquear la carga que queda en el terminal de puerta (G).<\/p>\n

\"fig-7\"<\/a>En la anterior figura, se muestra un control b\u00e1sico utilizando un transistor MOSFET de canal N. Como ya sabemos, a diferencia de los transistores bipolares, los MOSFETs son dispositivos que funcionan con voltaje, no con corriente. Una carga el\u00e9ctrica (voltaje) en la puerta (G) en relaci\u00f3n con la fuente (S) encender\u00e1 el dispositivo. En este caso, se comporta como un sumidero.<\/p>\n

\"fig-10\"<\/a><\/p>\n

En este ejemplo, utilizamos un MOSFET de potencia canal P, en el que el terminal fuente (S) est\u00e1 conectado directamente al positivo de la alimentaci\u00f3n, mientras el bipolar Q1 est\u00e1 cortado, por tener su base un nivel de tensi\u00f3n de 0V (o cercana a cero voltios), lo que pone una tensi\u00f3n en colector (C), cercana a +Vcc, Q2 permanece cortado. Sin embargo, cuando el micro entregue 5V a la base de Q1, \u00e9ste conmutar\u00e1, cayendo su colector (C) a 0V, entonces Q2 encender\u00e1 y tambi\u00e9n la carga. La resistencia de colector dependiendo de VCC, puede estar entorno a los 10K\u03a9<\/span>, para limitar el consumo de colector.<\/p>\n

Resumiendo.<\/span><\/strong><\/h4>\n

Hasta el momento, hemos visto una serie de circuitos operadores con transistor bipolar y circuitos MOSFET, todos ellos tienen el mismo defecto, que comparten el ser conectados el\u00e9ctricamente a los circuitos digitales de baja tensi\u00f3n con los circuitos de alta tensi\u00f3n. Este defecto, lo podemos evitar mediante el uso de opto-acopladores, para cortar o aislar totalmente la conexi\u00f3n de las fuentes de alimentaci\u00f3n de alto voltaje y la alimentaci\u00f3n digital.<\/p>\n

DRIVERS OPTO-ACOPLADOS.<\/span><\/strong><\/h4>\n

Como se indica en el p\u00e1rrafo anterior, podemos separar las fuentes de alimentaci\u00f3n de voltaje superior, aislando totalmente los circuitos digitales de baja tensi\u00f3n. Podremos cambiar la polaridad de las tensiones de alimentaci\u00f3n altas, sin tener en cuenta el circuito digital, negativo com\u00fan a masa si es necesario.<\/p>\n

\"fig-11\"<\/a><\/p>\n

Este es un opto-acoplador u opto-aislador b\u00e1sico. El nivel de tensi\u00f3n en el punto de Vo es en VCC con S1 abierto. Cuando S1 se cierra, la luz del diodo emisor de luz D1 incide sobre la base de Q1 provocando que, conduzca a tierra como un interruptor. El voltaje en el punto Vo caer\u00e1 a cero.<\/p>\n

El transistor Q1 es, un foto-transistor bipolar NPN y tanto el LED y el transistor son a menudo un dispositivo f\u00edsico. Como se puede apreciar, el circuito de entrada no tiene conecxi\u00f3n el\u00e9ctrica alguna con el circuito de salida, estando aislada varios miles de voltios, v\u00e9ase las hojas de datos del fabricante.<\/p>\n

\"4n25\"<\/a>El transistor de salida de un 4N25, es todav\u00eda un dispositivo de baja potencia, con una VCC m\u00e1xima de 30 Voltios y corriente de colector de 150mA, por lo que para manejar cargas mayores, debemos utilizar los componentes de mayor potencia.<\/p>\n

\"fig-12\"<\/a>Para manejar un transistor darlington NPN de potencia, con una ganacia de 1000, se necesita muy poca de corriente de base para conmutar el opto-acoplador. Por ejemplo, el TIP120 tiene una corriente de base (Ib) m\u00e1xima de 150 mA mientras que el 4N25 tiene una corriente m\u00e1xima de colector de 150 mA, R2 puede estar entre 5K6 y 10K\u03a9<\/span>.<\/p>\n

\"fig-13\"<\/a>En este ejemplo, conmutamos un MOSFET de canal N, la carga en modo \u00absumidero\u00bb. R3 puede ser de 100K\u03a9.<\/span><\/p>\n

\"fig-14\"<\/a>En estos dos ejemplos se separa el suministro de VCC totalmente de los circuitos digitales. De hecho, podr\u00edamos haber hecho esto mismo con todos los circuitos con opto-acoplador. Veamos, un P-MOSFET de potencia con la carga en modo \u00abfuente\u00bb, R6 ser\u00e1 de 10K y la VCC est\u00e1 limitada a 30 voltios, debido al 4N25, esto puede cambiar si se utiliza otro opto-acoplador.<\/p>\n

\"fig-15\"<\/a>Esto es todo, por este simple tutorial, como siempre, los comentarios ser\u00e1n bien recibidos.<\/p>\n

\"up_arrow_small\"<\/a><\/p>\n

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