Fuentes conmutadas

 

 

A diferencia de una fuente lineal, una fuente conmutada debe mantener sus voltajes de salida en un mismo valor, sin importar las variaciones de voltaje que se tengan en la red alimentadora de AC; pero también sin importar el consumo de las etapas que esté alimentando. Las fuentes conmutadas, también conocidas como "SMPS" (Switched Mode Power Supplies), reciben este nombre porque el transformador que forma parte de la fuente es activado mediante un conmutador electrónico. Otra de sus principales características es que utiliza un transformador que trabaja a altas frecuencias y no está conectado a la entrada de AC, sino después de las etapas de rectificación y filtrado. Su frecuencia de trabajo está en el rango del orden de los kilo-Hertz, por tanto, este transformador debe utilizar núcleo de ferrita. El transistor encargado de activar a este transformador por lo general es del tipo FET y este transistor a su vez será activado con pulsos obtenidos de un oscilador de onda cuadrada. Dicho oscilador podrá modificar su frecuencia o su velocidad a través de la modulación por ancho de pulso (PWM), esto mediante un voltaje de referencia obtenido de un sistema de realimentación a partir de un secundario específico para el proceso de regulación. Este proceso se llevará a cabo gracias a un voltaje de corrección que pasará del secundario al primario por medio de un optoacoplador, el cual está en comunicación directa con el oscilador o control PWM.  De tal forma que cuando el voltaje de la red alimentadora de AC se incremente o disminuya este será reflejado al secundario del transformador y esta variante a través del sistema de realimentación generara la tensión correctora para que el oscilador de onda cuadrada cambie su frecuencia o su velocidad para mantener un mismo valor de voltaje sobre los secundarios del transformador.

 

Etapas a bloques de una Fuente Conmutada

Cabe destacar que en este tipo de fuentes alimentadoras manejaremos 2 tipos de tierra o punto común y es importante respetarlos para evitar un daño en el circuito o en nuestros instrumentos de medición.

• Tierra Caliente: Es el punto común que se utiliza exclusivamente para los voltajes del primario.
• Tierra Fría: Es el punto común que se utiliza exclusivamente para los voltajes del secundario.

Análisis a bloques

Para iniciar el análisis de funcionamiento de una fuente de alimentación conmutada vamos a trabajar con un diagrama a bloques para comprenderlo de una mejor manera.

• Filtro EMC o filtro de ruido Su función es absorber los problemas eléctricos de la red, como ruidos, armónicos, transitorios, etc. También evita que la propia fuente envíe interferencias a la red. Para lograr este objetivo las fuentes de alimentación deben montar un filtro en su entrada. Este filtro suele estar compuesto principalmente por una o varias bobinas en serie, uno o varios capacitores en paralelo, o una combinación de ambos sistemas. Las bobinas se oponen el paso de corriente de alta frecuencia, y los capacitores hacen justo lo contrario.

• Rectificación Convierte la energía de carácter alterno a una energía de carácter directo. Antes de esta etapa no hay ninguna reducción en el voltaje, por lo cual después de esta etapa obtendremos un voltaje rectificado del tipo pulsante de entre 110v – 130v

• Capacitor de filtrado Amortigua la corriente pulsante para convertirla en corriente continua con un valor estable. Este capacitor al encontrarse ubicado en el primario de la fuente estará en paralelo entre la línea de voltaje y tierra caliente. Debido al voltaje de carga de este capacitor el nivel de voltaje en este punto puede elevarse hasta los 170VDC

• Conmutación Se encarga de cortar y activar el paso de la corriente. De este modo se convierte a la corriente continua en corriente pulsante para activar al transformador.

• Oscilador o controlador PWM Activa y desactiva el transistor. Esta parte del circuito suele tener varias funciones, como protección contra cortocircuitos, sobrecargas, sobretensiones. Además, mide la tensión de salida de la fuente, y modifica la señal entregada al transistor, para con esto regular la tensión y mantener estables los voltajes de la salida de la fuente.

• Transformador Reduce la tensión, y además aísla físicamente la entrada de la salida. Trabajan a altas frecuencias, lo que permite reducir las pérdidas, y además obtener una mayor corriente de salida, con un tamaño mucho menor que el de los transformadores lineales. En las fuentes de alimentación lineales (no conmutadas), los transformadores se seleccionan en función de sus tensiones, potencias, y conexión de los bobinados. Estos parámetros están bastante estandarizados, por lo que no hay demasiada variedad, y no es difícil encontrar el modelo deseado. Los transformadores de fuente conmutada son más complicados, al tener que seleccionar parámetros como la frecuencia de trabajo y la opción de bobinados auxiliares, por lo que no hay valores ni referencias estandarizados, lo que complica enormemente conseguir un repuesto. Enlaza la salida de la fuente con el circuito de control, pero manteniéndolos eléctricamente aislados. Este componente se encarga de comunicar al oscilador las posibles variaciones que se obtienen en el voltaje de salida.

• Amplificador de error Normalmente conformado por resistores y el IC TL431. Esta etapa envía al optoacoplador un voltaje de referencia, también llamado voltaje de corrección. Dicho voltaje llegará hasta el oscilador de la fuente, el cual hará las modificaciones para mantener los voltajes de salida definidos por el fabricante.

• Rectificación del secundario Al igual que en el primario, convierte la energía de carácter alterno a una energía de carácter directo. La diferencia entre esta rectificación y la anterior es que en este punto tenemos la alta frecuencia del transformador, por esta razón este tipo de diodos rectificadores deberá ser adecuados para trabajar con altas frecuencias.

• Capacitor de filtrado del secundario Nuevamente tendremos la red de filtro en cada línea de voltaje del secundario, como en cada fuente alimentadora. Esta etapa de filtrado estará en paralelo entre las líneas de voltaje y tierra fría, esto debido a estar ubicado en el secundario de la fuente.