FUENTESDEALIMENTACION
ndice:
1.INTRODUCCIN
2.CONCEPTOSBSICOS
3.TIPOSDEFUENTES
3.1Conmutadas
3.1.1Rectificacinyfiltrodeentrada3.1.2Picodearranque3.1.3Proteccincontratransitorios3.1.4Configuracionesbsicas3.1.5Configuracionesbsicasrecomendadasa)CircuitoPotenciab)FlybackYForward(Boost):c)PushPull:d)HalfBridge:f)FullBridge:3.1.6Casopracticodefuenteconmutada
3.2Reguladas
3.2.1REGULADORES:generalidades3.2.2TiposDeReguladoresLinealesa)ReguladorEnSerieb)ReguladorEnParaleloc)DiferenciasEsenciales
3.2.3FUENTESREGULADASDETENSINa)ReguladorDeTensinSerie:PorSeguidorDeEmisorb)ReguladorDeTensinParalelo:ConDerivacinc)ElementosDelReguladorEnSerie-ElementoDeReferencia-ElementoDeMuestra-ElementoComparador-AmplificadorDeLaSealDeError-ElementoDeControl-ReguladorSerieCompleto
3.2.4Casopracticodeunafuenteregulada
4.FuentesdealimentacinparaPCsycasopractico,diseodeunafuenteparaordenador.INTRODUCCIN
Podemosdefinirfuentedealimentacincomoaparatoelectrnicomodificadordelaelectricidadqueconviertelatensinalternaenunatensincontinua.
Remontndonosunpocoenlahistoriadescribiremosqueenlaindustrianosecontabaconequiposelctricos,luegoseempezaronaintroducirdispositivoselctricosnomuysofisticadosporloquenoeranmuysensiblesasobretensiones,luegollegaronlosequipomsmodernosquenecesitabandebajosvoltajesyporlotantoeranmuysensiblesasobretensiones,cambiosbruscosoruidoenlastensionesdealimentacinporloquesehainiciandolaconstruccindefuentesdealimentacinqueproporcionaranelvoltajesuficientedeestosdispositivosyquegaranticenlaestabilidaddelatensinqueingresaalequipo.
Hoyendalosequiposelectrnicos,ensumayora,funcionanconcorrientecontinua,as,eldispositivoqueconviertelacorrientealternaacorrientecontinua,enlosnivelesrequeridosporelcircuitoelectrnicoaalimentar,sellamafuentedealimentacin.
Enresumenlafuncindeunafuentedealimentacinesconvertirlatensinalternaenunatensinenunatensincontinua.
Existenbsicamentedostiposdefuentedealimentacin:
lafuenteconmutadaLafuenteregulada
Cadaunaconsuscaractersticas,susventajasydesventajas.Seutilizaunadeellasdeacuerdoalusofinalquevanatener,esdecir,segnlosrequerimientosdeestabilidadyrendimientoquetengalacargaaalimentar.
CONCEPTOSBSICOS
Unafuenteconvencional:
Esteessudiagramaenbloques:paraexplicarelfuncionamientodeunafuenteconvencional.
Transformadordeentrada:
Modificalosnivelesdetensinalternaalosrequeridosporelcircuitoaalimentar.Eltrasformadordeentradareducelatensindered(generalmente220o120V)aotratensinmasadecuadaparasertratada.Soloescapazdetrabajarconcorrientesalternas,estoquieredecirquelatensindeentradaseralternayladesalidatambin.
Constadedosarroyamientossobreunmismoncleodehierro,ambosarroyamientos,primarioysecundario,soncompletamenteindependientesylaenergaelctricasetransmitedelprimarioalsecundarioenformadeenergamagnticaatravsdelncleo.
Elesquemadeuntransformadorsimplificadoeselsiguiente:
Lacorrientequecirculaporelarrollamientoprimario(elcualestaconectadoalared),generaunacirculacindecorrientemagnticaporelncleodeltransformador.Estacorrientemagnticasermsfuertecuantasmasespiras(vueltas)tengaelarroyamientoprimario.Siacercasunimnauntransformadorenfuncionamientonotarsqueelimnvibra,estoesdebidoaquelacorrientemagnticadelncleoesalterna,igualquelacorrienteporlosarroyamientosdeltransformador.
Enelarroyamientosecundarioocurreelprocesoinverso,lacorrientemagnticaquecirculaporelncleogeneraunatensinquesertantomayorcuantomayorseaelnmerodeespirasdelsecundarioycuantomayorseala
corrientemagnticaquecirculaporelncleo(lacualdependedelnumerodeespirasdelprimario).
Porlotanto,latensindesalidadependedelatensindeentradaydelnmerodeespirasdeprimarioysecundario.Comofrmulageneralsediceque:
V1=V2*(N1/N2)
DondeN1yN2sonelnmerodeespirasdelprimarioyeldelsecundariorespectivamente.
Asporejemplopodemosteneruntransformadorconunarelacindetransformacinde220Va12V,nopodemossabercuantasespirastieneelprimarioycuantaselsecundarioperosipodemosconocersurelacindeespiras:
N1/N2=V1/V2N1/N2=220/12=18,33
Estedatoestilsiqueremossaberquetensinnosdarestemismotransformadorsiloconectamosa120Venlugarde220V,latensinV2quedara120Vser:
120=V2*18,33V2=120/18,33=6,5V
Porelprimarioyelsecundariopasancorrientesdistintas,larelacindecorrientestambindependedelarelacindeespirasperoalrevs,delasiguienteforma:
I2=I1*(N1/N2)
DondeI1eI2sonlascorrientesdeprimarioysecundariorespectivamente.Estonossirveparasaberquecorrientetienequesoportarelfusiblequepongamosalaentradadeltransformador,porejemplo,supongamosqueeltransformadoranterioresde0.4Amperios.EstacorrienteeslacorrientemximadelsecundarioI2,peronosotrosqueremossaberquecorrientehabrenelprimario(I1)paraponerallelfusible.
Entoncesaplicamoslafrmula:I2=I1*(N1/N2)0.4=I1*18.33I1=0.4/18.33=21,8mA
Paraasegurarnosdequeelfusiblenosaltarcuandonodebe,setomarunvalormayorqueeste,porlomenosun30%mayor.
