Ericsson BML 435 002/1

• Obtener experiencia práctica sobre el funcionamiento de fuentes switching.
• Que el alumno sea capaz de describir el funcionamiento de fuentes switching comerciales.
• Observar aspectos constructivos prácticos, y ser capaz de reconocerlos en una fuente real y si es posible asociar alguna de las topologías básicas estudiadas.

• To obtain practical experience on the operation of sources switching.
• That the student is able to describe to the operation of sources switching commercial.
• To observe practical constructive aspects, and to be able to recognize them in a source real and if it is possible to associate some of the studied basic topologies.

Las fuentes Switching son cada vez mas usadas para diversas aplicaciones, las cuales van desde las fuentes para computadoras personales, hasta las fuentes para centrales telefónicas, pasando por las más diversas aplicaciones. El incremento en su uso, se debe a su buen manejo de la energía y a su reducido tamaño comparado con fuentes convencionales (lineales) de la misma potencia.

El campo de estudio de las fuentes Switching sigue su desarrollo y si bien su teoría básica ya está definida, cada año hay un interesante numero de artículos que aportan más profundidad al tema y permiten así el uso de éstas para nuevas aplicaciones.

Debido a todo lo anterior es de vital importancia su estudio y comprensión.

The Switching sources are every time but used for diverse applications, as they go from the sources for personal computers, to the sources for power stations telephone, happening through the diverse applications. The increase in its use, must a its good handling of the energy and to compared so large reduced his with sources conventional (linear) of the same power.

The field of study of the Switching sources follows its development and although its theory basic already it is defined, every year is an interesting one I number of articles that contribute more depth to the subject and allows therefore the use of these for new applications.

Due to all the previous one it is of vital importance his study and understanding.

En esta experiencia se trabajará con dos fuentes, la primera una "fuente de bajo costo para computador” de 250 W y la segunda una fuente Ericsson "Rectificador BML 435 002/1”, de 1200 W, la cual es una "fuente para sistemas de telecomunicaciones”.

3.1 Fuente de bajo costo para PC

• Entrada AC 110-120/220-240 V, 60/50 Hz, 6.3/3.5 A
• Salida DC con una potencia de 250 W total y 4 valores de salida de voltaje

Tabla nº1 Especificaciones de salida de fuente switching

Voltaje [V] +5 +12 -5 -12
Corriente máxima [A] 25 10 0.5 0.5
% de regulación ± 4 ± 5 ± 7 ± 10

En la figura 1 se presenta el circuito simplificado de la fuente:

• Filtros de salida
• Unidad de switching
• Filtro para Voltaje
• Rectificador de entrada
• 220 V
• Control de disparo
• Transformador de alta frecuencia
• Rectificador de salida

Figura 1 circuito general simplificado.

3.2 Fuente para sistemas de telecomunicación

Fuente switching Ericsson "Rectificador BML 435 002/1”, de 1200 W que convierte la tensión de la red (208 V – 240 V) a 27 V CC regulada.

Físicamente el "Rectificador BML 4352/1” consta de una placa principal en la cual se encuentran las protecciones de entrada, los distintos filtros, parte de la lógica y el rectificador de entrada, y 3 módulos idénticos en paralelo, en cada uno de los cuales se encuentra un circuito de disparo y la unidad de switching propiamente tal.

En la figura 2 se presenta un diagrama de bloques de la fuente en el cual se incluye sólo las componentes que se encuentran en la placa principal y las que se encuentran en uno de los módulos.

1. Varistores fusibles
2. Filtro EMI (Interferencia electromagnética)
3. Rectificador monofasico puente de diodos
4. Unidad de switching
   Circuito de disparo
   Logica de disparo
   
   Transformador de alta frecuencia de relacion 4:1
   
   
5. Rectificador de salida de la fuente Switching
   
   Relé
   
   
6. Filtro de Salida

Figura 2 Diagrama de bloques de la fuente.

En la figura 2, los bloques encerrados por la línea punteada corresponden a los que se encuentran en la placa principal y los demás bloques son los que se encuentran en los módulos.

