Inversores PWM: Óptimos para Diversos Requisitos de Carga

Los inversores PWM (Modulación por Ancho de Pulso) reemplazaron a los tipos antiguos, por eso tienen amplias aplicaciones en tiempo real. Se usan en la creación de circuitos electrónicos de potencia. Suelen emplear MOSFET, denominándose inversores PWM MOSFET. La mayoría aplica tecnología PWM para producir voltaje CA de salida con diversas frecuencias y magnitudes. Aquí discutimos su funcionamiento, circuitos internos y tipos.

¿Qué es un Inversor PWM?

Es un inversor que usa tecnología de modulación por ancho de pulso. Mantiene el voltaje de salida en el valor nominal CA independientemente de la carga conectada, alterando el ancho de frecuencia del pulso de salida.

Principio de Funcionamiento

Fig 1: Inversor Industrial

En inversores convencionales, el voltaje de salida varía con la carga. El inversor PWM corrige el voltaje de fase usando el valor de la carga conectada. Retroalimenta parte de la señal de salida al controlador PWM IC, que rectifica el ancho de pulso generado en el oscilador. El ajuste elimina variaciones en la señal de salida, manteniendo la forma de onda constante pese a cambios de carga.

Circuitos Usados en el Inversor PWM

Fig 2: Diagrama de Circuito Inversor PWM

Un diagrama típico incluye:

Circuito Sensor de Corriente de Carga de Batería

Mantiene la corriente de carga en valor nominal, evitando fluctuaciones que reducen la vida de la batería.

Circuito Sensor de Voltaje de Batería

Detecta el voltaje necesario para cargar la batería si se agota. Ayuda en carga de mantenimiento (trickle) cuando está llena.

Circuito Sensor de Red CA

Detecta presencia de red CA. Si hay red, cambia a modo carga; si no, a modo batería.

Circuito de Arranque Suave (Soft Start)

Retrasa la carga 8-10 segundos tras restablecerse la energía, protegiendo MOSFETs de picos de CA.

Circuito de Cambio (Change Over)

Conmutar entre modo carga y modo batería según disponibilidad de red.

Circuito de Apagado (Shut Down)

Monitoriza el funcionamiento y apaga si detecta anomalía. Recibe entradas de varios sensores.

Circuito Controlador PWM

Controla el voltaje de salida. Suele usar un solo IC (LM494, KA3535) que integra todos los circuitos PWM necesarios.

Circuito de Carga de Batería

Controla el proceso de carga. Recibe entradas del sensor de red y sensor de batería.

Circuito Oscilador

Genera la frecuencia de conmutación. Generalmente integrado en el IC PWM.

Circuito Driver

Impulsa la salida según la señal de conmutación del inversor. Similar a un preamplificador.

Tipos de Inversores PWM

Operan con dos señales: referencia y portadora. Comparándolas generan el pulso para conmutar. Técnicas principales:

Modulación por Ancho de Pulso Simple (SPWM)

Fig 3: Gráfico SPWM

Un solo pulso por semi-ciclo. Onda triangular como portadora, onda cuadrada como referencia. Genera armónicos superiores.

Modulación por Ancho de Pulso Múltiple (MPWM)

Fig 4: Controlador PWM Velocidad Motor CC

Múltiples pulsos por semi-ciclo para evitar problemas del SPWM. La frecuencia de salida se regula controlando la frecuencia de la portadora. Mejora la calidad de la forma de onda. Usado en inversores para control de motores con frecuencia variable.

Modulación por Ancho de Pulso Sinusoidal

Fig 5: Onda Senoidal Simple

Señal de referencia: onda senoidal (en vez de cuadrada). Portadora: triangular. Salida: formas de onda sinusoidales. El índice de modulación controla el valor RMS del voltaje.

Desventajas: no puede producir voltaje de salida tan alto como la red. Si se requiere PWM totalmente sinusoidal, hay que incluir pulsos pequeños cuando el pico de modulación casi iguala al pico de la portadora. Difícil por tiempos de conmutación; la industria suele eliminar pulsos pequeños por eficiencia.

Modulación Sinusoidal Modificada

La portadora actúa solo en los primeros y últimos 60° de cada semi-ciclo. Mejora características armónicas, reduce pérdidas y aumenta componente fundamental.

Conclusión

Los inversores PWM usan tecnología PWM para regular la salida a valor nominal sin importar la carga. Por su eficiencia, tienen muchas aplicaciones industriales, ej. controladores de velocidad de motor CC PWM, donde la variación de frecuencia del voltaje aplicado controla la velocidad.

Esta es nuestra visión general. ¿Preguntas? Contáctenos.

CR2025 vs CR2032: Comparativa Definitiva de Pilas Botón Flip-Flop de Transistores: Circuito Lógico Secuencial Fundamental para Almacenamiento Binario Fiable