Convertidor lineal 24VDC a 24VAC

Si bien en la actualidad las conversiones de voltaje, sean DC o AC, se suelen hacer con circuitos conmutados por consideraciones de eficiencia; existen todavía algunas aplicaciones en donde los convertidores lineales de voltaje son todavía útiles.

En este artículo presento un circuito totalmente analógico que hace la conversión de un voltaje contínuo a uno alterno de tipo sinusoidal puro (con bajo contenido armónico).

Este circuito, al que llamaremos CNV01, no solo genera una salida sinusoidal bastante precisa, sino que además, tiene una línea de realimentación, para estabilizar mejor el voltaje de salida. Sin embargo, debido a esta red de realimentación, la línea AC de salida no está eléctricamente aislada de la entrada. La potencia de salida es de 5W.

El circuito

El circuito que proponemos lo construiremos partiendo de tres bloques principales, como se muestran en la siguiente figura:

El diseño es bastante formal y sigue la línea de un circuito realimentado típico, con una señal que se amplifica y se realimenta a un control de ganancia para asegurar que se estabiliza la salida.

El generador de 60Hz se usa para obtener la onda sinusoidal que se convertirá en la salida de potencia. Para mayor estabilidad partimos de un generador de onda cuadrada clásico, que obtenemos a partir de un 555.

Se deduce que la precisión de los 60Hz depende de la precisión del generador

La señal cuadrada es luego pasada por un filtro de hasta tercer orden implementado con dos amplificadores operacionales. Los dos primeros órdenes lo dan los circuitos RC a la salida del 555.

El otro filtro RC lo proporcionan R9 y C6 a la salida del primer operacional. Este filtro está fijado a 16Hz, con lo que se tendrá un fuerte rechazo a los armónicos. El segundo operacional es, más que nada, una etapa de aislamiento antes de acoplar la señal AC, al Control de ganancia.

El control automático de ganancia es similar al que se explicó en un artículo anterior usando el CI AN5262. El voltaje para el control de ganancia lo obtenemos rectificando una fracción de la señal AC de salida. Como todo rectificador, no tiene una respuesta inmediata.

El amplificador de salida se ha construido con un CI amplificador TDA2009A de 10 + 10W, del que solo usamos un canal.

La salida de potencia del amplificador pasa primero por un transformador que nos ayudará a amplificar el voltaje AC obtenido a la salida del TDA2009A, que en condiciones ideales no superará los 24VDC p-p. Peor aún si consideramos que el voltaje de alimentación puede bajar a 18VDC.

El transformador de salida nos ayudará también a rechazar algunos armónicos molestos de la señal de 60Hz.

Como la amplificación es totalmente en clase AB, la disipación de potencia es considerable. En consideración, será necesario el uso de un disipador de suficientes dimensiones para garantizar la disipación de al menos 10W de potencia, asumiendo el peor caso.

El circuito completo es el que se muestra a continuación:

Como la etapa de salida disipará calor, se ha diseñado de forma separada en un circuito impreso independiente.

La alimentación de 24VDC no tiene que ser exacta y podrían usarse, sin problemas, baterías comunes siempre que el voltaje de entrada no baje de 18VDC.

El transformador es un elemento clave y debe cumplir con especificaciones estrictas para garantizar que la potencia de salida es la esperada.

En funcionamiento, el circuito es bastante estable, pero en algunos prototipos se detectaron problemas de estabilidad en la potencia entregada cuando el circuito trabajaba a plena carga.

En el siguiente artículo explicaré el proceso de fabricación y montaje.