En la figura 3 se presenta un circuito simplificado de la fuente:

• Varistores de entrada y fusibles
• Entrada
• Filtro EMI
• Bus externo
• Adaptacion de señales de disparo y mediciones
• Circuito de disparo S718 PBK 2002 r2b
• Filtro de corriente
• Filtro de salida
• Relé

Figura 3 Circuito general de la fuente.

In this experience one will work with two sources, first a "source of low cost for computer "of 250 W and a second source Ericsson"Rectifying BML 435 002/1", of 1200 W, which is a "source for systems of telecommunications".

3.1 Source of low cost for PC

• Entrance AC AC 110-120/220-240 V, 60/50 Hz, 6.3/3.5 A
• Exit DC with a power of 250 W total and 4 values of exit of voltage

Table no. 1 Specifications of exit of source switching

Voltage [V] +5 +12 -5 -12 
Maxima current [A] 25 10 0,5 0.5 
% of regulation ± 4 ± 5 ± 7 ± 10

In figure 1 the simplified circuit of the source appears:

• Filters of exit
• Unit of switching
• Filter for Voltage
• Rectifier of entrance
• 220 V
• Control of firing
• Transformer of discharge frequency
• Rectifier of exit

Figure 1 simplified general circuit.

3.2 Source for telecommunication systems

Source switching Ericsson "Rectifying BML 435 002/1", of 1200 W that it turns the tension of the network (208 V - 240 V) to 27 V CC regulated.

"Rectifier BML 4352/1" physically consists of a main plate in which are the protections of entrance, the different filters, part of the logic and identical rectifier of entrance, and 3 modules in parallel, each one of which he finds a firing circuit properly and the unit of switching so.

In figure 2 a block diagram of the source appears in which it is included only the components that are in the main plate and those that are in one of the modules.

1. Varistores entrance and fuses
2. Filter EMI (Interference electromagnetic)
3. Rectifier monofasico bridge of diodes
4. Unit of Switching
   Circuit of firing
   Logica of firing
   
   Transformer of discharge frequency of relation 4:1
   
   
5. Rectifier of exit of Switching source
   
   Relay
   
   
6. Filter of Exit

Figure 2 Block diagram of the source.

In figure 2, the blocks locked up by the punteada line correspond to which they are in the main plate and the other blocks are those that are in modules.

In figure 3 a simplified circuit of the source appears:

• Varistores of entrance and fuses
• Entrance
• Filter EMI
• Bus external
• Adaptation of firing signals and measurements
• Firing circuit S718 PBK 2002 r2b
• Filter of current 
• Filter of exit
• Relay

Figure 3 general Circuit of the source.

4.1 Plantee las ecuaciones y deduzca las formas de onda características para las siguientes topologías de fuente switching:

Flyback y Medio puente

Ordenando luego sus resultados en una tabla como la siguiente:

• Tipo de fuente
• Buck
• Función de transferencia
• Corriente máxima por colector
• Corriente por diodos
• Voltaje por diodos
• Formas de onda características

4.2 Describa la función de los diferentes bloques de la figura 1.

4.3 Describa la función de los diferentes bloques de la figura 2 y reconózcalos dentro del circuito general de la fuente (figura 3). Qué son los varistores y explique cómo funcionan.

4.4 Busque las normas sobre emisión de armónicas hacia la red de alimentación para equipos de baja potencia ( IEC-1000-3-2).

4.5 Qué es el efecto Skin y de qué forma es posible minimizar las pérdidas por su causa.

4.6 La "Profundidad de Penetración” de una onda en un material se refiere a cuan profundo es capaz de penetrar la onda en dicho material. En el caso de tener una señal de alta frecuencia que viaja por alambres de cobre, la cual tendría una profundidad de penetración menor al milímetro y se usase un conductor de cobre de 5 mm de diámetro, estaríamos perdiendo gran cantidad de cobre, pues la conducción se realizaría solo en el cobre que esté en el milímetro más exterior, debido a que la onda es incapaz de penetrar más profundo en el material. La formula para calcular la "Profundidad de Penetración” es:

donde:

• µeff = µr x µ0, permeabilidad magnética efectiva
• s: conductividad del material
• f: es la frecuencia en Hz

Calcule la Profundidad de penetración para un conductor de cobre por el cual se transmite una señal de 33 kHz.

