Fuente de alimentación
En electrónica, la fuente de
alimentación es el dispositivo que convierte la corriente alterna (CA),
en una o varias corrientes continuas (CC), que alimentan los distintos
circuitos del aparato electrónico al que se conecta (computadora, televisor, impresora, router,
etcétera).
En inglés se conoce como power supply
unit (PSU), que literalmente traducido significa: unidad de fuente de
alimentación, refiriéndose a la fuente de energía eléctrica.
Clasificación
Las fuentes de alimentación para
dispositivos electrónicos, pueden clasificarse básicamente como fuentes de
alimentación lineales y conmutadas. Las
lineales tienen un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser más
complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin
embargo su regulación de tensión es poco eficiente. Una fuente conmutada,
de la misma potencia que una lineal, será más pequeña y normalmente más
eficiente pero será más compleja y por tanto más susceptible a averías.
Fuentes de alimentación lineales
Las fuentes lineales siguen el esquema: transformador, rectificador,
filtro, regulación y salida.
En primer lugar el transformador adapta
los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico.
El
circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante se
llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como
un filtro de condensador. La regulación, o estabilización de la tensión a
un valor establecido, se consigue con un componente denominado regulador
de tensión, que no es más que un sistema de control a lazo cerrado (realimentado que en base a la salida del circuito ajusta el elemento regulador de
tensión que en su gran mayoría este elemento es un transistor. Este transistor
que dependiendo de la tipología de la fuente está siempre polarizado, actúa
como resistencia regulable mientras el circuito de control juega con
la región activa del transistor parasimular mayor o menor resistencia y
por consecuencia regulando el voltaje de salida. Este tipo de fuente es menos
eficiente en la utilización de la potencia suministrada dado que parte de la
energía se transforma en calor por efecto Joule en el elemento
regulador (transistor), ya que se comporta como una resistencia variable. A la
salida de esta etapa a fin de conseguir una mayor estabilidad en el rizado se
encuentra una segunda etapa de filtrado (aunque no obligatoriamente, todo
depende de los requerimientos del diseño), esta puede ser simplemente un condensador.
Esta corriente abarca toda la energía del circuito, para esta fuente de
alimentación deben tenerse en cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir
las características del transformador.
Fuentes de alimentación conmutadas
Una fuente conmutada es un
dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en
conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados
en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los
mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kHz típicamente)
entre corte (abiertos) y saturación (cerrados). La forma de onda cuadrada
resultante se aplica a transformadores con núcleo de ferrita (Los
núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias) para
obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que
luego son rectificados (Con diodos rápidos) y filtrados (inductores y condensadores)
para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas de
este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia y por lo
tanto menor calentamiento.
Las desventajas comparándolas con fuentes lineales
es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe
ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos
próximos a estas fuentes.
Las fuentes conmutadas tienen por esquema: rectificador,
conmutador, transformador, otro rectificador y salida.
La regulación se obtiene con el conmutador,
normalmente un circuito PWM (pulse width modulation) que cambia el
ciclo de trabajo. Aquí las funciones del transformador son las mismas que para
fuentes lineales pero su posición es diferente. El segundo rectificador
convierte la señal alterna pulsante que llega del transformador en un valor
continuo. La salida puede ser también un filtro de condensador o uno del tipo LC.
Las ventajas de las fuentes lineales son
una mejor regulación, velocidad y mejores características EMC. Por otra
parte las conmutadas obtienen un mejor rendimiento, menor coste y tamaño.
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