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No podía ser uno un buen científico sin comprender que un buen número de ellos no sólo son obtusos y de mentalidad estrecha, sino también simplemente estúpidos.

James Watson(1928)
Bioquímico y genetista estadounidense.
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Inversores cuasisenoidales

Enviado por Jose Miguel Tavarez

Introducción

El propósito de este manual es asistir al ingeniero o técnico en la solución de problemas y la reparación de los inversores Dimensions Unlimited, Inc. de 1200 y 1800 watt de salida standby power system (S.P.S.) con 12 VDC de entrada. Todas las referencias de los circuitos impresos del sistema de 1200 W son para el circuito impreso inicial no. de parte: 170035 revisión E y el circuito impreso final no. de parte 171257 revisión C. Todas las referencias de los circuitos impresos del sistema de 1800 W son para el circuito impreso inicial no. de parte: 170035 revisión E y el circuito impreso final no. de parte 171260 revisión C. La reparación del inversor requerirá las herramientas y equipo de prueba listados mas abajo:

  • Multímetro, con real RMS, con una exactitud de medida de no menos de +/- 0.05 Voltios (se recomienda el Fluke 87)
  • Batería, 12 VDC Soldadores: 25 W y 40 W
  • Osciloscopio Estaño para soldar, 60/40
  • Herramientas de mano (misceláneas) De-soldador

Teoría de Operación

Descripción del funcionamiento del Inversor

El inversor Dimensions S.P.S. (Standby Power System) convierte la corriente directa de 12 Voltios de la batería a 120 voltios de corriente alterna con una frecuencia de 60 ciclos por segundo en un proceso llamado inversión. El S.P.S. utiliza un transformador de acero, transistores de efecto de campo de silicio de óxido de metal (MOSFETs) para la conmutación y un dispositivo controlador semiconductor de modulación por ancho de pulso (PWM) para controlar la salida. Este dispositivo PWM y un interruptor de circuitos (breaker) proveen la protección del límite de corriente. Se ha incorporado protección térmica tanto en el transformador como en el disipador de calor de los MOSFETs con el uso de interruptores térmicos uno de los cuales controla el ventilador de enfriamiento.

La corriente directa de la(s) batería(s) es filtrada a la entrada del inversor por un gran condensador de entrada. Esta corriente directa es conmutada entre los estados de encendido y apagado por los MOSFETs a un rango de 60 ciclos por segundo y luego es dirigida al transformador. El transformador eleva el voltaje hasta 120 voltios. El voltaje de salida y la frecuencia están reguladas por el dispositivo de control de PWM en caso de que el voltaje DC de entrada y la carga de salida varíen. El S.P.S. convierte los 120 VAC de una línea de corriente externa a 12 VDC para recargar la energía de la(s) batería(s) siempre y cuando el voltaje externo esté disponible. El cargador de batería tiene un ajuste de voltaje flotante en el panel frontal de la unidad que es accesible al usuario. El S.P.S. también cuenta con un relevador (relay) de cambio de operación por presencia de corriente externa, para cambiar entre modalidad de inversor y modalidad de operación con corriente de línea externa y cargador de baterías. El relay es completamente automático y apagará la modalidad de inversor cuando exista voltaje AC externo.

Sección de Fuente de Alimentación

El propósito de la fuente de alimentación es suplir +15 VDD a todos los circuitos del S.P.S.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 11 de la sección de la fuente de alimentación y la figura 12 de la sección de encendido. El encendido y apagado es controlado por el interruptor de encendido del inversor. Inicialmente el voltaje de la batería es suministrado al transistor pre-regulador Q19 a través del transistor Q12 hasta el regulador de voltaje de +15 VDC 7815 (circuito integrado U2). Al principio U2 producirá aproximadamente 12 VDC lo cual energizara todos los circuitos eléctricos del sistema, iniciando así el proceso de inversión. Dentro de algunos milisegundos los diodos D15 y D14 de la sección estabilizadora rectificarán el voltaje primario de 24 voltios (pico a pico) del transformador principal creando así VBOOT. VBOOT es enviado de regreso a la sección de la fuente de alimentación a Q19, elevando el voltaje en la entrada de U2 resultando esto en una salida de voltaje de +15 VDC para suplir energía a todos los circuitos.

Cerrando el interruptor S1 se enciende el transistor Q11 el cual desactiva INV PWR OFF. Q11 enciende el transistor Q12 a través de la resistencia R17 y R18. El transistor Q19 (TIP29) con el diodo D24 y la resistencia R51 establecen un voltaje regulado que es aproximadamente dos veces el voltaje de la batería. El regulador de 15 VDC U2 entrega +15 VDC VDD a todos los circuitos. Los condensadores C12, C16, C33, C43, C48, C57 y C59 sirven como puente para circuitos integrados individuales (nótese que estos condensadores no están localizados cerca de U2). El condensador C9 actúa como puente para U2.

El circuito integrado U17 sirve como una fuente limitada por corriente de 15 VDC para activar el LED de External Power. U17 es necesario debido a que los +15 VDC VDD no están disponibles cuando se está operando con voltaje AC externo y el interruptor de encendido y apagado del inversor esta en la posición de apagado.

Fallas comunes

Los componentes que comúnmente fallan son el circuito integrado U2 y el transistor Q12.

Sección de Encendido

El propósito de la sección de encendido en conjunto con la sección de apagado es mantener inactiva toda operación del inversor hasta que VDD halla alcanzado +15 VDC y esté completamente listo para suplir un voltaje regulado de +15 VDC.