2.-Rectificadoradiodos
Elrectificadoreselqueseencargadeconvertirlatensinalternaquesaledeltransformadorentensincontinua.Paraelloseutilizandiodos.Undiodoconducecuandolatensindesunodoesmayorqueladesuctodo.Escomouninterruptorqueseabreysecierrasegnlatensindesusterminales:
Elrectificadorseconectadespusdeltransformador,porlotantoleentratensinalternaytendrquesacartensincontinua,esdecir,unpolopositivoyotronegativo:
LatensinViesalternaysenoidal,estoquieredecirqueavecesespositivayotrasnegativa.Enunosciloscopioveramosesto:
LatensinmximaalaquellegaViselellamatensindepicoyenlagrficafiguracomoVmax.latensindepiconoeslomismoquelatensineficazperoestanrelacionadas,Porejemplo,sicompramosuntransformadorde6voltiosson6voltioseficaces,estamoshablandodeVi.PerolatensindepicoVmaxvendrdadaporlaecuacin:
Vmax=Vi*1,4142Vmax=6*1,4142=8,48V
Ejemplosderectificadores:
Rectificadoraundiodo
Elrectificadormssencilloeselqueutilizasolamenteundiodo,suesquemaeseste:
CuandoViseapositivalatensindelnodosermayorqueladelctodo,porloqueeldiodoconducir:enVoveremoslomismoqueenVi,mientrasquecuandoViseanegativalatensindelnodosermenorqueladelctodoyeldiodonopodrconducir,latensinVosercero.
SegnloqueacabamosdedecirlatensinVotendrestaforma:
Latensinqueobtenemosconesterectificadornoseparecemuchoaladeunabatera,perounacosaescierta,hemosconseguidorectificarlatensindeentradayaqueVoessiemprepositiva.Aunqueposteriormentepodamosfiltrarestasealyconseguirmejorcalidadesteesquemanosesueleusardemasiado.
Rectificadorenpuente
Elrectificadormasusadoeselllamadorectificadorenpuente,suesquemaeselsiguiente:
CuandoViespositivalosdiodosD2yD3conducen,siendolasalidaVoigualquelaentradaVi,cuandoViesnegativalosdiodosD1yD4conducen,detalformaqueseinviertelatensindeentradaVihaciendoquelasalidavuelvaaserpositiva.Elresultadoeselsiguiente:
Vemosenlafiguraquetodavanohemosconseguidounatensindesalidademasiadoestable,porello,sernecesariofiltrarladespus.Estancomnusarestetipoderectificadoresquesevendenyapreparadosloscuatrodiodosenunsolocomponente.Sueleserrecomendableusarestospuentesrectificadores,ocupanmenosqueponerloscuatrodiodosyparacorrientesgrandesvienenyapreparadosparasermontadosenunradiador.Esteeselaspectodelamayoradeellos:
Tienencuatroterminales,dosparalaentradaenalternadeltransformador,unolasalidapositivayotrolanegativaomasa.Lasmarcasenelencapsuladosuelenser:~Paralasentradasenalterna+ParalasalidapositivaParalasalidanegativaomasa.
3.Elfiltro:
Latensinenlacargaqueseobtienedeunrectificadoresenformadepulsos.Enunciclodesalidacompleto,latensinenlacargaaumentadeceroaunvalordepico,paracaerdespusdenuevoacero.Estanoeslaclasedetensincontinuaqueprecisanlamayorpartedecircuitoselectrnicos.Loquesenecesitaesunatensinconstante,similaralaqueproduceunabatera.Paraobtenerestetipodetensinrectificadaenlacargaesnecesarioemplearunfiltro.
Eltipomscomndefiltroeseldelcondensadoralaentrada,enlamayoradeloscasosperfectamentevlido.Sinembargoenalgunoscasospuedenosersuficienteytendremosqueecharmanodealgunoscomponentesadicionales.
Filtroconcondensadoralaentrada:
Esteeselfiltromscomnyseguroqueloconocers,bastaconaadiruncondensadorenparaleloconlacarga(RL),deestaforma:
Todoloquedigamosenesteapartadoseraplicabletambinenelcasodeusarelfiltroenunrectificadorenpuente.CuandoeldiodoconduceelcondensadorsecargaalatensindepicoVmax.Unavezrebasadoelpicopositivoelcondensadorseabre.Porque?debidoaqueelcondensadortieneunatensinVmaxentresusextremos,comolatensinenelsecundariodeltransformadoresunpocomenorqueVmaxelctododeldiodoestaamastensinqueelnodo.Coneldiodoahoraabiertoelcondensadorsedescargaatravsdelacarga.
Duranteestetiempoqueeldiodonoconduceelcondensadortieneque"mantenereltipo"yhacerquelatensinenlacarganobajedeVmax.Estoesprcticamenteimposibleyaquealdescargarseuncondensadorsereducelatensinensusextremos.
Cuandolatensindelafuentealcanzadenuevosupicoeldiodoconducebrevementerecargandoelcondensadoralatensindepico.Enotraspalabras,latensindelcondensadoresaproximadamenteigualalatensindepicodelsecundariodeltransformador(hayquetenerencuentalacadaeneldiodo).LatensinVoquedardelasiguienteforma:
Latensinenlacargaesahoracasiunatensinideal.Solonosquedaunpequeorizadooriginadoporlacargaydescargadelcondensador.Parareduciresterizadopodemosoptarporconstruirunrectificadorenpuente:elcondensadorsecargaraeldobledevecesenelmismointervaloteniendoasmenostiempoparadescargarse,enconsecuenciaelrizadoesmenorylatensindesalidaesmscercanaaVmax.
Otraformadereducirelrizadoesponeruncondensadormayor,perosiempretenemosquetenercuidadoennopasarnosyaqueuncondensadordemasiadograndeoriginaproblemasdeconduccindecorrienteporeldiodoy,porlotanto,enelsecundariodeltransformador(lacorrientequeconduceeldiodoeslamismaqueconduceeltransformador).
