TIPOS DE FUENTES

Introducción

La invención de la televisión ha supuesto una revolución total en el campo de la electricidad y de los estudios y circuitos desarrollados para poder controlar esta magnitud que ha sacado al hombre de las tinieblas de la ignorancia y ha impulsado el progreso tecnológico y científico de nuestra especie. Esta expansión en el campo de los circuitos electrónicos ha permitido la creación de dispositivos encargados de cumplir distintas funcionalidades desde un simple ventilador hasta un sofisticado satélite espacial encargado de expandir las fronteras interestelares de nuestro planeta con respecto al resto del universo. La electrónica está en todos lados. Resulta difícil, hoy en día, imaginar un campo de estudio científico o metafísico que no utilice datos o realice mediciones y estudios mediante el uso de un aparato electrónico, desde una grabadora de sonido hasta una computadora o un radar marítimo. Todos estos diversos circuitos deben su funcionamiento a un impulso eléctrico- motriz que se encarga de suministrar energía eléctrica para que este entre en función. Cada circuito necesita su respectiva fuente de alimentación, ya sea de una batería, un sistema de energía solar o de una red doméstica que provea voltaje en corriente alterna. En los primeros dos casos obtenemos corriente directa pura que es suministrada directamente al dispositivo o circuito a alimentar; en el último de los casos encontramos una fuente de corriente alterna de un voltaje elevado para la mayoría de los circuitos actualmente del uso doméstico y comercial. Dado este predicamento, necesitamos convertir esa corriente alterna en directa y disminuir el valor del voltaje nominal que será aplicado a nuestro aparato. Siguiendo este precepto se ha creado una gran variedad de circuitos de alimentación denominados fuentes de alimentación, basados en los principios de rectificación, filtrado y regulación del voltaje de salida entregado, este tipo de fuentes, regidas por este proceso, se denominan fuentes de alimentación lineales. Este capítulo trata de la transición que se ha experimentado en el diseño de fuentes de alimentación al adoptar el principio de las fuentes conmutadas como base para la construcción de circuitos electrónicos encargados de suministrar voltajes de alimentación.

Las fuentes conmutadas surgen como una de las múltiples aplicaciones de los dispositivos electrónicos elementales como lo son el diodo, el transistor bipolar y el transistor de efecto de campo así como la revolución nanotecnológica que ha ocasionado el circuito integrado. Las fuentes conmutadas utilizan la velocidad de conmutación y la capacidad de amplificación de los transistores BJT y MOSFET para construir circuitos de polarización ultra-rápidos controlados por un circuito integrado que distribuye los distintos voltajes a las distintas etapas del sistema.

Los televisores no se han quedado a un lado de esta implementación y aún en la era de los televisores TRC pudimos observar estos circuitos de alimentación nuevos. Los televisores TRC hoy día son una tecnología desfasada y primitiva y la construcción de televisores gira en torno a los sistemas LCD, plasma y LED. Todos estos televisores de la nueva era tienen una teoría de funcionamiento totalmente independiente de sus predecesores y por lo tanto requieren de una fuente de alimentación que se ajuste a sus necesidades.

Fuentes de alimentación

Podemos definir fuente de alimentación como aparato electrónico modificador de la electricidad que convierte la tensión alterna en una tensión continua.

Remontándonos un poco en la historia describiremos que en la industria no se contaba con equipos eléctricos, luego se empezaron a introducir dispositivos eléctricos no muy sofisticados por lo que no eran muy sensibles a sobretensiones, luego llegaron los equipo más modernos que necesitaban de bajos voltajes y por lo tanto eran muy sensibles a sobretensiones, cambios bruscos o ruido en las tensiones de alimentación por lo que se ha iniciado la construcción de fuentes de alimentación que proporcionaran el voltaje suficiente de estos dispositivos y que garanticen la estabilidad de la tensión que ingresa al equipo.

Hoy en día los equipos electrónicos, en su mayoría, funcionan con corriente continua, así, el dispositivo que convierte la corriente alterna a corriente continua, en los niveles requeridos por el circuito electrónico a alimentar, se llama fuente de alimentación.