Descripción General de Operación

Refiérase al diagrama eléctrico, figura 12. El voltaje de la batería suplido a través de la resistencia R143 desde la terminal (TAB) E10 esta conectado al diodo de encendido (PWR-UP) D57 en la sección de apagado (refiérase a la figura 21) para mantener al inversor en un estado de apagado hasta que VDD halla alcanzado +15 VDC. Una vez VDD se eleva a +15 VDC el transistor Q33 conducirá. Q33 enviará la señal PWR-UP a aproximadamente 0.1 VDC polarizando inversamente al diodo D57 en la sección de apagado. Si ningún otro diodo de entrada en la sección de apagado es polarizado directamente, el voltaje circuito de compuerta del transistor Q29 decrecerá gradualmente hasta ser 0 VDC lo que provocara que Q29 se apague permitiendo que el inversor opere.

Fallas comunes

El componente que generalmente tiende a fallar es el transistor Q33. Si el reemplazar Q33 no corrige el problema de encendido del inversor, reemplace el transistor Q29 en la sección de apagado (refiérase a la figura 21).

Sección de ajuste de voltaje AC/+ Error

El propósito de la sección de ajuste de voltaje AC/+ Error es controlar el ancho los pulsos DRIVE-A y DRIVE-B que salen de la sección de modulación de ancho de pulso. El control de ancho de pulso es necesario para regular el voltaje AC de salida del inversor. La causa principal de fluctuaciones en el voltaje de salida son los cambios en el consumo de corriente de la carga externa.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 13. La señal +ERROR es un nivel variable de corriente directa DC determinado principalmente por el circuito de ajuste de voltaje AC. Este circuito es un divisor de voltaje constituido por las resistencias R81, R41, R80, R43 y el potenciómetro R42. El divisor de voltaje provee un nivel de DC que es un reflejo del voltaje de la batería (Terminal E10) y un voltaje de referencia (VREF). La sección de ajuste de voltaje AC/+ Error ayuda a compensar los cambios de voltaje de la batería (el pin 18 del circuito integrado U10 en la sección de control de modulación por ancho de pulso genera la señal VREF). La segunda fuente para +ERROR es el pin 1 del IC U11 (TLC27L2). U11 analiza la cantidad de corriente DC que entra al inversor y da como salida un nivel variable de DC (U11 pin 1) que se añade al voltaje AC. El propósito de U11 es compensar la carga de salida de AC. La información dada por el shunt de DC es suministrada al Tab E51 (POS SHUNT) y E50 (NEG SHUNT) para ayudar a regular la salida de voltaje AC durante las condiciones variables de carga.

Fallas comunes

Los componentes que generalmente tienden a fallar son el IC U11 y la conexión alambrada del shunt entre las terminales E50 y E51.

Sección de Control de Modulación por Ancho de Pulso

El propósito de la sección de control de modulación por ancho de pulso es entregar pulsos modulados de 60 HZ a la salida para controlar la sección de salida de potencia. La modulación por ancho de pulso es usada para regular el voltaje de salida AC durante condiciones variables de carga.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 14 y las figuras de formas de onda 2, 3, 4, 7 y 8. El corazón de esta sección es el IC U10, el Circuito Integrado de modulación por ancho de pulso 3526. El IC 3526 tiene dos salidas de pulsos positivos (pines 13 y 16) que están desfasadas 180 grados una de otra, OUT-A y OUT-B (refiérase a la figura 2). El IC 3526 ajustará el ancho de los pulsos de salida de OUT-A y OUT-B con el fin de regular el voltaje AC de salida del inversor. En una condición de sobrecarga, los pulsos se hacen muy delgados para limitar la corriente AC de salida (generalmente menos de 1 milisegundo).

El IC 3526 provee regulación del voltaje de salida AC comparando los voltajes de los pines 1 y 2 del U10 (entrada del amplificador de error). La sección de ajuste de voltaje suple información del voltaje de la batería combinada con información de la corriente de entrada DC (+ERROR) al pin 1 de U10. Un voltaje DC, que es derivado de la combinación de los pulsos de salida del IC 3526 (PWM), es aplicado al pin 2 de U10. Algunas condiciones que podrían producir una mala operación del IC 3526 son las siguientes:

  • El voltaje en el pin 18 (VREF) del IC U10 es menor que 4.9 VDC.
  • El voltaje en el pin 17 (15VDC) del IC U10 es menor que 8.0 VDC. Causando un bloqueo por bajo voltaje.
  • El voltaje en el pin 8 (SHUTDOWN) del IC U10 es menor que 1.0 VDC.
  • El voltaje en el pin 7 (overload) del IC U10 es mayor que 100 milivoltios de voltaje AC pulsante.
  • El voltaje en el pin (INV-SHUT) del IC U10 es menor que 4.0 VDC.
  • El voltaje en el pin 4 del IC U10 es mejor que 1.5 VDC.

La resistencia R73, el potenciómetro R74 y el condensador C18 proveen los ajustes y el control de frecuencia de salida para el IC U10. El pin 3 de U10 provee retroalimentación positiva y estabilidad al pin 2 de U10 (–Error input). El pin 4 de U10 provee un arranque suave (soft-start) en cualquier momento en que U10 sea inicializado. El condensador C36 asegura que no hayan transientes de voltaje en las salidas Out-A y Out-B. El pin 5 de U10 es la entrada de regreso a condiciones normales de operación (Reset). Un estado bajo (cero lógico) detendrá la operación de U10. Un arranque suave ocurrirá cuando el pin 5 de U10 cambie a un estado alto (1 lógico). Los pines 6 y 7 de U10 son las entradas limitadoras de corriente (el pin 6 esta aterrizado). En un muestreo pulso por pulso, el pin 7 determina si el límite de corriente ha sido alcanzado o no.