Efectodelcondensadorenlaconduccindeldiodo:
Comovenimosdiciendohastaahora,eldiodosoloconducecuandoelcondensadorsecarga.Cuandoelcondensadorsecargaaumentalatensinenlasalida,ycuandosedescargadisminuye,porellopodemosdistinguirperfectamenteenelgrficocuandoeldiodoconduceycuandono.Enlasiguientefiguraseharepresentadolacorrientequecirculaporeldiodo,queeslamismaquecirculaporeltransformador:
Lacorrienteporeldiodoesapulsos,aqumostradoscomorectngulosparasimplificar.Lospulsostienenqueaportarsuficientecargaalcondensadorparaquepuedamantenerlacorrientedesalidaconstantedurantelanoconduccindeldiodo.Estoquieredecirqueeldiodotienequeconducir"devez"todoloquenopuedeconducirduranteelrestodelciclo.Esmuynormal,entonces,quetengamosunafuentede1Amperioyesospulsoslleguenhasta10Amperiosoms.Estonoquieredecirquetengamosqueponerundiodode10amperios,Un1N4001aguanta1amperiodecorrientemediaypulsosdehasta30amperios.
Siponemosuncondensadormayorreducimoselrizado,peroalhacerestotambinreducimoseltiempodeconduccindeldiodo,Comolacorrientemediaquepasaporlosdiodosserlamisma(eigualalacorrientedecarga)lospulsosdecorrientesehacenmayores:
Yestonosoloafectaaldiodo,altransformadortambin,yaqueamedidaquelospulsosdecorrientesehacenmsestrechos(ymsaltosasuvez)lacorrienteeficazaumenta.Sinospasamosconelcondensadorpodramosencontrarnosconquetenemosuntransformadorde0,5Aynopodemossuministrarmasde0,2Aalacarga(porponerunejemplo).
ValoresrecomendablesparaelcondensadorenunRECTIFICADORENPUENTE:
Siquieresajustarelvalordelcondensadoralmenorposibleestafrmulatedarelvalordelcondensadorparaqueelrizadoseadeun10%deVo(regladel10%):
C=(5*I)/(*Vmax)
donde:C:CapacidaddelcondensadordelfiltroenfaradiosI:Corrientequesuministrarlafuente:frecuenciadelaredVmax:tensindepicodesalidadelpuente(aproximadamenteVo)
Sisequiereconseguirunrizadodel7%puedesmultiplicarelresultadoanteriorpor1,4,ysiquieresunrizadomenorresultamsrecomendablequeusesotrotipodefiltroopongasunestabilizador.
4.-Elregulador:
Unreguladoroestabilizadoresuncircuitoqueseencargadereducirelrizadoydeproporcionarunatensindesalidadelatensinexactaquequeramos.Enestaseccinnoscentraremosenlosreguladoresintegradosdetresterminalesquesonlosmssencillosybaratosquehay,enlamayoradeloscasossonlamejoropcin.Esteeselesquemadeunafuentedealimentacinreguladaconunodeestosreguladores:
Sihasseguidolasexplicacioneshastaahoranotecostartrabajodistinguireltransformador,elpuenterectificadoryelfiltroconcondensadoralaentrada.Suelesermuynormalajustarelcondensadorsegnlaregladel10%,Sinosabescomorepasaelfiltroconcondensadoralaentrada.
Esmuycorrienteencontrarseconreguladoresquereducenelrizadoen10000veces(80dB),estosignificaquesiusaslaregladel10%elrizadodesalidaserdel0.001%,esdecir,inapreciable.
Lasideasbsicasdefuncionamientodeunreguladordeestetiposon:
1.LatensinentrelosterminalesVoutyGNDesdeunvalorfijo,novariable,quedependerdelmodelodereguladorqueseutilice.
2.LacorrientequeentraosaleporelterminalGNDesprcticamentenulaynosetieneencuentaparaanalizarelcircuitodeformaaproximada.Funcionasimplementecomoreferenciaparaelregulador.
3.LatensindeentradaVindebersersiempreunos2o3VsuperioraladeVoutparaasegurarnoselcorrectofuncionamiento.
Lostiposdereguladoresquesesuelenusarson:
-Reguladoresdelaserie78XX:-ReguladorajustableLM3173.FUENTESCONMUTADAS:
Lasfuentesconmutadasfuerondesarrolladasinicialmenteparaaplicacionesmilitaresyaerospacialesenlosaos60,porserinaceptableelpesoyvolumendelaslineales,sehandesarrolladodesdeentoncesdiversastopologaycircuitosdecontrol,algunasdeellassondeusocomnenfuentesconmutadasparaaplicacionesindustrialesycomerciales
3.1.1Rectificacinyfiltrodeentrada
Lasfuentesconmutadassonconvertidorescc-cc,porloquelareddebeserpreviamenterectificadayfiltradaconunaamplitudderizadoaceptable.LamayoradelasfuentesutilizanelcircuitodelaFig.1paraoperardesde90a132Vacode180a260Vacsegnsealaposicindelconmutador.
Enlaposicindeabiertoseconfiguracomorectificadordeondacompletaobtenindoseaproximadamente310Vccdesdelaredde220Vac.Enlaposicindecerradoelcircuitofuncionacomorectificadordobladordetensin,obtenindosetambin310Vccapartirde110Vac.
Paraevitarsobrecalentamientosloscondensadoreselectrolitosdefiltro(C1yC2)debenserdebajoESR(bajaresistenciainterna)ydelatensinadecuada.EsconvenienteconectarenparaleloconestosotroscondensadorestipoMKPparamejordesacoplodealtafrecuenciadeconmutacin.Losrectificadoresdebensoportarunatensininversade600v.
3.1.2Picodearranque
Alarrancarunafuenteconmutada,laimpedanciapresentadaalaredesmuybajaalencontrarseloscondensadoresdescargados,sinunaresistenciaenserieadicionallacorrienteinicialseraexcesivamentealta.EnlaFig.1,TH1yTH2sonresistenciasNTC(coeficientenegativodetemperatura),quelimitanestacorrienteaunvaloraceptable.Lasfuentesdemediaygranpotenciadisponendecircuitosactivosconresistencialimitadoraquesecortocircuitopormedioderelsodeconmutadoresestticoscuandoyaestnloscondensadorescargados.EnelcasodelasfuentesdeAMVseutilizauntransistorMOS-FETdepotencia.
