Obtención de 12 V a partir de una fuente de 20-250 V DC

Question

Necesito obtener 12 V DC de una fuente de alto voltaje. La alta tensión procede de un aerogenerador. El nivel de tensión cambia aleatoriamente según la velocidad del viento. Su voltaje puede llegar hasta 250 V DC. Estos 12 V DC se utilizarán para hacer funcionar los circuitos de control sólo en el momento de la puesta en marcha; la energía principal se suministrará desde una unidad SMPS integrada tan pronto como el sistema global comience a funcionar.

Para ello he diseñado el siguiente circuito:

Pensé que bajar directamente de 250 V a 12 V sería arriesgado y haría que el sistema fuera inestable, así que decidí bajar primero a un nivel de tensión intermedio (es decir, 60 V).

¿Hay alguna forma mejor (y tan sencilla como ésta) de hacerlo?

Answer 1

El esquema, en general, funciona. Pero hay algunos puntos que necesitan ser aclarados:

1. El circuito rectificador es importante y tiene que estar diseñado para trabajar en toda la gama de frecuencias del generador.

2. La potencia disipada del transistor superior (en el peor de los casos) es 190V*50mA=9,5W. Para el transistor inferior: 2,4W; No es algo que no se vea, pero necesitará un disipador de calor no muy pequeño en todos los casos. En mi opinión deberías pensar en hacer el consumo más bajo. Si puedes bajar la corriente consumida a 5mA, los transistores no necesitarán disipadores en absoluto.

3. Otro enfoque posible es utilizar una pequeña batería de acumuladores para el proceso de arranque y cargarla cuando todo funcione. De este modo, la eficiencia del sistema puede ser mayor, y teniendo en cuenta el tamaño de los disipadores de calor, el tamaño más pequeño.

Answer 2

¿Hay alguna forma mejor (y tan sencilla como ésta) de hacerlo?

Sí, y así es como lo haría: -

• si es de corriente alterna, hay que rectificar y añadir un condensador de alisado.
• Utilizando un seguidor de emisor y un zener para producir una tensión de salida limitada a 120 VDC
• Utilice un regulador buck LTC3639 para convertir la tensión limitada de 120 VDC a 12 V

Para la etapa 1, adopta un enfoque similar al de la propuesta original: un BJT de alto voltaje, 47 k \$\Omega\$ resistencia y zener de 120 V. Alimenta la salida del emisor al circuito regulador buck mostrado arriba. A voltajes inferiores a 120 V, la salida no caerá a la nada - se mantendrá cerca del voltaje entrante menos un par de voltios bajo carga.

La principal ventaja es que cuando la alimentación rectificada es de 250 V, el consumo de corriente es mucho menor que 50 mA y por lo tanto el BJT no se va a freír. Con la alimentación Buck limitada a 120 VDC y con una corriente de carga de salida de 50 mA, la corriente de entrada va a ser de 5 mA + la corriente debida a las ineficiencias del Buck.

Según el gráfico anterior, la pérdida de potencia del buck es de unos 50 mW a una corriente de salida de 50mA. Así que la corriente de entrada será de 5mA + \$\frac{50mW}{120V}\$ = 5,4 mA.

Si el BJT cae a 130 V (250 VDC de entrada, 120 VDC de salida) entonces su potencia será de 702 mW y será mucho más fácil encontrar un disipador para él (posiblemente no lo necesite).

¿Tal vez haya reguladores buck que sean capaces de soportar tensiones de entrada más altas?

EDITAR ¿Por qué el método que propongo es más sencillo? La propuesta original utiliza un BJT, una resistencia y un zener para reducir la tensión principal de entrada a un nivel de trabajo. Lo mismo ocurre con mi propuesta. El regulador buck que propongo utiliza 6 componentes, mientras que la propuesta original utiliza 5 componentes, pero necesita un disipador y, dependiendo de dónde se instale el circuito, posiblemente un ventilador. ¿Es mejor mi propuesta? Eso es una cuestión de opinión.