  • El pin 8 de U10 es la Salida de Apagado.
  • El pin 9 de U10 es la Entrada de Tiempo de Resistencia.
  • El pin 10 de U10 es la Entrada de Tiempo de Condensador.
  • El pin 11 de U10 es la Entrada de Tiempo Muerto. Esta no es usada.
  • El pin 12 de U10 es la Entrada de sincronización. Esta no es usada.
  • El pin 13 de U10 es la Salida Out-A.
  • El pin 14 de U10 es la Entrada de Vcolector el cual provee una fuente de +15 VDC para Out-A y Out-B cuya corriente está limitada por la resistencia R38.
  • El pin 15 de U10 es la Entrada de Tierra.
  • El pin 16 de U10 es la Salida Out-B.
  • El pin 17 de U10 es la Entrada VDD.
  • El pin 18 de U10 es la Salida de Vref (Referencia de Precisión de 5 VDC) el cual cuenta con compensación de temperatura.

Fallas comunes

El componente que generalmente falla en esta sección es U10 el IC 3526.

Sección de Retraso de Compuerta + Driver

El propósito de la sección de retraso de compuerta + driver es retardar las señales A y B desde la sección de Control de PWM hasta la sección de Potencia. Este retraso es necesario para prevenir que la sección de Estabilización interfiera con la operación de la sección de Potencia, esto es, que no exista una superposición de señales.

Descripción General de Operación

Refiérase a la Figura 15. Las cuatro compuertas lógicas NAND de dos entradas del IC U6 están conectadas como inversores. Las señales de entrada A y B nunca se encuentran activas en un estado alto al mismo tiempo, estas están desfasadas 180 grados entre sí (esta relación de fase queda ilustrada en la Figura de forma de Onda 2).

Cuando la señal A está inactiva (estado lógico bajo) el pin 4 de U6 estará activa (estado lógico alto). El transistor Q16 estará desactivado y el transistor Q15 estará activado aplicando éste un estado bajo activo al diodo D19. La señal A1 alimenta la sección de Potencia. Los pines 5,6 y 4 de U6 juntos al diodo D12, la resistencia R37 y el Condensador C13 forman un pequeño circuito de retraso para la señal A. Una señal activa de estado lógico alto aplicada a los pines 5 y 6 de U6 será invertida a un estado lógico bajo el cual polariza inversamente a D12 apagándolo. El voltaje en los pines 12 y 13 de U6 decrecerá gradualmente hasta que se alcance el voltaje de transición de alto a bajo. Bajo esta condición el pin 11 de U6 cambiará de un estado bajo a un estado alto. El transistor pre-controlador (Pre-driver) Q15 se desactivará y el transistor Q16 se activará aplicando un estado alto activo a la señal A1 a través del diodo D19. Cuando la señal B está inactiva (estado lógico bajo) el pin 3 de U6 tendrá un estado alto y el pin 10 tendrá un estado bajo. El transistor Q18 estará desactivado y el transistor Q17 estará activado aplicando un estado bajo activo al diodo D20. La señal B1 alimenta la sección de Potencia.

Los pines 1,2 y 3 de U6 juntos al diodo D13, la resistencia R39 y el condensador C17 forman un pequeño circuito de retraso para la señal B. Una señal activa B de estado lógico alto aplicada a los pines 1 y 2 de U6 será invertida a un estado lógico bajo lo cual polariza inversamente a D13, apagándolo. El voltaje de los pines 8 y 9 de U6 decrecerá gradualmente hasta que se alcance el voltaje de transición de alto a bajo. Bajo esta condición el pin 10 de U6 cambiará de un estado bajo a un estado alto. El transistor pre-controlador (Pre-driver) Q17 se desactivará y el transistor Q18 se activará aplicando un estado alto activo a la señal B1 a través del diodo D20.

Fallas comunes

El componente que generalmente falla en esta sección es el IC U6. Nota: Los transistores Q15, 16, 17 y 18 deberán ser reemplazados siempre que ocurra una falla en la sección de Potencia.

Sección de Potencia

El propósito de la sección de potencia es usar las señales DRIVE-A y DRIVE-B de la sección de Modulación por Ancho de Pulso y aplicarlas como entrada a la configuración PUSH/PULL conformada por el grupo de transistores que va desde Q6 hasta Q10 los cuales activan el primario del transformador principal y el circuito de baterías.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 16 y las figuras de formas de onda 5,6 y 10. La alimentación de potencia al primario del transformador principal está provista por seis Transistores de Efecto de Campo conectados en una configuración PUSH/PULL. Los transistores Q5, Q6 y Q7 conectados en paralelo entre sí y en serie con la mitad del primario del transformador principal y la batería forman la mitad del arreglo PUSH/PULL ( la batería está conectada entre la terminal E10 y el punto de tierra en los ánodos de los diodos D18 y D21). Los transistores Q8, Q9 y Q10 conectados en paralelo entre sí y en serie con la mitad del primario del transformador principal y la batería forman la otra mitad del arreglo PUSH/PULL.