3.1.3Proteccincontratransitorios
Ademsdelfiltradoderuidosreinyectadosalaredqueincorporanlasfuentesconmutadas,esaconsejablelautilizacindeunvaristorconectadoalaentradaparaprotegercontrapicosdetensingeneradosporlaconmutacinencircuitosinductivosdelasproximidadesoportormentaselctricas.
3.1.4CONFIGURACIONESBSICAS
Lasfuentesconmutadassondecircuitosrelativamentecomplejos,peropodemossiemprediferenciarcuatrobloquesconstructivosbsicos:
1)Enelprimerbloquerectificamosyfiltramoslatensinalternadeentradaconvirtindolaenunacontinuapulsante.
2)Elsegundobloqueseencargadeconvertiresacontinuaenunaondacuadradadealtafrecuencia(10a200kHz.),lacualesaplicadaaunabobinaoalprimariodeuntransformador.
3)Eltercerbloquerectificayfiltralasalidadealtafrecuenciadelbloqueanterior,entregandoasunacorrientecontinuapura.
4)Elcuartobloqueseencargadecomandarlaoscilacindelsegundobloque.Estebloqueconsistedeunosciladordefrecuenciafija,unatensindereferencia,uncomparadordetensinyunmoduladordeanchodepulso(PWM).Elmoduladorrecibeelpulsodelosciladorymodificasuciclodetrabajosegnlasealdelcomparador,elcualcotejalatensincontinuadesalidadeltercerbloqueconlatensindereferencia.
Aclaracin:ciclodetrabajoeslarelacinentreelestadodeencendidoyelestadodeapagadodeunaondacuadrada.
Enlamayoradeloscircuitosdefuentesconmutadasencontraremoselprimeryeltercerbloquecomoelementosinvariables,encambioelcuartoyelsegundotendrndiferentestiposdeconfiguraciones.Aveceselcuartobloqueserhechoconintegradosyotrasvecesnosencontraremosconcircuitostotalmentetransistorizados.
Elsegundobloqueesrealmenteelalmadelafuenteytendrconfiguracionesbsicas:BUCK,BOOST,BUCK-BOOST.
Buck:elcircuitointerrumpelaalimentacinyproveeunaondacuadradadeanchodepulsovariableaunsimplefiltroLC.LatensinaproximadaesVout=Vin*ciclodetrabajoylaregulacinseejecutamediantelasimplevariacindelciclodetrabajo.Enlamayoradeloscasosestaregulacinessuficienteyslosedeberajustarlevementelarelacindevueltaseneltransformadorparacompensarlasprdidasporaccinresistiva,lacadaenlosdiodosylatensindesaturacindelostransistoresdeconmutacin.
Boost:elfuncionamientoesmscomplejo.MientraselBuckalmacenalaenergaenunabobinaysteentregalaenergaalmacenadamslatensindealimentacinalacarga.
Buck-Boost:lossistemasconocidoscomoFlybacksonunaevolucindelossistemasanterioresyladiferenciafundamentalesquesteentradaalacargaslolaenergaalmacenadaenlainductancia.ElverdaderosistemaBoostslopuederegularsiendoVoutmayorqueVin,mientrasqueelFlybackpuederegularsiendomenoromayorlatensindesalidaqueladeentrada.
3.1.5CONFIGURACIONESBSICASRECOMENDADAS
Lasconfiguracionesmsrecomendadasporlosfabricantessediferencianenpotencia,modo,precio,utilidadycalidad.Sonmuycomuneslassiguientesconfiguraciones:
CIRCUITODEPOTENCIA:
ConvertidoresDC(Buck)-5WattsFlyback-50WattsForward(Boost)-100WattsHalf-Bridge-200Watts
Full-Bridge-500Watts
FLYBACK:
Rangodesde50hasta100vatios.Variacindelvoltajedeentrada:Vin+10%,-20%Eficienciadelconvertidor:h=80%Regulacinporvariacindelciclodetrabajo:d(max)=0.4Mx.corrientedetrabajoeneltransistor:
Iw=2Pout/(hd(max)Vin(min)1.41)=5.5Pout/Vin
Dadasusencillezybajocosto,eslatopologapreferidaenlamayoradelosconvertidoresdebajapotencia(hasta100w).
Enlafigurasemuestranlosprincipiosdeestatopologadefuenteconmutada:
CuandoTconduce,lacorrientecrecelinealmenteenelprimariodeltransformador,diseadoconaltainductanciaparaalmacenarenergaamedidaqueelflujomagnticoaumenta.
LadisposicindeldevanadoaseguraqueeldiodoDestpolarizadoensentidoinversoduranteesteperodo,porloquenocirculacorrienteenelsecundario.CuandoTsebloquea,elflujoeneltransformadorcesagenerandounacorrienteinversaenelsecundarioquecargaelcondensadoratravsdeldiodoalimentandolacarga.Esdecir,enelcampomagnticodeltransformadorsealmacenalaenergaduranteelperodoONdeltransistorysetransfierealacargaduranteelperodoOFF(FLYBACK).ElcondensadormantienelatensinenlacargaduranteelperodoON.
Laregulacindetensinenlasalidaseobtienemediantecomparacinconunareferenciafija,actuandosobreeltiempoONdeltransistor,portantolaenergatransferidaalasalidamantienelatensinconstanteindependientementedelvalordelacargaodelvalordelatensindeentrada.LavariacindelperodoONsecontrolapormodulacindeanchodepulso(PWM)afrecuenciafija,oenalgunossistemasmssencillosporautooscilacinvariandolafrecuenciaenfuncindelacarga.
NOTAEnelreguladorflybacksepuedevariarsutilmenteelmododetrabajo,continuoodiscontinuo:ModoDiscontinuo:eselmodoBoostestrictamente,dondelaenergasevacacompletamentedelinductorantesdequeeltransistorvuelvaaencenderse.
ModoContinuo:antesquelabobinasevacienciendenuevamenteeltransistor.Laventajadeestemodoradicaenqueeltransistorslonecesitaconmutarlamitaddeungranpicodecorrienteparaentregarlamismapotenciaalacarga.
FLYBACKdesalidasmltiples:
LafiguramuestralasimplicidadconquepuedenaadirsesalidasaisladasaunconvertidorFlyback.