4.1 Plantee the equations and deduces the characteristic waveform for the following ones source topologies switching:

Flyback and Means bridge

Soon ordering its results in a table like the following one:

• Type of source
• Buck
• Function of transference
• Maxima current by collector
• Current by diodes
• Voltage by diodes
• Characteristic waveform

4.2 Describes the function of the different blocks from figure 1.

4.3 Describes the function of the different reconózcalos blocks of figure 2 and within general circuit of the fuente (figure 3). What are the varistores and explains how they work.

4.4 Busque the norms on emission of harmonicas towards the feeding network stops equipment of low power (IEC-1000-3-2).

4.5 Que' is the Skin effect and how it is possible to diminish the losses by his cause.

4.6 La "Depth of penetration" of a wave in a material talks about how deep he is able to penetrate the wave in this material. In the case of having a signal of high frequency that travels by copper wires, which would have a depth of smaller penetration to the millimeter and was used a copper conductor of 5 mm of diameter, we would be losing great amount of copper, because the conduction would be made single in copper that is in the most outer millimeter, because the wave is incapable to penetrate deeper in the material. It formulates it to calculate the "Depth of penetration" is:

where:

• µeff = µr x µ0, effective magnetic permeability
• s: conductivity of the material
• f: is the frequency in Hz

Calculate the Depth of penetration for a copper conductor by which transmits a signal of 33 kHz.

En primer lugar se tomaran mediciones en la fuente de computador luego en la fuente para equipos de comunicaciones.

Mediciones para "fuente de bajo costo para PC”:

5.1 Se define como densidad de potencia al cuociente entre potencia y volumen. Calcule
y compare la densidad de potencia para el transformador de alta frecuencia de la "fuente de bajo costo para PC”, y un transformador de similar potencia para una fuente lineal.

5.2 Mediciones sin carga

1. Potencia de entrada y potencia de salida
2. Voltajes de salida (voi)
3. Corriente de entrada y THD de corriente de entrada (iin)
4. Corriente por 1 diodo del rec. de salida (iD1) v/s voltaje de entrada al trafo de conmutación (vsh)
5. Corriente por un inductor de salida (iL1) v/s voltaje de entrada al trafo de conmutación (vsh)

5.3 Aplicar una carga resistiva de 26 Ohm a la salida de –12, medir su respectivo voltaje de salida. Con una carga de 10 Ohm para la salida de –5 V, medir su respectivo voltaje de salida, repetir para cargas de 5 Ohm a cada una de las salidas positivas.

5.4 Repetir las mediciones de 5.1 pero con una carga resistiva de 5 Ohm en la salida de +12 V.

Mediciones "fuente para sistemas de telecomunicación”:

5.5 Familiarícese con el equipo, verifique el buen estado de los fusibles y chequee su correcto funcionamiento midiendo su voltaje de salida sin carga, desconecte el equipo.

5.6 Mida y compare el peso y el volumen del Trafo de la fuente switching con uno equivalente en potencia (220 a 110 de 1,1 kVA). Calcule y compare la densidad de potencia en ambos casos.

5.7 Conecte la carga requerida para luego conectar el equipo y medir usando el osciloscopio, las puntas diferenciales y la sonda, las siguientes señales:

1. Voltaje de salida (vo) y Voltaje de entrada al trafo de conmutación(vsh)
2. Corriente de entrada a la fuente (iin)
3. Armónicas en la corriente de entrada( iin)
4. Voltaje de entrada a la unidad de switching (vD)
5. Corriente de entrada al Trafo de alta frecuencia (iC) v/s Voltaje de entrada al trafo de conmutación (vsh) y Corriente a la salida del Trafo de alta frecuencia (iD1) v/s Voltaje de entrada al trafo de conmutación (vsh)
6. Potencia de entrada y salida de la fuente (mediante Fluke 43 Power Quality Analizer)

• Con una resistencia de 7 Ohm y una resistencia de 1,4 Ohm
• Luego repita las mediciones 1, 2, 3, 8 y 9 para una carga RC, con R=7 Ohm y C=5600 uF. (Por favor sea cuidadoso con el sentido de la corriente al conectar el condensador).

In the first place measurements in the source were taken soon from computer in source for communications equipment.