La señal DRIVE-A de la sección de Modulación por Ancho de Pulso provee el control de compuerta para los transistores Q5,Q6 y Q7. La señal DRIVE-B de la sección de Modulación por Ancho de Pulso provee el control de compuerta para los transistores Q8,Q9 y Q10. La salida de los transistores Q5, Q6 y Q7 es inducida por el primario del transformador sobre el secundario para producir una salida AC de un semiciclo positivo a 60 Hz. Asimismo, la salida de los transistores Q8, Q9 y Q10 es inducida por el primario del transformador sobre el secundario para producir una salida AC de un semiciclo negativo a 60 Hz que está desfasado 180 grados con el semiciclo positivo. El transformador principal es bifilar con un devanado central en el primario. El voltaje de batería aplicado a la mitad del primario del transformador inducirá una salida de 120 VAC. El diodo D17 y el transorb (zener) D16 son usados con la finalidad de proveer protección contra picos de voltaje. El diodo D16 conduce cuando la parte superior del primario del transformador principal excede 54 voltios activando los transistores Q5, Q6 y Q7 y eliminando el pico de voltaje. El diodo D22 y el transorb D23 también son usados para proveer protección contra picos de voltaje. El diodo D23 conduce cuando la parte inferior del primario del transformador principal excede 54 voltios activando los transistores Q8, Q9 y Q10 y eliminando el pico de voltaje. Las resistencias R6, R8, R10, R12, R14 y R16 proveen conducción de descarga a tierra para el voltaje de compuerta de los transistores Q5-Q10 haciendo posible un apagado más rápido. Las resistencias R11, R13, R15, R9, R5 y R7 ayudan a la mejor distribución de energía entre los MOSFETs durante el encendido.

Fallas comunes

Los componentes que generalmente fallan en esta sección son los MOSFETs (Q5-Q10). Notas: Si ocurren fallas en cualquiera de los transistores Q5, Q6 o Q7, deberán reemplazarse los tres por sus homólogos exactos. Asimismo, si ocurren fallas en cualquiera de los transistores Q8, Q9 o Q10, deberán reemplazarse los tres por sus homólogos exactos. Si se presentan fallas en la sección de Potencia, deberán reemplazarse los transistores Q15-Q18 de la sección de Retraso de Compuerta + Driver.

Sección de Estabilización

El propósito de la sección de estabilización es absorber las oscilaciones que el transformador principal presenta cuando la sección de Salida no le está entregando potencia (dos veces por cada ciclo). Los MOSFETs Q2 , Q4 y la resistencia de 0.15 ohm a 40 W montada en el chasis son los componentes de alta potencia que desarrollan esta función.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 17 y las figuras de forma de onda 5, 6 y 9. Refiérase a las figuras 5 y 6. La figura 5 muestra una forma de onda de salida de AC normal del inversor con el circuito estabilizador activo. La figura 6 es la misma forma de onda sin estabilización. La señal de Modulación por Ancho de Pulso (PWM) es aplicada a los pines 2 y 6 del IC U4 (Temporizador LM555). El pin 3 de U4 dará como salida una forma invertida y amplificada en corriente de la señal PWM al pin 1 del IC U5 (Optoacoplador 4N25) a través de la resistencia R36 (con el objetivo de limitar la corriente). El IC U5 provee aislamiento entre circuitos y la señal de activación de compuerta para controlar los transistores Q2 y Q4. La resistencia R40 suple la señal de activación de compuerta al pin 5 de U5 y es regulada por el diodo D2 y el condensador C47. El transistor Q3 provee un pasaje de descarga de las compuertas de Q2 y Q4 para rápido apagado cuando U5 deje de proveer la señal de activación de compuerta.

Fallas comunes

Los componentes que generalmente fallan en esta sección son el IC U4, los MOSFETs Q2 y Q4 y la resistencia de 40 W montada en el chasis.

Sección de Detección de Bajo Voltaje

El propósito de la sección de detección de bajo voltaje es monitorear el voltaje DC de entrada y apagar el inversor cuando este voltaje de entrada cae por debajo de 10.5 VDC por un período retardado de 5 segundos.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 18. Si el voltaje en la terminal E10 cae por debajo de 10.5 VDC mientras se opera en el modo inversor, el pin 1 del IC U13 cambiará de un estado lógico alto a uno bajo, el pin 7 cambiará de un estado lógico bajo a uno alto. El diodo D41 se polarizará inversamente provocando la carga del condensador C47 a través de la resistencia R107. El temporizador 555 (IC U14) está configurado como un circuito de cerrado con los pines 2 y 6 como entradas. Cuando C47 se ha cargado a 2/3 VDD (período de tiempo de 5 segundos), el U14 disparará a través del pin 6 y cerrará. Esto ocasionará que el pin 3 cambie de un estado alto a un estado bajo. Luego el transistor Q26 se activará a través de R109 y R110. El diodo D42 mantendrá al LED encendido luego del apagado mediante la activación del transistor Q27 aplicando +15VDC a través del transistor Q26. La señal de +15 VDC en el colector del transistor Q26 polariza al diodo D55 lográndose la conducción que activa la sección de apagado.

Fallas comunes

Los componentes que generalmente fallan son U13, U14, Q27 y Q24.

Sección de Apagado por Alta Temperatura

El propósito de la sección de la sección de apagado por alta temperatura es inicializar el apagado automático del inversor cuando se sobrecalienta el disipador de calor de los MOSFETs de la sección de Potencia o el transformador.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 19. Durante operaciones bajo condiciones normales de temperatura los Interruptores Térmicos del transformador y del disipador de calor (Y2) están cerrados aplicando tierra a la compuerta del transistor Q34, desactivándolo. La señal HTEMP (Alta Temperatura) será de 0 VDC en la sección de apagado lo cual permitirá la operación normal del inversor. La señal TEMP (temperatura) será positiva alimentando la sección de Indicadores LED, lo cual mantendrá apagado el LED indicador de High temperature (Alta Temperatura). El transistor Q34 permitirá que el transistor Q35 conduzca, lo que aterriza a la señal CHARGER-SHUTDOWN (apagado de cargador) permitiendo que el cargador de batería opere. Una condición de alta temperatura ocasionará la apertura del Interruptor Térmico del transformador o del disipador de calor (Y2). El voltaje de la batería será suplido a la compuerta de Q34 desde el terminal E10 a través de la resistencia R145, activando al transistor. La señal HTEMP será alta para la sección de apagado lo cual detendrá la operación del inversor. El transistor Q34 también aterrizará la compuerta de Q35 a través del diodo D59 apagando a Q35. La señal CHARGER-SHUTDOWN flotará en un estado lógico alto deteniendo la operación de la sección del cargador de batería.

