53ELECTRONICA y servicio

COMO LOCALIZARFALLAS EN FUENTES DE

ALIMENTACIONCONMUTADAS

COMO LOCALIZARFALLAS EN FUENTES DE

ALIMENTACIONCONMUTADAS

Guillermo Palomares Orozco

El bloque fuente de poder es defundamental importancia en laestructura de cualquier aparato

electrónico, debido a que en estasección es donde se producen todos los

voltajes necesarios para el correctofuncionamiento del equipo. En los

últimos 10 años, este módulo hasufrido una transformación muy

importante, pasando de ser circuitossencillos que todo mundo comprendía,aunque de operación muy deficiente, a

sofisticadas fuentes conmutadas demucho mayor eficiencia, y cuyo

funcionamiento resulta mucho máscomplejo. En este artículo,

explicaremos su teoría de operación,mostraremos dos circuitos reales como

ejemplo y enseñaremos un métodopara la detección de fallas, con

algunos consejos prácticos.

Diferencias entre las fuentes linealesy las fuentes conmutadas

Las fuentes conmutadas presentan grandes ven-tajas con respecto a las fuentes lineales tradicio-nales. Estas últimas (figura 1) presentan, en ge-neral, las siguientes particularidades:

• Transformador de gran tamaño, conectado di-rectamente en la línea de CA (y que por conse-cuencia trabaja con una frecuencia muy baja).

• En la mayoría de los casos, circuitos rectificado-res tipo puente de diodos.

• Filtros de gran capacidad.• Reguladores de voltaje.

Por contraste, las características más importan-tes de las fuentes conmutadas (también conoci-das como “fuentes osciladoras” por su capacidadde adaptarse a las variaciones de voltaje), son:

• Bajo costo, debido a su pequeño transformador(que además es de alta frecuencia).

• Ligeras.

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• Excelente estabilidad en la salida de voltaje.• Bajo calor generado.• Tamaño reducido.• Pueden operar con voltajes de entrada muy

amplios (generalmente de 85 V a 240 Vca).

Estos nuevos tipos de fuentes constan de un osci-lador, un pequeño transformador, rectificadoressecundarios y filtros pasa-bajos para filtrar elvoltaje de salida (figura 2).

Los tipos de control de salida de voltaje, son:

• Control de la amplitud del oscilador.• Cambio del ciclo de trabajo del oscilador (con-

trol de amplitud del pulso).• Control de frecuencia (sea del oscilador o del

transformador).

Cabe mencionar que algunas fuentes de poderutilizan más de uno de estos tres tipos de control.

Secciones de una fuente conmutada típica

Son seis los bloques de una fuente conmutadatípica (figura 3), a saber:

1) Rectificador y filtro.Este bloque recibe los 120 Vca de la línea y entre-ga aproximadamente 170 Vcd en su salida. Hayque recordar que el puente rectificador conviertela corriente alterna en corriente directa, y que elfiltro elimina el ruido o ripple. Un fusible que seencuentra en la entrada de la línea para protec-ción del circuito, se abre CUANDO HAY UN COR-TOCIRCUITO EN LA SECCION OSCILADORA O

EXCITADORA y NO CUANDO HAY UNA CARGAEXCESIVA.

2) Excitador y oscilador.En videograbadoras, este bloque consiste en uncircuito integrado de mediana potencia (600 V, 5amp) y alguna circuitería adicional de apoyo,mientras que en televisores generalmente setrata de un transistor discreto (aunque cada vezse usa con más frecuencia un circuito integrado).

El propósito de este conjunto es tomar elvoltaje de 170 Vca y “pasarlo” a través del prima-rio del transformador, pero en forma de una señalpulsante (recuerde que un transformador resultainútil ante señales de DC). Uno de los embobi-nados del transformador retroalimenta un voltajefuera de fase para que el excitador entre en osci-lación (enseguida se hablará de esto con mayordetalle).

3) Transformador.El transformador tiene un primario, uno o mássecundarios y un embobinado de retroalimen-tación; las funciones de este último son:

a) Retroalimentación. Este embobinado de con-trol entrega una señal de retroalimentación altransistor excitador/oscilador, con el objeto deapagarlo y generar una situación inestable queprovoque la oscilación (lo que significa que elconmutador se enciende y apaga a muy altavelocidad). Puesto que esta situación se repite

Figura 1 Figura 2

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en un ciclo de trabajo muy pesado, debe usarseun transistor con características apropiadas.

b) Acoplamiento. El circuito de acoplamiento(cuando existe) sirve para proporcionar al ex-tremo primario una referencia del compor-tamiento de los voltajes en el secundario, conel objeto de que las tensiones de salida de lafuente estén siempre dentro de sus especi-ficaciones correctas. También provee un aisla-miento eléctrico entre el circuito del primarioy el circuito del secundario; esto es para queel cliente nunca entre en contacto con la líneade CA cuando toque la unidad.

