Secuencial de potencia

Enviado por Humberto Benitez

El proyecto a implementar se trata de un secuenciador automático, que fue propuesto a raíz que engloba distintas áreas, tanto la parte electrónica analógica y digital y una parte electricidad de potencia. Para estos se debieron aplicar aquellos conocimientos adquiridos en materias desarrolladas en los distintos semestres anteriores y actuales.

El diseño e implementación de un circuito secuenciador automático de 4 canales cuyas salidas de potencia tendrán tensiones de red eléctrica. Consta de bloques diferentes en su interior, los cuales se encuentran separados uno de otro para que no exista interferencia entre los componentes. Estos bloques son la fuente de alimentación, el bloque del sistema de control digital y la etapa de potencia.

Fuente de alimentación

La alimentación general deberá de proveer 5 voltios, para la alimentar de circuitos integrados que trabajan a esa tensión, para esto nuestra fuente estará compuesta de un transformador de 9 voltios y 400 mA, un rectificador tipo puente con 4 diodos 1N4007 en configuración de onda completa y un capacitor electrolítico de 1000uf 25V como filtro a la entrada del regulador de voltaje y un capacitor electrolito de 100 uf 50V a la salida del regulador para eliminar rizados remanentes.

También para mantener una tensión de alimentación sin variación se utilizara un regulador de tensión 7805(regulador positivo 5V y 1,5 A) para mantener estable la alimentación del circuito.

Diseño del circuito esquemático de la fuente de alimentación general.

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Sistema digital de control

El sistema digital de control que es el encargado de generar las señales que se aplicarán a la etapa de potencia. Para ello se debió desarrollar e implementar a través de máquina de estado de Moore y simplificación por teorema de Karnaugh, Para que las salidas puedan dar los pulsos indicados.

A continuación se desarrollará el diseño del circuito secuencial. Para ello utilizaremos la máquina de estado de MOORE. Esta máquina de estado nos permite que el CC2 sea independiente al CC1 y no depende de la señal de entrada del sistema.

Máquina de estado MOORE

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Para lograr la señal de salida del CC1 en primera instancia se procederá a realizar el diseño del contador para 2 salidas y 2 variables de entrada y al obtener la señal deseada, procederemos a general la señal de entrada del CC2.

Diseño del contador CC1

1º) Diagrama de estado

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Circuito esquemático y forma de onda teórica del FF-JK

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Una vez determinada la información teórica de la etapa de digital a implementar se utilizan eso datos para crear una simulación en un programa de computadora denominada QUARTUS, en donde se generan los esquemáticos, las conexiones y también las formas de onda finales, antes de implementarlas en forma física sobre las placas, para así estar con la certeza de que el circuito cumple las funciones que se requieren para lograr los resultados deseados.

Simulación del FF-JK en Quartus

Divisor de frecuencia

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Formas de onda del FF-JK

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Se puede ver que la salida Qout es el doble de la frecuencia de la salida Q_nout, y es la señal adecuada que se necesita para inyectar a la entrada del CC2

Diseño del contador CC2

Tabla de la verdad.

A1	A0	D0	D1	D2	D3	S
0	0	0	0	0	1	1
0	1	0	0	1	0	1
1	0	0	1	0	0	1
1	1	1	0	0	0	1

Estados de salida

S0= D?0* D?1* D?2* D3

S1= D?0* D?1* D2* D?3

S2= D?0* D1* D?2* D?3

S3= D0* D?1* D?2* D?3

Simplification por Karnaugh

A1/A0	0	1
0	1	0
1	0	0

S0= A?0*A?1

A1/A0		0	1
0		0	1
1		0	0

S1=A0*A???1

A1/A0	0	1
0	0	0
1	1	0

S2=A?0*A1

A1/A0		0	1
0		0	0
1		0	1

S3=A0*A1

Circuito esquemático del CC2

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Circuito esquemático y forma de onda simulada en Quartus.

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Circuito esquemático del sistema de disparo del secuenciador.

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Placa para el montaje del circuito de control.

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Las salidas S0, S1, S2 y S3 respectivamente se inyectaran a la etapa de potencia, que se describirá a continuación.

Etapa de potencia

Para dimensionar la etapa de potencia, primero se definirán los componentes a utilizar.

Para activar cada salida de potencia se utilizaran TRIACS, elementos que son equivalentes a llaves electrónicas para corriente alterna, y que con una señal en uno de sus terminales denominado gatillo conecta el terminal 1 con el terminal 2 y de esa manera habilitan o deshabilitan cada tramo incorporado el circuito. Seleccionamos un TRIAC de característica BTA16, que según data sheet soporta 16A y una tensión de hasta 800V de aislación.

Para excitar los triacs se tomara la señal de salida del circuito de control y se inyectara a la base de un transistor BC 548 que estará polarizado de tal manera que trabaje dependiente del pulso de entrada en corte y en el siguiente estado en saturación, en configuración emisor común, con el emisor del transistor contado a masa. Esta configuración se comporta como un swich, que se abre y se cierra con cada pulso de entrada de las bases de cada transistor.