Fallos Comunes

Los componentes que generalmente fallan en esta sección son Q34 y Q35.

Sección de Sobrecarga

El propósito de la sección de sobrecarga es procesar la señal C-LIMIT (Limite de Corriente) de la sección de control de PWM y generar las señales OVLOAD (sobrecarga) y OVL. La señal OVLOAD es enviada a la sección de Apagado para detener la operación del inversor. La señal OVL, en cambio, es enviada a la sección de Indicadores LED para indicar la condición de sobrecarga.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 20. La señal C-LIMIT de la sección de control de PWM es suministrada a través de un divisor de votaje consistente en la resistencia R133 y la resistencia R132 al pin 2 del IC U18. El IC U18 ensanchará el pulso negativo de corta duración C-LIMIT llevándolo a un ancho de pulso más manejable desde el pin 3 hasta los diodos de aislamiento D51 y D52. El D52 activa al transistor Q32 para indicar la condición de sobrecarga (OVL). La señal a través de D51 cargará al condensador C46 y polarizará inversamente al diodo D53. Luego el condensador C57 se cargará a través de la resistencia R136. Cuando se carga el condensador C57 a aproximadamente dos tercios de VDD el IC U19 se cerrará y el pin 3 conmutara a 0 VDC. El pin 3 de U19 se mantendrá a 0 VDC lo que provocará que Q31 conduzca activando la señal OVLOAD la cual es enviada a la sección de Apagado para detener la operación del inversor. La salida de Q31 también es enviada a través del diodo D54 para mantener a Q32 activado. El IC U19 se mantendrá cerrado hasta que la señal de entrada RESET-LOCKOUT de la sección de Control de Modo encienda al transistor Q30 el cual reanudará la operación de U19 a través del pin 4 (RESET).

Fallas comunes

Los componentes que generalmente fallan son el transistor Q30, el IC U18 y el IC U19.

Sección de Apagado

El propósito de la sección de apagado es detener (apagar) las operaciones del inversor. Hay 5 funciones que pueden apagar el inversor, todas son suministradas a la sección de apagado por el transistor Q29. Las 5 funciones son: Interruptor On/Off en la posición Off (controlado con E6). Cambio a Modo de Carga. Bajo voltaje detectado (menos de 10.5 VDC) por al menos 5 segundos. Sobrecarga en la salida por al menos 5 segundos. Alta temperatura en el disipador de calor de los MOSFETs o en el transformador.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 21. La entrada de la compuerta del transistor Q29 es suministrada por diodos de entrada en paralelo D46, D55, D56, D58, D57 y D48. La resistencia R147, el condensador C62 y el diodo D59 forman un circuito de protección de polarización para Q29. Los 6 diodos de entrada están normalmente apagados manteniendo a Q29 desactivado y permitiendo la operación del inversor. Cualquier señal de entrada que se convierta a activa al entrar en estado lógico alto ocasionará la conducción de Q29. Cuando Q29 conduce, el drenaje (Drain) se aterrizará (estado bajo) desactivando las señales STAB-SHUT e INV-SHUT deteniendo la operación del inversor. La conducción de Q29 también apagará al transistor Q37 lo cual desactivará consecuentemente al LED.

Fallas comunes

Los componentes que generalmente fallan en esta sección son Q29 y D63.

Sección de Indicadores LED

El propósito de la sección de Indicadores LED (Diodo Emisor de Luz) es indicar el estatuas del inversor.

Descripción General de Operación Refiérase a la figura 22.

Hay cinco (5) indicadores LED con las siguientes funciones: Diodo D64, el indicador de Operación con Voltaje Externo (verde) External power. Está encendido cuando existe voltaje AC externo. Diodo D63, el indicador de Operación como Inversor (verde) Invertir power. Está encendido cuando el inversor está operando. Nota: D64 y D63 nunca deberán estar encendidas al mismo tiempo. Diodo D50, el indicador de Bajo Voltaje de Batería (rojo) Low battery. Está encendido cuando el inversor está bajo una condición temporal o permanente de bajo voltaje DC. Diodo D49, el indicador de Sobrecarga (rojo) Overload. Está encendido cuando el inversor está en una condición temporal o permanente de sobrecarga. Diodo D40, el indicador de Alta Temperatura (rojo) High Temperature. Está encendido cuando el inversor está en una condición temporal o permanente de alta temperatura.

Fallas comunes

Los componentes que generalmente fallan en esta sección son el transistor Q36 y los diodos D64, D63, D50, D49 y D40.