Losrequisitosparacadasalidaadicionalsonunsecundarioauxiliar,undiodorpidoyuncondensador.Paralaregulacindelassalidasauxiliaressueleutilizarseunestabilizadorlinealdetresterminalesacostadeunaprdidaenelrendimiento.
FORWARD(DIRECTO):
Rangodesde50hasta250vatios.Variacindelvoltajedeentrada:Vin+10%,-20%Eficienciadelconvertidor:h=80%Regulacinporvariacindelciclodetrabajo:d(max)=0.4Mx.corrientedetrabajoeneltransistor:
Iw=Pout/(hd(max)Vin(min)1.41)=2.25Pout/Vin
EsalgomscomplejoqueelsistemaFlybackaunquerazonablementesencilloyrentableencuantoacostesparapotenciasde100a250w.
CuandoeltransistorconmutadorTestconduciendoON,lacorrientecreceenelprimariodeltransformadortransfiriendoenergaalsecundario.Comoquieraqueelsentidodelosdevanadoseldiodo
D2estpolarizadodirectamente,lacorrientepasaatravsdelainductanciaLalacarga,acumulndoseenergamagnticaenL.CuandoTseapagaOFF,lacorrienteenelprimariocesainvirtiendolatensinenelsecundario.EnestemomentoD2quedapolarizadoinversamentebloqueandolacorrientedesecundario,peroD3conducepermitiendoquelaenergaalmacenadaenLsedescarguealimentandoalacarga.Eltercerdevanado,llamadoderecuperacin,permiteaprovecharlaenergaquequedaeneltransformadorduranteelcicloOFFdevolvindolaalaentrada,vaD1.
ContrariamentealmtodoFlyback,lainductanciacedeenergaalacargadurantelosperodosONyOFF,estohacequelosdiodossoportenlamitaddelacorrienteylosnivelesderizadodesalidaseanmsbajos.
FORWARDdesalidasmltiples:
Porcadasalidaadicionalesnecesariounsecundarioauxiliar,dosdiodosrpidos,unainductanciayuncondensadordefiltro.EstohacequeseamscostosoqueelFlyback.
Paramejorarlaregulacinenlassalidasauxiliaresseutilizanestabilizadoreslineales.
PUSH-PULL(Contrafase):
Rangodesde100hasta500vatios.Variacindelvoltajedeentrada:Vin+10%,-20%
Eficienciadelconvertidor:h=80%Regulacinporvariacindelciclodetrabajo:d(max)=0.8Mx.corrientedetrabajoeneltransistor:
Iw=Pout/(hd(max)Vin(min)1.41)=1.4Pout/Vin(FORWARD)
Mx.tensindetrabajodeltransistor:Vw=2Vin(max)1.41+tensindeproteccin
Estatopologasedesarrollparaaprovecharmejorlosncleosmagnticos.
EnesenciaconsistenendosconvertidoresForwardcontroladospordos
entradasencontrafase.LosdiodosD1yD2enelsecundario,actancomo
dosdiodosderecuperacin.Idealmentelosperodosdeconduccindelos
transistoresdebenseriguales,eltransformadorseexcitasimtricamentey
alcontrariodelatopologaForwardnoesprecisopreverentrehierroenelcircuitomagntico,yaquenoexisteasimetraenelflujomagnticoyportantocomponentecontinua.Ellosetraduceenunareduccindelvolumendelncleodelordendel50%paraunamismapotencia.
Unaprecaucinquedebetenerseencuantaenestetipodecircuitosesquelascaractersticasdeconmutacindelostransistoresdebensermuysimilares,ylosdevanadostantoenprimariocomoensecundariohandeserperfectamentesimtricos,inclusoensudisposicinfsicaenelncleo.
Tambinsehadetenerencuenta,quelostransistoresconmutadoressoportanenestadoOFFunatensindobledelatensindeentrada.
HALL-BRIDGE(Semipuente):
Rangodesde100hasta500vatios.Variacindelvoltajedeentrada:Vin+10%,-20%Eficienciadelconvertidor:h=80%
Regulacinporvariacindelciclodetrabajo:d(max)=0.8Mx.corrientedetrabajoeneltransistor:
Iw=2Pout/(hd(max)Vin(min)1.41)=2.8Pout/Vin(FORWARD)
Mx.tensindetrabajodeltransistor:Vw=Vin(max)1.41+tensindeproteccin
Eslatopologamsutilizadaparatensionesdeentradaaltas(de200a400v)yparapotenciasdehasta2000w.
EnlafiguraseapreciaqueelprimariodeltransformadorestconectadoentrelaunincentraldeloscondensadoresdeldesacoplodeentradaylaunindelafuentedeT1yeldrenadordeT2.SisedisparaalternativamentelostransistoresT1yT2conectaelextremodelprimarioa+300vya0vsegncorresponda,generandounaondacuadradade155vdevalormximo,lacualconunaadecuadarelacindeespiras,rectificadayfiltradaseobtienelatensindesalidadeseada.
UnaventajadeestesistemaesquelostransistoressoportancomomximolatensindeentradacuandoestnenOFF,mientrasqueenlossistemasFlyback,Push-PullyForward,estatensinescuandomenoseldoble.Ellopermite,cuandolatensindeentradaeslaredrectificada,lautilizacindetransistoresde400a500v,mientrasqueenlasotrasconfiguracionesserequerirantransistoresde800a1000v.Laregulacinselogracomparandounamuestradelasalidaconunatensindereferenciaparacontrolarelanchodelestadodeconduccindelostransistores.
Algunasdelasventajasdelsemipuenteson:Ncleosmspequeos.Bajadispersindeflujomagntico.Lafrecuenciaenlosfiltrosdesalidaeseldobledelafrecuenciadeconmutacin.Filtrodereducidasdimensiones.Bajoruidoyrizadodesalida.Fcilconfiguracincomosalidasmltiples.Ruidoradiadorelativamentebajo.
