Cómo Elegir el Chopper Adecuado: Guía Completa de Tipos y Aplicaciones

Sobre Tipos de Chopper, la mayoría de aplicaciones de electrónica de potencia tienen elementos de conmutación completamente apagados o encendidos. Por eso sus pérdidas son bajas, haciendo el circuito altamente eficiente. Sin embargo, la corriente suministrada a la carga puede ser discontinua, requiriendo alta frecuencia de conmutación o suavizado para mejores resultados. En ese caso, usarás un chopper para estabilizar el sistema.

En este artículo, discutiremos la clasificación de choppers según características como el proceso de conmutación, y más.

1. ¿Qué es un Circuito Chopper?

Un chopper (o equivalente CC de un transformador CA) es un dispositivo eléctrico semiconductor. Funciona para cambiar un voltaje de entrada CC fijo (V_s) en una potencia CC variable o voltaje de salida V_o. El valor de salida CC puede ser menor que el voltaje de fuente o mayor que el de entrada.

2. ¿Cómo Funciona el Chopper?

Generalmente, un circuito chopper tiene una carga, resistencia y un diodo semiconductor, según el diagrama.

Diagrama de circuito de un chopper

Opera a alta velocidad conectando la fuente a la carga y luego desconectándola. Según el diagrama, el principio es:

• El interruptor SW es el chopper, y a alta velocidad puede ser ON u OFF. Por eso puedes desconectar o conectar la carga de Vs (fuente). La apertura y cierre periódico controla el voltaje de salida.
• ON: voltaje de fuente igual a voltaje de carga. OFF: voltaje de carga igual a cero.

3. Tipos de Chopper

Clasificamos los choppers según sus características:

Según su principio de operación

Es la mejor forma de clasificar un chopper. Dos tipos:

Chopper enlace CA

Hay inversión de voltaje: un inversor convierte voltaje CC a CA. Luego pasa por transformador elevador o reductor. Finalmente, un rectificador convierte la salida del transformador a CC.

Chopper CC

Los choppers CC actúan como transformadores reductores y elevadores en voltaje CC. Cambian un voltaje CC constante a valor menor o mayor según el tipo.

Según el proceso de conmutación

Chopper conmutado naturalmente

Funciona en circuitos CA donde el voltaje de alimentación es CA. Cuando hay voltaje negativo a través del SCR o tiristor, se apaga.

Chopper conmutado forzosamente

Opera en circuitos CC. La conmutación se logra bajando la corriente del SCR por debajo del valor umbral o polarizando inversamente el SCR. Ejemplos: chopper Morgan y Jones.

Según pérdidas de potencia en el tiempo de conmutación

Chopper conmutación dura

Circuitos chopper conmutados duramente usan su capacidad de operación.

Chopper conmutación suave

Los choppers conmutación suave usan circuitos resonantes LC para apagar o encender el dispositivo a voltaje o corriente cero.

Según valores de voltaje de salida

La clasificación aquí se basa en voltajes de salida.

Chopper elevador o Boost

El chopper tiene voltaje de fuente menor que el voltaje CC de salida promedio (V_o ˃ V_s). Hay flujo de potencia de carga a fuente. La corriente de carga tiene fuente fem y es inductiva.

Chopper reductor

El voltaje de fuente es mayor que el voltaje CC de salida promedio (V_s ˃ V_o). El flujo de potencia es de fuente a carga.

Clasificación según Operación por Cuadrantes

Los circuitos chopper limitan la dirección del flujo de corriente al ser dispositivos semiconductores estáticos. Pero puedes modificar su operación en cuatro cuadrantes, resultando en cinco tipos.

Los cuatro cuadrantes del chopper

Chopper Clase-A / Tipo A

Solo trabaja en el primer cuadrante. Voltaje de carga (V_O) y corriente (i_O) siempre positivos. Transferencia de potencia de fuente a carga, ejemplo: chopper reductor.

Chopper Clase-B / Tipo B

Opera en segundo cuadrante. Corriente de carga negativa, voltaje de salida positivo. Corriente negativa (i_o) transfiere potencia de carga a fuente. Ejemplo: circuito chopper elevador.

Chopper Clase-C / Dos Cuadrantes Clase-A / Tipo C

Conectar en paralelo clase-B y clase-A da clase-C operando en primer o segundo cuadrante. Actúa como chopper reductor en primer cuadrante y elevador en segundo.

Chopper Clase-D / Dos Cuadrantes Clase-B / Tipo D

Opera en cuarto y primer cuadrante, transfiriendo potencia de carga a fuente o viceversa. Puede invertir voltaje CC promedio, pero dirección de corriente no es reversible.

Chopper Clase-E / Tipo E

Funciona en todos los cuadrantes como chopper universal. Necesita cuatro diodos y cuatro choppers/interruptores semiconductores. Requiere carga inductiva. Debe haber polaridad invertida de fem de carga en tercer y cuarto cuadrantes.

Aplicaciones del Chopper

Puedes usar el circuito chopper en:

• Cargadores de batería
• Elevación de voltaje CC
• Filtros de capacitor conmutado
• Controles de iluminación y lámparas
• Accionamiento de motores brushless/stepper en actuadores

Motor paso a paso

• Variadores de frecuencia
• Sistemas de procesamiento de señales
• Aviones y naves espaciales
• Controladores de velocidad en motores CC
• Sistemas de tracción ferroviaria
• Conversión de energía solar
• Coches eléctricos con baterías
• Sistemas de fuente conmutada como convertidores CC a CC
• Amplificadores electrónicos Clase D

Conclusión

En resumen, varias industrias tecnológicas adoptan choppers para sistemas de tránsito rápido. Los circuitos chopper tienen alta eficiencia, respuesta rápida, capacidad de regeneración y control suave. A veces se usan dispositivos semiconductores de potencia en choppers, como IGBT y tiristores de conmutación forzada.

Eso es todo por hoy. Esperamos que hayas aprendido mucho sobre choppers. Para dudas o consultas, contáctanos.