Measurements for "source of low cost for PC":

5.1 Se defines as power density to the cuociente between power and volume. Calculate and it compares the power density for the transformer of high frequency of the "source of low cost for PC ", and a transformer of similar power for a linear source.

5.2. Mediciones without load

1. Potencia of entrance and power output 
2. Voltajes of exit (voi)
3. Corriente of entrance and THD of entrance current (iin)
4. Current by 1 diode of rec. of exit (iD1) v/s voltage of entrance to trafo of commutation (vsh)
5. Current by an inducer of exit (iL1) v/s voltage of entrance to trafo of conmutación (vsh)

5.3 To apply one loads resistors of 26 Ohm when coming out of -12, to measure its respective voltage of exit. With a load of 10 Ohm for the exit of -5 V, to measure its respective voltage of exit, to repeat for 5 Ohm loads of to each one of the positive exits.

5.4 Repetir the measurements of 5,1 but with one loads resistor of 5 Ohm in the exit of +12 V.

Measurements "source for telecommunication systems":

5.5 Familiarícese with the equipment, verifies the good state of the fuses and checks his correct operation measuring its voltage of exit without load, disconnects the equipment.

5.6 Mida and compares the weight and the volume of the Trafo of the source switching with one equivalent in power (220 to 110 of 1.1 kVA). Calculate and you compare the density of power in both cases.

5.7 Connect the required load soon to connect the equipment and to measure using oscilloscope, the ends differentials and the sounding, the following signals:

1. Voltage of exit (vo) and Voltage of entrance to trafo of conmutación(vsh)
2. Current of entrance to fuente (iin)
3. Harmonicas in the current of entrada (iin) 
4. Voltage of entrance to the unit of switching (you)
5. Current of entrance to the Trafo of high frequency (IC) v/s Voltage of entrance to trafo of commutation (vsh) and Current when coming out of the Trafo of high frequency (iD1) v/s Voltage of entrance to trafo of commutation (vsh)
6. Power of entrance and exit of the source (by means of 43 Fluke Power Quality Analizer)

• With a resistance of 7 Ohm and one 1.4 Ohm resistor
• Soon it repeats measurements 1, 2, 3, 8 and 9 for a load RC, with R=7 Ohm and C=5600 uF. (Please be careful with the sense of the current when connecting condenser).

6.1 Entregue todas las mediciones realizadas.

6.2 Haga una tabla que contenga los valores de los voltajes de salida sin carga, con carga en cada línea de salida y el error porcentual de regulación, para la fuente de computador.

6.3 Comente acerca de los resultados de los cálculos de la densidad de potencia para el trafo de alta frecuencia de la fuente de PC y el trafo para fuente lineal. A que se deben los resultados.

6.4 Compare el valor medido del THD para la fuente de computador con el permitido por las normas.

6.5 Basándose en las mediciones 4 y 5 del punto 5.2 y 5.4 y el circuito reconozca una posible topología básica en la fuente de computador.

6.6 A partir de la medición nº1 del punto 5.2 y 5.4 calcule la eficiencia de la fuente de computador en ambos casos.

6.7 Comente acerca de aspectos constructivos de la fuente switching para alimentación de equipos de comunicación (trafo plano, el hecho de que sean 3 modulos, filtros...). (Se recomienda calcular la densidad de potencia del trafo de alta frecuencia, la densidad de potencia de un trafo lineal de 1,1 kVA, anotar las relaciones entre el volumen de los disipadores y el volumen de la fuente...).

6.8 Basándose en las mediciones de voltaje y potencia de salida del punto 5.7, explique como varía ésta, en relación a la carga y al voltaje de salida, calcule la eficiencia de la fuente en cada caso. Explique a que se debe la relación entre los resultados obtenidas con carga R=7,6 Ohm y la carga RC.

6.9 Tomando en consideración las mediciones 1- 5 del punto 5.7 y el circuito. ¿Qué topología básica se podría asociar a la fuente y por qué?

6.10 En la fuente de alimentación de equipos de comunicación, de qué forma afecta al valor del THD el cambio de la resistencia R=7,6 Ohm a R=1,4 Ohm y cómo se explica esto en base al circuito y las mediciones ( se sugiere comparar las mediciones 2 3 y 4 del punto 5.7 para ambos casos ).

