Fuentes Lineales

Fuentes de alimentación lineales

Este tipo de fuente fue el primero en utilizarse. Generalmente las podremos encontrar siguiendo el esquema de transformador, rectificador, filtro, regulación y salida. Podemos afirmar que todas las fuentes diseñadas basándose en este esquema son de un diseño relativamente sencillo comparado con otros tipos de fuentes, por ejemplo, las conmutadas.

Ventajas 

• Simplicidad de diseño.

• Operación suave y capacidad de manejar cargas. Bajo ruido de salida y una respuesta dinámica muy rápida.

• Para potencias menores a 10W, el costo de los componentes es mucho menor que el de las fuentes conmutadas.

 Desventajas 

• Sólo pueden ser reductores de tensión, lo que significa que se necesitará una caída de tensión aceptable para poder controlar la polarización de la etapa de potencia lineal y la regulación en la línea.
• Aplicaciones de línea  de 50Hz,v deberán utilizarse transformadores de lineal adicionales de gran volumen, condicionando su versatilidad y practicidad.

•        Cada regulador lineal puede tener sólo una salida. Por esto, para cada salida regulada adicional necesaria, deberá incrementarse el circuito de potencia.

•       En aplicaciones normales, los reguladores lineales tienen una eficiencia del 30 al  60%. Esto significa que por cada Watt los costos se irán incrementando         

  Diagrama de bloques de una fuente lineal

Fusible

Si nuestra fuente de alimentación tuviera un fallo y se cortocircuitara, producirá una subida muy fuerte en el consumo de corriente, las consecuencias de esta subida son impredecibles, ya que si esta fuera muy elevada podríamos hacer saltar el automático de nuestra vivienda e incluso del edificio y si fuera relativamente pequeña podría subir la temperatura de nuestro circuito hasta el punto de producir un incendio. El fusible es un dispositivo que cuando la corriente que circula por él es superior a su corriente nominal se funde interrumpiendo el suministro de corriente. El parámetro básico que necesitamos calcular para seleccionar nuestro fusible es la corriente nominal. En el punto 6 de este documento se explica cómo calcular la intensidad nominal del fusible.

Filtro de red

Este dispositivo no es estrictamente necesario ya que su función es la de eliminar las posibles perturbaciones electromagnéticas que puedan llegar a nuestra fuente de alimentación desde la red eléctrica, pero su uso es imprescindibles si queremos hacer a nuestro equipo inmune a dichas interferencias. Aunque el filtro de red lo podemos realizar nosotros, lo mejor es adquirir un filtro comercial, ya que estos han sido testados para cumplir con las normas sobre EMIs.

Transformador

 El transformador es un dispositivo electrónico que nos permite transformar una tensión alterna de entrada en una tensión alterna de salida de distinto valor. La principal ventaja que tienen los transformadores es su alto rendimiento. 

Rectificador

La mayoría de los circuitos electrónicos utilizan para funcionar corriente continua (DC), mientras que, como hemos comentado anteriormente, la tensión que llega y sale del transformador es alterna (AC). Para poder transformar esta corriente alterna en continua utilizamos un circuito basado en diodos semiconductores al que denominamos rectificador. En la figura 4 vemos la forma de la tensión alterna como sale del transformador y como queda después de rectificarla:

Filtro

Una vez la señal esta rectificada, obtenemos una forma de onda que no es precisamente continua ( ver figura 7 ). Para poner eliminar la ondulación, y dejar la tensión lo más continua posible, filtraremos la señal utilizando uno o más condensadores en paralelo.

Fuentes Conmutadas

Fuentes 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 Kilociclos típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (Cerrados).

La forma de onda cuadrada resultante es aplicada 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 |) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia 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.



Ventajas:

1. Alta eficiencia de conversión de energía.
2. Poco peso y volumen siendo usadas para grandes potencias de salida.
3. Requieren menos materiales y componentes siendo menor su costo.
4. Posibilidad de regulación en una amplia gama de voltajes de entrada variando el ciclo útil de trabajo en forma apropiada.
5. Posibilidad de obtención de voltajes de directa de salida que sean mayores o de polaridad opuesta al voltaje de directa de entrada.

Desventajas:

1. Técnica circuital más complicada (esto ha sido prácticamente superado con el empleo de los dispositivos de control integrados).
2. Mayores interferencias de alta frecuencia.
3. Mayor dificultad para obtener una baja ondulación del voltaje de salida.
4. Reacción más lenta a los cambios bruscos de carga.
5. Necesidad de usar filtros para evitar que salga ruido (frecuencia de conmutación) para la línea o para la salida.

Clasificación de las Fuentes Conmutadas.

Las Fuentes Conmutadas se clasifican de la forma siguiente:

1. Fuentes Autooscilantes: Estas fuentes no presentan pastilla reguladora, es decir se comportan como un verdadero oscilador con retroalimentación positiva.
2. Fuentes con pastilla reguladora: Contienen al menos un regulador de ancho de pulso.
3. Con Fuente Auxiliar: Contiene una fuente que garantiza la alimentación del PWM.
4. Fuente de Autoarranque: Son aquellas que no necesitan una fuente auxiliar, porque el PWM se alimenta del mismo voltaje que él produce a partir de un pulso de arranque.
5. Fuente ATX: Formada por una fuente auxiliar del tipo de autoarranque y una fuente principal del tipo "con pastilla reguladora".

Funcionamiento de una fuente de alimentación  conmutada

Para entender el funcionamiento de una fuente conmutada, debemos separarla en bloques, y analizarlos paso a paso.

1. Filtro EMC: Su función es absorber los problemas eléctricos de la red, como ruidos, harmónicos, transitorios, etc. También evita que la propia fuente envíe interferencias a la red.
2. Puente rectificador: Solo deja pasar la corriente en un sentido, de modo que convierte la corriente alterna en corriente pulsante, es decir que oscila igual que la corriente alterna, aunque únicamente en un sentido.
3. Corrector del factor de potencia: En determinadas circunstancias, la corriente se desfasa respecto a la tensión, lo que provoca que no se aproveche toda la potencia de la red. El corrector se encarga de solventar este problema.
4. Condensador: Amortigua la corriente pulsante para convertirla en corriente continua con un valor estable.
5. Transistor: Se encarga de cortar y activar el paso de la corriente. De este modo se convierte a la corriente continua en corriente pulsante.
6. Controlador: Activa y desactiva el transistor. Esta parte del circuito suele tener varias funciones, como protección contra cortocircuitos, sobrecargas, sobretensiones… También controla al circuito de corrección del factor de potencia. 
7. Además, mide la tensión de salida de la fuente, y modifica la señal entregada al transistor, para regular la tensión y mantener estable la salida.
8. Transformador: Reduce la tensión, y además aísla físicamente la entrada de la salida.
9. Diodo: Convierte la corriente alterna del transformador a corriente pulsante.
10. Filtro:  Convierte la corriente pulsante en continua.
11. Optoacoplador:  Enlaza la salida de la fuente con el circuito de control, pero manteniéndolos físicamente separados.