Lamayordesventajaconsisteenqueelprimariodeltransformadortrabajaalamitaddelatensindeentradayportantocirculaeldobledecorrienteporlostransistoresqueenelcasodetopologapuentequeseveracontinuacin.BRIDGE(Puente):
Rangodesde500hasta1000vatiosVariacindelvoltajedeentrada:Vin+10%,-20%Eficienciadelconvertidor:h=80%Regulacinporvariacindelciclodetrabajo:d(max)=0.8Mx.corrientedetrabajoeneltransistor:
Iw=Pout/(hd(max)Vin(min)1.41)=1.4Pout/Vin(FORWARD)
Mx.tensindetrabajodeltransistor:Vw=Vin(max)1.41+tensindeproteccin
Parapotenciassuperioresa2000w,lascorrientesenlostransistoresdeconmutacinsonexcesivas.LaFig.8muestralatopologabsicadeunconvertidorpuente,dondelostransistoresenramasopuestasdelpuenteT1yT4sondisparadosenfaseyT2yT4encontrafase.Laamplituddelaondacuadradaenelprimariodeltransformadorespor
tantode310v,doblequeenlatopologasemipuenteyportantomitaddecorrienteparaunamismapotencia.
Elempleodecuatrotransistoresquedebenserexcitadosporseparado,hacequeelcircuitodedisparoseamscomplejo.
Silaconmutacinenambasramasestalgodesbalanceadahacequeaparezcaunacomponentecontinuaeneltransformadorproduciendolasaturacindelncleomagntico,seevitaconlaintroduccindelcondensadorC1enserieconelprimariodeltransformador.
3.1.6Casoprcticodeunafuenteconmutada:
Diseodeunafuenteconmutada
MATERIAL:
1UA78S40PC1CAPACITOR4.7nFd.1CAPACITOR100uFd.1BOBINADE32uhy.1RESISTOR1.2k,101,0.1,1,47ohms.1POTENCIOMETRO.1DIODOde8AMP.
DESARROLLO:
Paraeldesarrollodeestprcticanosbasamosenelconvertidordedc-dcdesubida,elvoltajedeentradaesde12voltsyalasalidatenemos24voltsdedc.paraelclculodeestaprcticanosbasamosenlasfrmulasdediseoenlashojasdeespecificacindelcircuito78s40demotorola.
Ahoramostramoseldiseoconestasformulas:
Datos:
VS=Vin=12.Vout=24Iout=1amp.Vripple=1%=voltajerizo.
ton=1.1471toffton>=10us;toff>=10us.(ton+toff)>RLparaevitarunaposiblefugadecorriente.
Delafiguraobtenemosque:
Paraqueelconsumodelsistemaderegulacinseabajo:
ELEMENTOCOMPARADOR
Analizaencadainstantelasealprovenientedelelementodemuestraconlafijadereferenciadeformaqueintentaequilibrarlasvariacionesproducidasalasalida.Generalmentedeberseruntransistorounamplificadoroperacional.Existen2circuitostpicosparatensindesalidaaltaobaja.
A)COMPARADORDEBAJATENSIN(VSBAJA)Contransistor:SiVSaumentaVBEaumentaICdeltransistoresmayor
Conamplificadoroperacional
B)COMPARADORDEALTATENSIN(VSALTA)Transistorconbaseenelelementodereferencia
Transistorconbaseenelelementodemuestra
C)
COMPARADORCONAMPLIFICADORDIFERENCIALEnloscasosenqueesnecesariaunaaltacompensacintrmica,seusaunamplificadordiferencial,condostransistoresidnticos.ParaVSbaja
ParaVSalta
AMPLIFICADORDELASEALDEERROREstformadoporunamplificadordeacoplodirecto,enmuchoscasosconstituidosporunsolotransistor
Esteelementoamplificalasvariacionesproducidasenelcomparadorylaselevaaunniveltalquepuedanexcitaralbloquedecontrol.
ELEMENTODECONTROL
Sumisinesladecontrolarlasvariacionesdelatensindesalida,aumentandoodisminuyendosucadadetensincolector-emisor,ascomoladepermitirlacirculacindelacorrientenecesariaalasalida.SudiseopuedeserunaconexinDarlingtonconunaresistenciaRquesecomportacomounafuentedecorrienteconstante(I)denominadaPrerregulador
Unamejorsolucinesusaruntransistorconsalidaporcolectorcomomuestralafiguradeladerecha.
REGULADORSERIECOMPLETOEnlafigurasemuestraelmontajedeunreguladorserie.
CASOPRACTICO:
Loscomponentes.
Loscomponentesnecesariosparaestetipodefuentesson:
(1)transistorNPN,T1=BD139osimilar50V--0'5A
(2)transistorNPN,T2,T4=BD241Bosimilar50V--1'5A(1)transistorNPN,T3=2N3055osimilar80V--3A(3)diodos1N4007(1)diodoLEDrojo5m/m(1)condensadorelectrolticoC1200uf/63V(1)condensadorcermicode47a100nf(1)puenterectificadorde5A(9)resistenciasde1/4devatio(3)resistenciasde5vatios0'5W(2)potencimetrosde10kW(1)relRldeuncontactoN.O.(1)transformadordered220V-15V:3o5A(1)pulsadorMyrefrigeradoresadecuados.
ELCIRCUITOPRCTICO.
Conestosejemplossedisponedeunosesquemassobrefuentesdealimentacinreguladasquepuedenservircomopuntodepartidaparaotrosproyectosyporquno,ellasmismastalcual,puedensacarnosdeunapuroconunospocoscomponentesyunpocodenuestrotiempo.
Alguienpuededecidirseportrazarlaspistaporelsistemaderombos,cubosyrectngulos,porquelellevamenostrabajo,aunqueestonoesimportante.Esto,consisteentrazarunaslneasentreloquesernlosterminalesdelosdiferentescomponentes,separandodeestamaneralostrazosquerepresentanlaspistas,lasdichaslneas,sernelcobrequesecomerlasolucincidaqueseempleeparasurealizacin.
Enlaprctica,laplacadecircuitoimpresooPCB,conelpuenterectificadoryelcondensadorelectroltico.ElreguladorLM317,sedebemontardirectamentesobreelrefrigerador,aplicndolesiliconadecontactoyporseguridadunseparadoraislanteyconectaralPCBmediantehilode2m/mdeseccin,laspistasdeconexingeneralesserepresentanconmayorespesor,seveclaramentedebeserdeunos3m/mdeanchosoportanmsintensidad,lassalidasparaelpotencimetroqueestarenelpanel,seharnconhilodeconexinde1.25m/mdeseccin.Elled,deberinstalarseenelpanel.