Sección de Alambrado de AC

El propósito de la sección de alambrado de AC es transferir la salida AC entre la energía de inversor y la energía procedente de una línea externa. La transferencia está controlada por la sección de Transferencia. Un segundo propósito de la sección de alambrado de AC es suplir voltaje AC externo para el cargador de batería.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 23. Los contactos de los relays K1 y K2 son utilizados en esta sección para dirigir la energía AC. Cuando el voltaje externo no está disponible K1 y K2 no están energizadas. La energía AC del inversor es suministrada por a través de los contactos 1 con 5 del relay K2 a la terminal E25 y los contactos 5 con 1 del relay K1 a la terminal E15A. Cuando está disponible la energía AC externa K1 y K2 están energizadas. Cerrados los contactos 3 con 5 y 6 con 4 de K2, suplirán energía AC a las terminales E15A y E25. También será suplida energía AC externa al transformador a través de los contactos cerrados 6 con 4 de K1 y el triac Q1 y los contactos cerrados 5 con 3 para cargar las baterías. La compuerta de Q1 está controlada por el IC U1 (optoacoplador). El IC U1 es activado por la señal CHARGE-CONTROL de la sección de Carga/Transferencia y por la señal CHARGER-SHUTDOWN de la sección de Alta Temperatura.

Fallas comunes

Los contactos del Relay K1 pueden llegar a oxidarse y exhibir una alta resistencia. El triac Q1 también puede fallar.

Sección de Fuente de alimentación del Transfer inteligente/Relay de Transferencia de Carga Sección de Transfer inteligente/Control de modo

El propósito de estas secciones es conmutar entre Energía AC externa y Energía de Inversor controlando la bobina del relay K1 en el área CHARGE/TRANSFER RELAYS (Relays de Carga/ Transferencia). El cambio a modo inversor ocurrirá cuando el voltaje externo caiga por debajo de 95 VAC. El cambio de modo de inversor a línea externa de voltaje AC ocurrirá cuando este último esté presente y permanezca por encima de 105 VAC durante un período de retardo. La bobina del Relay K2 también cumple la función de activar la sección del cargador de batería mientras la unidad se encuentre en modo de línea externa de AC.

Descripción General de Operación

Refiérase a las figuras s 24 y 25. El transfer será inicializado cuando exista un voltaje de 120 VAC entre las terminales E13 y E14. El diodo D7 provee +15VDC (ISO_15V) para la sección de transfer. El diodo D8 provee una fuente de referencia de 5.1 VDC (REF_A) para el IC U3 (LM 324). Cuando la transferencia es iniciada , el pin 7 de U3 cambia de un estado lógico alto a uno bajo. El pin 1 de U3, sin embargo, cambia de un estado lógico bajo a uno alto. El LED D1 enciende señalizando que el voltaje AC externo es lo suficientemente grande para que exista transferencia. El voltaje en el pin 1 del IC U3 (aprox. 14 VDC) polariza inversamente al diodo D6 permitiendo que el condensador C2 se cargue a través de la resistencia R28 por un período de tiempo de 5 a 10 segundos. Cuando el voltaje excede los 7.5 VDC aproximadamente, el pin 8 del IC U3 cambiará de un estado alto a uno bajo, entonces el pin 14 cambiará de un estado bajo a uno alto activando el optoacoplador 4N25 U9 y el SCR Q21 (figura 24) a través de la resistencia R63 (figura 25). La transferencia será iniciada por la señal TRANSFER RELAY al área CHARGE/TRANSFER RELAYS (figura 24). La señal CHARGE-RELAY del pin 2 de U9 (figura 25) activa el pin 1 del IC U7 a través de la resistencia R52. El pin 8 de U7 energizara la bobina del relay K1 a través del puente (jumper) JP10. El transistor Q20, la resistencias R53 y R54, y el condensador C26 proveen un inicio retardado de 3 a 5 segundos a K1. Precaución: La tierra del circuito de transferencia está aislada y no es común a la tierra lógica. Preste especial atención cuando esté midiendo este circuito con un osciloscopio, el chasis de éste no debe estar aterrizado por su cable de suministro AC. Debe estar aislado con un adaptador sin tierra. Conecte la tierra de la sonda al ánodo de cualquiera de los diodos D27 y D35.

Fallas comunes

Los componentes que generalmente fallan en esta sección son Q21, U3, U7, el puente de diodos BR2 y el transistor Q22.

Sección del Cargador de Batería

El propósito de la sección del cargador de batería es recargar la(s) batería(s) del inversor mientras este opera con energía AC externa. El cargador de batería es un cargador de voltaje constante ajustable con corriente limitada que puede recargar una batería de ciclo profundo de 440 Amp/hora de capacidad en menos de 16 horas.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 26. La operación del cargador de baterías comienza cuando se aplican 120 VAC entre las terminales E14 y E13 en la sección de Alambrado de AC. El voltaje de la batería en la terminal E10 está dividido por las resistencias R97, R98 y el Potenciómetro R99. Este voltaje proporcional se aplica al pin 6 del IC U15 (TCL27L2) el cual compara el voltaje proporcional a los 2.5 VDC producidos por el diodo zener Q28 y la resistencias del divisor de voltaje R122 y R121. El pin 7 de U15 producirá un voltaje DC que estará determinado por la diferencia de los dos voltajes de entrada, el pin 7 de U15 está conectado al pin 2 de U15. El pin 2 está conectado a una señal de rampa de 120 Hz que es producida por un circuito generador de rampa. Los principales componentes principales del circuito generador de rampa son el IC U8 (optoacoplador H11AA1), el transistor Q13 y el condensador C11. La señal de rampa combinada con la diferencia de potencial que entra a U15 dará como resultado el tren de pulsos a 120 Hz que es la señal de salida del pin 1 de U15. El ancho de los pulsos está determinado por la amplitud de la diferencia de potencial, el cual está determinado por el voltaje de la(s) batería(s) a cargar. Los pulsos del pin 1 de U15 encienden el transistor Q25. La salida de Q25 enciende a su vez al pin 1 de IC U1 (optoacoplador MOC0310). El pin 4 de U1 enciende al triac Q1 (Q1-GATE) en la sección de Salida. El Triac Q1 envía una porción de la onda de voltaje AC externo al secundario del transformador principal, el cual está actuando como un transformador reductor. La batería está conectada entre el terminal E10 y la conexión a tierra en los ánodos de los diodos D18 y D21. Dos setas de MOSFETs realizan la rectificación de onda completa para la carga de la(s) batería(s). Los transistores Q5-Q8 rectifican la salida de la mitad superior de la salida del transformador para la carga de la(s) batería(s). Los transistores Q8-Q10 rectifican la salida de la mitad inferior de la salida del transformador para la carga de la(s) batería(s).

