FUENTE DE ALIMENTACIÓN
(POWER SUPPLY)
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 - véase
figura 3) 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 para simular 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.
Especificaciones
Una especificación
fundamental de las fuentes de alimentación es el rendimiento, que se define
como la potencia total
de salida entre la potencia activa de entrada. Como se ha dicho antes,
las fuentes conmutadas son mejores en este aspecto.
El factor de potencia es la potencia activa entre la potencia aparente de entrada. Es una medida de la
calidad de la corriente.
La
fuente debe mantener la tensión de salida al voltaje solicitado
independientemente de las oscilaciones de la línea, regulación de
línea o de la carga
requerida por el circuito, regulación de carga.
Fuentes de alimentación especiales:
Entre las fuentes de
alimentación alternas, tenemos aquellas en donde la potencia que se entrega a
la carga está siendo controlada por transistores,
los cuales son controlados en fase para poder entregar la potencia requerida a
la carga.
Otro
tipo de alimentación de fuentes alternas, catalogadas como especiales son
aquellas en donde la frecuencia es variada, manteniendo la amplitud de
la tensión logrando un efecto de fuente variable en casos como motores y transformadores de tensión.
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