Lostrazosnegros,representanlaspistasdelcircuitoimpresoysonlanicasdelaplacapcb.
Eltransformadornecesario,hadedisponerdedossecundariosde18Vy1,5A,cadauno,comoseverestosestnsobredimensionadosporseguridad.
Lospuentesrectificadoresdebenserdeltipometlicoconterminalesfaston,elterminalpositivotieneunresalteenlacajaapartedeestarmarcadoalladodeste.Losterminalesconuna(S)debenconectarsecadauno,mediantehilodeseccinde2m/macadaterminaldelmismosecundario,elotrorectificador,seconectardeigualmodoalotrosecundariodeltransformador,conestodisponemosdedostensionesmsomenosigualesenlasrespectivassalidasdeambosrectificadores.
Porotraparte,debemosprepararundibujodelaspistasque,seajustealesquemaadjunto,sobreunaplacadefibradevidriodemaneraquenospuedadarmejoresresultadosyseamsfiable.Cadaunopuedetrazarlaspistascomomejorleparezca,pero,debeguardarciertasreglas,unadelasmsimportanteseslaseparacinentrepistasnodebeserinferiora2m/menelpeordeloscasos,otraeselespesor,debeobservarsequelaspistaconmayorconsumo,handesoportarmspasodecorrienteydebenserdemayorespesorunos2o3m/msersuficienteparaelej.yprocurartrazoslomscortosposible,lasesquinassinpicos.
Necesitamostrescondensadoreselectrolticos(sonlosquetienenpolaridad),conunacapacidadenestecasoconcretode2.000uf/63V,paraevitarenloposibleelrizadodealterna,seutilizaestaaltacapacidadparamsseguridad,cuandoseexijaelmximodecorriente.
Latensinde+5V,laobtendremosdelpuentequerepresentaelpuntomspositivoenelmontaje,comoseapreciaenelesquemageneral.
Losreguladoresqueutilizaremosenestaocasin,sonde5Vy12V,conlasreferencias7805,7812y7912elencapsulado,deltipoTO220AB,deestamanerasepuedenatornillarsobredisipadoresdiferentes,Atencincadaunoporseparado,salvoquesedispongaentrecadacpsulayeldisipadorunseparadoraislante,enestecasopuedeusarseundisipadornico,yaqueelterminalcentraldelosreguladores7812y7912,esdesignodetensindiferenteyseestropearaninmediatamentesinoserespetanestasreglas.
Laimagenanteriorconstadedospartes,enlasuperior,elfondonegro,representaelcobredelaplacadefibradevidrioobaquelitaensucaso,laslneasblancassonlasseparacionesentrecomponentes,lascuales,esloqueelcido'quitar',lostrazosdecolorsonlassiluetasdeloscomponentesyloscubosblancossonlos'pads',paralaspatillasdeloscomponentes,loscuadradosdelasesquinas,sonparalospasadoresdelostornillosquesujetaranlaplacaalchasis.Enlaparteinferiorsepresentaelnegativo,vistoporlapartedelaspistas.
Este,esotroesquemaconelcualpodemosconstruirunafuentesimtricaparanuestropropiolaboratoriootallerdereparaciones.Enocasionessenecesitaunafuentedealimentacinreguladaconvariastensiones,siendolomshabitualencontrarenelcomerciolastensionesde+12Vy-12V.Ahorarepasaremoselesquemadeunafuentedeestascaractersticasquenosproporcioneasusalidaunacorrientede1Aencadasalida.
Elpuntocomndemasa,serefierealastensionesde+12Vy-12V,lascualessedicequesonsimtricas,encambiolasalidade+5Vesindependiente.
ELCIRCUITOCONELI.C.A723
Uncircuitointegradobastanteutilizadopararealizarfuentesdealimentacinajustables,eselpopularA723PCencapsuladoDILde14patillas,elcualadmiteunaelevadatensindeentradade40Vquedopndolapuedellegarsobrelos120Vdandounasalidaajustableentre2Vy37Va150mA,peroenalgunoscasoscomoenfuentesparatransmisin,sevuelvebastanteinestable,porloquerespectaamiexperiencia.
Enciertasrevistasespecializadasdelsector,sepuedenencontraresquemasmuchomselaboradosalosqueselespuedeexigirmayoresprestaciones,talescomoque,lasalidapartade0Vynode1'7V,queseacortocircuitable,ajustableencorrientedesalida,entreotras.
Enciertasrevistasespecializadasdelsector,sepuedenencontraresquemasmuchomselaboradosalosqueselespuedeexigirmayoresprestaciones,talescomoque,lasalidapartade0Vynodelos1'7V,comoqueseacortocircuitable,ajustableencorrientedesalida,entreotras.
Enlasiguiente,semuestraelesquemabsicodelaalimentacinpropuestaconunLM723Dydebajoelcircuitodeaplicacin,vistoporlacaradeloscomponentesporqueesmuysencilloconsideramosquenorequieremayoresdescripciones.
FUENTESDEALIMENTACINPARAPCS:
Diferenciasentretiposdefuentesdealimentacin,instalacinpasoapasodefuentesATXyconsejosparasucorrectofuncionamiento.
EnestepuntointentaremosexplicarosloqueesunaFuentedeAlimentacindeunPC,paraquesirvecadacablequesaledeella,tiposycaractersticas,yfinalmentecomoinstalarunafuenteATX.
LaFuentedeAlimentacin,esunmontajeelctrico/electrnicocapazdetransformarlacorrientedelaredelctricaenunacorrientequeelPCpuedasoportar.
EstoseconsigueatravsdeunosprocesoselectrnicosloscualesyahemosexplicadoanteriormenteyqueahoraresumiremosbrevementeconadaptacinalPC.
Transformacin.
Estepasoesenelqueseconsiguereducirlatensindeentradaalafuente(220vo125v)quesonlosquenosotorgalaredelctrica.
Estapartedelprocesodetransformacin,comobienindicasunombre,serealizaconuntransformadorenbobina,lasalidadeesteprocesogenerarde5a12voltios.
2.Rectificacin.