En resumen la función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión en una tensión continua.

Existen básicamente dos tipos de fuente de alimentación:

• La fuente conmutada

• La fuente lineal

Cada una con sus características, sus ventajas y desventajas. Se utiliza una de ellas de acuerdo al uso final que van a tener, es decir, según los requerimientos de estabilidad y rendimiento que tenga la carga a alimentar.

Conceptos Básicos

Una fuente convencional:

Este es su diagrama en bloques: para explicar el funcionamiento de una fuente convencional.

Transformador de entrada:

Modifica los niveles de tensión alterna a los requeridos por el circuito a alimentar. El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 220 o 120 V) a otra tensión más adecuada para ser tratada. Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas, esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también.

Consta de dos arroyamientos sobre un mismo núcleo de hierro, ambos arroyamientos, primario y secundario, son completamente independientes y la energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través del núcleo.

La corriente que circula por el arrollamiento primario (el cual está conectado a la red), genera una circulación de corriente magnética por el núcleo del transformador. Esta corriente magnética será más fuerte cuantas más espiras (vueltas) tenga el arroyamiento primario. Si acercas un imán a un transformador en funcionamiento notarás que el imán vibra, esto es debido a que la corriente magnética del núcleo es alterna, igual que la corriente por los arroyamientos del transformador.

En el arroyamiento secundario ocurre el proceso inverso, la corriente magnética que circula por el núcleo genera una tensión que será tanto mayor cuanto mayor sea el número de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente magnética que circula por el núcleo (la cual depende del número de espiras del primario).

El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales:

El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto le entra tensión alterna y tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo:

Diagrama básico de una fuente lineal

Fuentes Conmutadas

Las fuentes conmutadas fueron desarrolladas inicialmente para aplicaciones militares y aeroespaciales en los años 60, por ser inaceptable el peso y volumen de las lineales, se han desarrollado desde entonces diversas topologías y circuitos de control, algunas de ellas son de uso común en fuentes conmutadas para aplicaciones industriales y comerciales.

Las fuentes conmutadas son de circuitos relativamente complejos, pero podemos siempre diferenciar cuatro bloques constructivos básicos:

1) En el primer bloque rectificamos y filtramos la tensión alterna de entrada convirtiéndola en una continua pulsante.

2) El segundo bloque se encarga de convertir esa continua en una onda cuadrada de alta frecuencia (10 a 200 kHz.), la cual es aplicada a una bobina o al primario de un transformador.

3) El tercer bloque rectifica y filtra la salida de alta frecuencia del bloque anterior, entregando así una corriente continua pura.

4) El cuarto bloque se encarga de comandar la oscilación del segundo bloque. Este bloque consiste de un oscilador de frecuencia fija, una tensión de referencia, un comparador de tensión y un modulador de ancho de pulso (PWM). El modulador recibe el pulso del oscilador y modifica su ciclo de trabajo según la señal del comparador, el cual coteja la tensión continua de salida del tercer bloque con la tensión de referencia.

Aclaración: ciclo de trabajo es la relación entre el estado de encendido y el estado de apagado de una onda cuadrada.

En la mayoría de los circuitos de fuentes conmutadas encontraremos el primer y el tercer bloque como elementos invariables, en cambio el cuarto y el segundo tendrán diferentes tipos de configuraciones. A veces el cuarto bloque será hecho con integrados y otras veces nos encontraremos con circuitos totalmente transistorizados.

El segundo bloque es realmente el alma de la fuente y tendrá configuraciones básicas: BUCK, BOOST, BUCK-BOOST.

• Buck: el circuito interrumpe la alimentación y provee una onda cuadrada de ancho de pulso variable a un simple filtro LC. La tensión aproximada es Vout = Vin * ciclo de trabajo y la regulación se ejecuta mediante la simple variación del ciclo de trabajo. En la mayoría de los casos esta regulación es suficiente y sólo

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