Fallas comunes

Los componentes que generalmente fallan en esta sección son el transistor Q25 (en cortocircuito), triac (abierto), transistor Q13 (abierto) o FET Q35 (en cortocircuito).

Sección de Límite de Corriente del Cargador de Batería.

El propósito de la sección de límite de corriente del cargador de batería es mantener la disponibilidad útil de la cantidad de corriente que el cargador puede entregar bajo un límite establecido de Amperes. El cargador de batería del S.P.S. de 1200 W está limitado a 12 Amperes de entrega de corriente AC utilitaria. El cargador de batería del S.P.S. de 1800 W está limitado a 15 Amperes.

Descripción General de Operación

Refiérase a la figura 27. La información del Shunt de la sección de la fuente de alimentación (0 a 500 microvoltios DC) es suministrada a la terminal E50 (entrada positiva) y la terminal E51 (entrada negativa, no tierra lógica). El voltaje shunt es enviado a través de la resistencia R50 al pin 3 del IC Amplificador U12. El pin 1 de U12 suple un voltaje shunt amplificado, el cual es limitado por el potenciómetro R89 y la resistencia R90 y luego es filtrado por el condensador C41 y la resistencia R91. Las resistencias R129 y R130 forman un divisor de voltaje que provee un voltaje de comparación al pin 3 del IC comparador U16. Este IC compara la información amplificada del shunt en el pin de entrada 2 con el voltaje regulado del pin 3. El pin 1 de U16 tendrá como salida una señal baja polarizando directamente al diodo D43 y disminuyendo la señal CHRG-CURRENT-LIMIT a un estado lógico bajo cuando el voltaje shunt es excesivo. La resistencia R124 y el condensador C54 son componentes de retroalimentación que estabilizan el control de límite de corriente. El diodo D37, la resistencia R48 y el condensador C21 forman una fuente de alimentación para U12.

Fallos Comunes

Los componentes que generalmente fallan en esta sección son los ICs U12 y U16.

Sección del Generador de Rampa del Cargador de Batería

El propósito del generador de rampa del cargador de batería es producir una señal de rampa sincronizada con el voltaje externo que servirá de referencia para el control de fase del cargador de batería.

Descripción General de Operación

Refiérase al esquemático 28. Voltaje AC externo es suplido a las terminales E13 y E14. Las resistencias R57 y R58 actúan como resistencias de caída de voltaje. Los diodos zener D26 y D27 entregan la entrada los pines 1 y 2 del IC Optoacoplador U8. A la salida de U8 (pin 5) tendremos pulsos a 120 Hz que están sincronizados con el voltaje AC externo. La resistencia R82 suple corriente de polarización al transistor PNP Q13 el cual en combinación con la resistencia R116 y el condensador C11 produce la rampa de 120 Hz para la sección de control de voltaje del cargador de batería.

Fallas comunes

El componente que generalmente falla es Q13.

Tabla 1 Definiciones de señales

Señal Definición
+ERRORError positivo, su función principal es controlar el ancho de los pulsos de salida determinado por los requerimientos de la carga AC.
15 VDDSalida de fuente de alimentación +15 VDC.
DRIVE-ATren de pulsos enviados a la sección de Salida de potencia para operar los transistores de la mitad superior del transformador
DRIVE-BTren de pulsos enviados a la sección de Salida de potencia para operar los transistores de la mitad inferior del transformador (desfasada 180 grados de DRIVE-A).
E13-E14Sección de entrada de 120 VAC de voltaje externo, usada para determinar el porcentaje de cada medio ciclo a aplicar al transformador durante la carga de la(s) batería(s).
INV-SHUTApagado de inversor, detiene la operación del inversor.
LOW-INPApagado de inversor por bajo voltaje de entrada.
PWMModulación por Ancho de Pulso, tren de pulsos a 120 Hz enviado a la sección de Estabilización.
PWR-UPEncendido, permite la inversión y estabilización.
U1-TRIAC DRIVERSeñal de control de salida del cargador de batería, controla los niveles de voltaje y corriente enviados a la(s) batería(s) durante la carga.
STAB-SHUTApagado del circuito estabilizador, detiene la operación del estabilizador, opera simultáneamente con INV-SHUT

Tabla 2 Funciones de las Terminales de los Circuitos Impresos

TerminalFunción
+Batt PostEntrada positiva de la batería
-Batt PostEntrada negativa de la batería
E1 Tierra (Poste central en la tarjeta impresa)
E2 Conexión primaria del transformador principal
E3Conexión primaria del transformador principal
E6Entrada de energía de la batería
E8Interruptor térmico del transformador principal
E9Interruptor térmico del transformador principal
E10AEntrada positiva de la batería (alambre rojo)
E11Salida AC del inversor (neutro, blanco)
E12 Salida AC del inversor (potencial, negro)
E13Entrada de voltaje AC externo (neutro, blanco)
E14Entrada de voltaje AC externo (potencial, negro)
E15ASalida AC (neutro)
E25Salida AC (potencia)
E24 Salida del cargador de batería al transformador principal (alambre azul o negro)
E50Shunt negativo (alambre gris)
E51Shunt positivo (alambre amarillo)

Tabla 3 Medidas de Voltaje (Típicas)

Notas: Todos los voltajes son aproximados. Todos los voltajes fueron medidos con una entrada de 12.2-12.6 VDC y sin ninguna carga. Todas las medidas están en referencia a tierra.