Lacorrientequenosofrecelacompaaelctricaesalterna,estoquieredecir,quesufrevariacionesensulneadetiempo,convariaciones,nosreferimosavariacionesdevoltajes,portanto,latensinesvariable,nosiempreeslamisma,esolgicamente,nonospodraservirparaalimentaraloscomponentesdeunPC,yaqueimaginemosquesileestamosdando12voltiosconcorrientealternaaundiscoduro,lgicamentenofuncionaryaquealservariable,noestaramosofrecindolelos12voltiosconstantes.
Loqueseintentaconestafase,espasardecorrientealternaacorrientecontinua,atravsdeuncomponentequesellamapuenterectificadorodeGraetz.
Conestoselograqueelvoltajenobajede0voltios,ysiempresemantengaporencimadeestacifra.
3.Filtrado
Ahoraya,disponemosdecorrientecontinua,queesloquenosinteresaba,noobstante,aunnonossirvedenada,porquenoesconstante,ynonosserviraparaalimentaraningncircuito
Loquesehaceenestafasedefiltrado,esaplanaralmximolaseal,paraquenohayanoscilaciones,estoseconsigueconunoovarioscondensadores,queretienenlacorrienteyladejanpasarlentamenteparasuavizarlaseal,asselograelefectodeseado.
4.Estabilizacin
Yatenemosunasealcontinuabastantedecente,casideltodoplana,ahorasolonosfaltaestabilizarlaporcompleto,paraquecuandoaumentaodesciendalasealdeentradaalafuente,noafectealasalidadelamisma.
Estoseconsigueconunregulador.
TiposdeFuentes
Despusdecomentarestasfasesdelafuentedealimentacin,hayquediferenciarlosdostiposqueexistenactualmente.Lasdosfuentesquepodremosencontrarnoscuandoabramosunordenadorpuedenser:AToATX
LasfuentesdealimentacinAT,fueronusadashastaqueaparecielPentiumMMX,esenesemomentocuandoyaseempezaranautilizarfuentesdealimentacinATX.
LascaractersticasdelasfuentesAT,sonquesusconectoresaplacabasevarandelosutilizadosenlasfuentesATX,yporotraparte,quizsbastantemspeligroso,esquelafuenteseactivaatravsdeuninterruptor,yeneseinterruptorhayunvoltajede220v,conelriesgoquesupondramanipularelPC.TambindestacarquecomparadastecnolgicamenteconlasfuentesATX,lasATsonuntantorudimentariaselectrnicamentehablando.
EnATX,esunpocodistinto,yaquesemodernizaelcircuitodelafuente,ysiempreestactiva,aunqueelordenadornoestfuncionando,lafuentesiempreestalimentadaconunatensinpequeaparamantenerlaenespera.
UnadelasventajasesquelasfuentesATXnodisponendeuninterruptorqueenciende/apagalafuente,sinoquesetratadeunpulsadorconectadoalaplacabase,yestaseencargadeencenderlafuente,estoconllevapueselpoderrealizarconexiones/desconexionesporsoftware.
Existeunatabla,paraclasificarlasfuentessegnsupotenciaycaja.
SobremesaAT=>150-200WSemitorre=>200-300WTorre=>230-250WSlim=>75-100WSobremesaATX=>200-250W
Noobstante,comentar,queestosdatossonmuyvariables,ynicamentesonorientativos,yaquevaransegnelnmerodedispositivosconectadosalPC.
ConexindeDispositivos
EnFuentesAT,sedabaelproblemadequeexistandosconectoresaconectaraplacabase,conlocualpodadarlugaraconfusionesyacortocircuitos,lasolucinparaelloesbasarseenuntrucomuysencillo:hayquedejarenelcentroloscablesnegrosquelosdosconectorestienen,asnohayformaposibledeequivocarse.
Encambio,enlasfuentesATXsoloexisteunconectorparalaplacabase,tododeunapieza,ysolohayunamaneradeencajarlo,asqueporesonohayproblema
Encambio,enlasfuentesATXsoloexisteunconectorparalaplacabase,tododeunapieza,ysolohayunamaneradeencajarlo,asqueporesonohayproblema.
Existendostiposdeconectoresparaalimentardispositivos:
Elmsgrande,sirveparaconectardispositivoscomodiscosduros,lectoresdeCD-ROM,grabadoras,dispositivosSCSI,etc.
Mientrasqueelotro,visiblementemspequeo,sirveparaalimentarporejemplodisqueterasoalgunosdispositivosZIP.
InstalacindeunafuenteATX
ParainstalarunafuentedealimentacinATX,necesitaremosundestornilladordepuntadeestrella.
1)Empezaremosporubicarlafuenteensusitio,asegurandoquelosagujerosdelostornilloscoincidenexactamenteconlosdelacajayunavezhechoesto,procederemosaatornillarlafuente.
2)Actoseguido,conectaremoslaalimentacinalaplacabaseconelconectoranteriormentecomentado,yrealizaremoslamismatareaconelrestodelosdispositivosinstalados.
3)Trasrealizartodaslasconexiones,lasrevisaremos,yprocederemosaencenderelequipo
Unpuntoacomentar,esquesolohayunamaneraposiblepararealizarelconexionadodealimentacinalosdispositivos,sobretodoNUNCAdebemosforzarundispositivo.
Consejos
Cuidadocontocarelinterruptorselectordevoltajequealgunasfuentesllevan,esteinterruptorsirveparaindicarlealafuentesinuestracasatienecorrientede220vo125vsielegimoslaquenoestendremosproblemas.
Esconveniente,revisardetantoentanto,elestadodelventiladordelafuente,pensar,quesinotenemosinstaladoenlaparteposteriordelequipounventiladoradicional,esnuestranicasalidadeaire.Unventiladordefuentedefectuosopuedesignificarelfinaldetuequipo,elevandolatemperaturadelsistemaporencimadelahabitualyproduciendounfallogeneraldelsistema.
Tambincabedestacar,encomoelegirlafuente,sitenemospensadoconectarmuchosdispositivos,comoporejemplo,dispositivosUSB,discosduros,dispositivosinternos,etc.Enelcasodequelafuentenopuedaotorgarlasuficientetensinparaalimentaratodoslosdispositivos,sepodrandarfallosenalgunosdelosmismos,peropensarquesiestamospidiendomsdeloquenosotorgalafuente,podemosacabarconunaplacabasequemada,unafuentedealimentacinquemada,unmicroprocesadorquemado,yunequipoflamanteenlabasura...