La señal obtenida en el colector se inyectara al gatillo del TRIAC para accionar o cortar la alimentación de línea y controlar así la carga allí dispuesta.

TRIAC.

Circuito esquemático de la etapa de potencia.

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Los swiches dispuestos a la entrada de los transistores bc 547, son para tener un control manual del encendido de las lámparas y poder de esa manera encenderlas a voluntad y no solo cuando le llegue la señal de disparo, se instalan además unos diodos en forma inversa para evitar el retroceso de la tensión de disparo hacia los IC de control.

Placa de montaje para el circuito de potencia

Lado de los componentes

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Lado del impreso (invertido)

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Cada etapa de circuito, alimentación, control y potencia estará desarrollado en placas independientes, para diferenciar bien unos de otros. Los indicadores de estado así como el de alimentación estarán en la placa de control, las tomas de salida de red en la etapa de potencia y la ficha de alimentación y swich de encendido con el regulador y transformador, en la placa de alimentación.

Luego se ensamblaran todas las etapas para probar el funcionamiento de todos los circuitos del proyecto interconectados.

El diseño de las placas se realizara en el programa PCB WIZARD, que dispone de las librerías necesarias de los componentes que se necesitan para este proyecto. El diseño será impreso para posteriormente pasarlo a la placa virgen y así se pueda proceder al ensamblaje real del circuito.

Simulación del Transistor 2N2222 (tipo similares al BC 547)

Esquemático Saturación

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Forma de onda del transistor 2N2222 en saturación

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Esquemático Corte

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Forma de onda del transistor 2N2222 en Corte

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Circuito completo del secuencial del de potencia.

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Lista completa de componentes para secuenciador.

FUENTE DE ALIMENTACION

1 llave H 220V (p/encendido general)

1Transformador 400mA, 9V

4 diodos 1n 4007

1condensador electrolítico 1000uf, 16V

1condensador electrolítico 100uf, 16V

1 IC regulador 7805

1 porta fusible

1 fusible 500 mA

CIRCUITO AUTOMATICO DE CONTROL SECUENCIAL

1 IC 74LS73

1 IC 74LS04

1 IC 74LS08

1 IC NE 555

8 LED 5mm

9 resistencias de 330? ¼ W

1 resistencia de 4,7K? ¼ W

1 potenciómetro 100k?

1 capacitor electrolítico de 10uf, 16V

1 capacitor cerámico de 10nf

ETAPA DE POTENCIA

4 llaves tipo H inversora (pequeña)

8 diodos 1N 4148

4 resistencias de 220? ¼ W

4 resistencias de 2.2K ? ¼ W

4 transistores BC 547

4 triacs BTA 16

1 ficha macho 220V

4 fichas hembra 220V

4 porta fusibles

4 fusibles de 15A

Materiales varios

Conclusión

El circuito secuencial que se preparó para este proyecto es utilizado en la iluminación de escenarios de teatro y conciertos. Este proyecto en particular fue realizado a pequeña escala con una cantidad limitada de salidas (cuatro) debido a las limitaciones económicas del grupo, que tuvo que solventar la totalidad de los componentes. Pudiendo ampliar el número de salidas el circuito a cualquier cantidad que fuese necesario, dependiendo las necesidades de cada proyecto.

El modo de utilización del dispositivo es muy claro, en caso de sr necesaria una iluminación fija hacia una determinada ubicación posee un swich para el encendido de cada luminaria, en los momentos que se requiera. Además de la iluminación fija posee la etapa de secuenciador automático, que es lo que se trata el trabajo, lo que proporciona los efectos ópticos para la animación de las presentaciones iluminando de forma alternada diferentes lámparas con colores variados. No solo puede ser utilizado en este tipo de aplicaciones, además se puede utilizar en carteles de publicidad, sistemas muy utilizados en la actualidad, lo que hace rentable la utilización de este dispositivo, por lo cual se eligió para su implementación, por ser de rápida comercialización en el mercado.

Hay maneras más fáciles y prácticas de llevar a cabo el montaje de este circuito, con componentes que existen en plaza, por ejemplo un contador TL4017 el cual engloba todas las funciones de flip flop y puertas lógicas en una sola capsula, lo cual disminuye el costo de implementación y tamaño de la placa, mas como el proyecto se trata de aplicar los conocimientos adquiridos en las clases de taller y con los componentes utilizados durante el desarrollo de las practicas, se limita considerablemente la elección de componentes para la realización del proyecto, pero no es imposible su de hacerlo de esa manera solo mucho más complicada .

Este el proyecto engloba las materias de talleres de electrónica analógica y electrónica digital, además de otros conocimientos adquiridos durante semestres anteriores y con su puesta en marcha hemos cumplido cabalmente con los objetivos propuestos en las materias cursadas este semestre.