Línea No. Punto pruebaComponenteVolts DC Volts AC (RMS)
1U10 pin 183526 IC 5.000
2U10 pin 13526 IC0.4870
3U10 pin 23526 IC0.4780
4U10 pin 3 3526 IC 2.2200
5U10 pin 4 3526 IC 4.730
6U10 pin 5 3526 IC 4.740
7U10 pin 6 3526 IC 00
8U10 pin 7 3526 IC 0.230
9U10 pin 8 3526 IC 4.750
10U10 pin 9 3526 IC 3.7240
11U10 pin 10 3526 IC 1.9480.5
12U10 pin 11 3526 IC 00
13U10 pin 12 3526 IC 4.610.12
14U10 pin 13 3526 IC 3.8466.2
15U10 pin 14 3526 IC 14.770.241
16U10 pin 15 3526 IC 00
17U10 pin 16 3526 IC 3.846.2
18U10 pin 17 3526 IC 15.00
19U11 pin 1TLC27L2 IC0.1160
20U3 pin 1LM555C IC00
21U3 pin 2 LM555C IC7.376.52
22U3 pin 3 LM555C IC5.646.45
23U3 pin 4 LM555C IC15.040
24U3 pin 5 LM555C IC7.130
25U3 pin 6 LM555C IC7.376.52
26U3 pin 8 LM555C IC15.040

Mediciones

Notas:

Las medidas de AC deben ser realizadas con un Multímetro Fluke 87 true RMS o equivalente. Todos los ajustes son realizados con un voltaje de entrada de 12.2 VDC a 12.6 VDC usando una batería totalmente cargada como fuente de alimentación. Los ajustes deben ser realizados en el orden presentado aquí..

Ajuste de Frecuencia

Monitorice la salida de AC con un Multímetro Fluke 87 true RMS o equivalente con la función de medición de frecuencia (Hz) seleccionada. Sin carga alguna conectada al inversor, ajuste el potenciómetro R74 hasta que obtenga una lectura de 60.0 Hz.

Ajuste de Voltaje AC de salida

Preste atención a la salida AC del inversor. Sin carga alguna, ajuste el potenciómetro R42 hasta obtener una lectura de 123 VAC. Conecte una carga de 1000 W, ajuste el potenciómetro R83 hasta obtener una lectura de 123 VAC. Desconecte la carga de 1000 W. Ajuste del voltaje de salida del cargador de baterías Nota: Los ajustes del cargador de baterías deben ser realizados con una batería totalmente cargada, el utilizar una batería sin carga adecuada puede causar el ajuste excesivo del voltaje de carga y resultar en el daño de la batería por sobrecarga. Conecte el cable de entrada de voltaje AC externo del inversor en un tomacorriente de 120 VAC, espere aproximadamente 3 segundos hasta que el circuito de transferencia cambie de inversor a voltaje externo e inicie el cargador de batería. Monitorice la batería con un Fluke 87 true RMS o equivalente con la opción de medición de voltios DC seleccionada. Ajuste el potenciómetro R61 hasta obtener una lectura de 13.8 VDC.

Ajuste del circuito de sobrecarga

El ajuste de sobrecarga es realizado en la fábrica y no debe ser realizado bajo ninguna circunstancia . El ajustar este potenciómetro (R89) puede causar daños al inversor no cubiertos por la garantía.

Final de los ajustes

Figura 2

Top=Out-A on 3526 (U10 pin 13) waveform
Bottom=Out-B on 3526 (U10 pin 16) waveform

Figure 3

PWM, A + B output (D10 or D11 cathode) waveform

Figure 4

Top=Sync on 3526 (U10 pin 12) waveform
Bottom=Sawtooth freq. control on 3526 (U10 pin 10) waveform

Figure 5


AC output with stabilization (Terminal E25) waveform

Figure 6


AC output without stabilization (Terminal E25) waveform

Figure 7


Bridge BR1 output on positive pin waveform

Figure 8


Bridge BR1 output on negative pin waveform

Figure 9


Stabilization drive on LM555 (U4 pin 3) waveform

Figure 10

Top=PWM drive on R9 (signal A1) waveform

Bottom=PWM drive on R11 (signal B1) waveform
Cuadro de texto: Figure 11  Power supply section
Cuadro de texto: Figure 12  Power up section
Cuadro de texto: Figure 13  AC Voltage Adjust/+ Error Section
Cuadro de texto: Figure 14  Pulse width modulation control section

Cuadro de texto: Figure 15  Gate Delay + Driver Section
Cuadro de texto: Figure 16  Power Stage section
Cuadro de texto: Figure 17  Stabilization section
Cuadro de texto: Figure 18  Low input voltage detect section
Cuadro de texto: Figure 19  High Temperature Shutoff section

Cuadro de texto: Figure 20  Overload section
Cuadro de texto: Figure 21  Shutdown Section
Cuadro de texto: Figure 22  LED Display section
Cuadro de texto: Figure 23  AC wiring section
Cuadro de texto: Figure 24  Smart Transfer Power Supply/Charge Transfer Section
Cuadro de texto: Figure 25  Smart Transfer/Mode Control  section
Cuadro de texto: Figure 26  Battery Charger section
Cuadro de texto: Figure 27  Battery Charger Current Limit section
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