Nota: Se pide solo la comparación para cambio de resistencia, no para la carga RC.

6.11 Conclusiones.

6.1 Give all the made measurements.

6.2 Haga a table that contains the values of the voltages of exit without load, with load in each line of exit and the percentage error of regulation, for the computer source.

6.3 Comente about the results of the calculations of the power density for trafo of high frequency of the source of PC and trafo for linear source. To that they must results.

6.4 Compare the measured value of the THD for the source of computer with the allowed one by the norms.

6.5 Basándose in measurements 4 and 5 of 5,4 point 5,2 and and the circuit recognizes one possible basic topology in the computer source.

6.6 A to divide of the measurement nº1 of point 5,2 and 5,4 calculates the efficiency of the source of computer in both cases.

6.7 Comente about constructive aspects of the source switching for feeding of communications equipment (trafo flat, the fact that they are 3 modulos, filters...). (it is recommended to calculate the power density of trafo of high frequency, the density of power of trafo linear of 1.1 kVA, to write down the relations between the volume of dissipators and the volume of the source...). 

6.8 Basándose in the measurements of voltage and power output of point 5,7, explains as it varies this one, in relation to the load and to the voltage of exit, it calculates the efficiency of source in each case. Explain to that it must the relation between the results obtained with R=7,6 [Ohm] load and load RC.

6.9 Tomando in consideration measurements 1 of 5,7 5 point and the circuit. What basic topology could be associated to the source and why?

6.10 In the power supply of communications equipment, how it affects to value of the THD the change of the R=7,6 resistor Ohm to R=1,4 Ohm and how it is explained this on the basis of the circuit and the measurements (is suggested to compare measurements 2 3 and 4 of point 5,7 for both cases).

Note: The comparison for change of resistance is requested single, does not stop load RC.

6.11 Conclusions.

1. "Art of electronics”, Horowitz, Hill.
2. "Switch mode power supply Handbook”, Keith Billings
3. "Switch mode power conversion”, K. Kit Sum

En la figura 4 se presenta el circuito interno del filtro EMI:

Figura 4 Filtro de Interferencia Electromagnética(fuente de equipo de comunicación).

En la figura 5 se presenta el circuito interno del filtro de salida.

Figura 5 Filtro de salida (fuente de equipo de comunicación).

• Entrada
• Filtro EMI
• Bus externo
• Adaptacion de señales de disparo y mediciones
• Circuito de disparo S718 PBK 2002 r2b + extras
• Filtro de salida

Figura 6 Circuito general de la fuente, con indicaciones para mediciones de punto 5.7 (fuente de equipo de comunicación).

Figura 7 Circuito general de la fuente de computador.

Fotografía 1 Fuente Switching de equipos de telecomunicación con indicación de bloques funcionales.

Fotografía 2 Modulo de Fuente Switching de equipos de telecomunicación con indicación de bloques funcionales.

Fotografía 3Microcontrolador de Fuente Switching de equipos de telecomunicación.

Fotografía 4 Fuente Switching de PC con indicación de bloques funcionales.

1. "Art of electronics", Horowitz, Hill.
2. "Switch mode to power supply Handbook", Keith Billings
3. "Switch mode to power conversion", K. Kit Sum

In figure 4 the internal circuit of filter EMI appears:

Figure 4 Filtro de Interferencia Electromagnética(fuente of communications equipment).

In figure 5 the internal circuit of the exit filter appears.

Figure 5 Filtro of exit (source of communications equipment).

• Entrance
• Filter EMI
• Bus external
• Adaptation of firing signals and measurements
• Firing circuit S718 PBK 2002 r2b + extras 
• Filter of exit

Figure 6 general Circuit of the source, with indications for measurements of point 5,7 (source of communications equipment).

Figure 7 general Circuit of the computer source.

Photography 1 Switching Source of telecommunication equipment with indication of blocks functional.

Photography 2 Modulo de Fuente Switching of telecommunication equipment with indication of 
functional blocks.

Photography 3 Microcontroller of Switching Source of telecommunication equipment.

Photography 4 Switching Source of PC with indication of functional blocks.