Dicho transformador puede ser pequeño, encomparación con un transformador tradicional.La razón de ello es que trabaja con una frecuen-cia alta, con lo cual se logra que la transferenciade energía entre primario y secundario sea mejorque si trabajara -como lo hace un transformadornormal- a 60 Hz.

El blindaje del transformador (o de la fuenteen general) es necesario si se toma en cuentaque esta señal, al operar en altas frecuencias,puede ser inducida en los amplificadores de ca-bezas de video o en las líneas de transporte deseñal de video, trayendo como consecuencia lageneración de líneas de interferencia en lapantalla.

4) Rectificadores del extremo secundario.Estos rectificadores son de bajo voltaje pero dealta velocidad, ya que el secundario del transfor-mador entrega corriente alterna de muy elevadafrecuencia; a causa de esto, los diodos rectifica-

dores de baja frecuencia (entre ellos el 1N4007)resultan inútiles. Este es uno de los principalesproblemas con los que el técnico de servicio seenfrenta cuando va a reparar fuentes conmuta-das; y es que si desconoce dicha situación, segu-ramente que en sustitución de los diodos origina-les colocará cualquier otro tipo de diodos, perolas nuevas piezas se dañarán rápidamente, e in-cluso pueden llegar a dañar a otras seccionesdentro de la fuente. El tipo de diodos que se reco-mienda utilizar es el RU4M, que soporta 400 V, 2amp, y es de rápida recuperación.

5) Retroalimentación y aislamiento.El voltaje del secundario más importante (la líneade 12V en el caso de las videograbadoras, y lalínea de B+ en el caso de los televisores), en algu-nas fuentes es tomado y enviado en retroalimen-tación al circuito primario. Este voltaje se empleapara controlar la salida de voltaje que va haciael transformador por el excitador de retroalimen-tación. Esta muestra de voltaje es enviada deregreso al primario del circuito, aunque no existauna conexión directa entre primario y secunda-rio; por razones de seguridad, esta muestra seenvía a través de un optoacoplador.

6) Control de nivel.Con la reducción del bias (polarización) de la basedel transistor excitador/oscilador, se reduce tam-bién la amplitud de la señal entregada en su colec-tor. Y dado que este efecto se presenta en todoslos voltajes secundarios, puede decirse que lapolarización del oscilador se reduce para mante-ner en estado de regulación a la fuente conmutada.

Figura 3

Rectificadory filtro

Excitador y oscilador

Control de nivel

Primario Secunario

DC

Transformador(acoplamiento/retroalimentación)

Diodos desalida RV4M

Aislamiento optoacoplador

Retroalimentacióndel oscilador

D2

D1

Ajuste de voltaje

Carga

Carga

AC

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Métodos de control de voltajemás empleados

Existen dos formas para controlar la salida devoltaje en los secundarios:

1) Control mediante frecuencia(cambio de frecuencia en el oscilador,con respecto al punto de resonanciadel transformador).

La operación de estos transformadores dependede la frecuencia, ya que el embobinado primariofunciona como un resonador (un oscilador natu-ral). Recordemos que siempre que colocamos enparalelo una bobina y un capacitor, el conjuntoposee una “frecuencia de resonancia” natural,misma que depende estrechamente de los va-lores de L y C; por lo tanto, podemos decir queun transformador en cuyo primario se le coloqueun condensador en paralelo, poseerá una fre-cuencia de oscilación implícita, que marcará supunto de operación óptima. Aun y cuando no secoloquen capacitores externos en el embobinadoprimario, existe una capacitancia inherentecausada por la proximidad de las espiras del mis-mo. Este circuito resonante L-C es producido ex-clusivamente con el embobinado del transfor-mador (figura 4).

El voltaje de salida de los secundarios aumen-ta cuando la frecuencia de trabajo se aproximaa la frecuencia natural de resonancia del trans-formador. Por lo tanto, si se modifica cuidadosa-mente la frecuencia de entrada al primario deltransformador, el voltaje de salida de éste puedeser controlado o regulado.

La gráfica del comportamiento de un transfor-mador se muestra en la figura 5; ahí vemos queel pico máximo es Vs, mismo que se alcanzaexactamente cuando la frecuencia de entradacoincide con la de resonancia natural del embo-binado. Como puede observarse, la forma derespuesta no es muy estrecha sino amplia (tieneel aspecto de una campana normal); esto se debea la resistencia del alambre, al valor de la induc-tancia, a la capacitancia inherente, etc. En conse-cuencia, si se maneja cuidadosamente la fre-cuencia aplicada al embobinado primario, se lepuede hacer trabajar en cualquier punto de lacurva (de preferencia en la porción lineal, ya seade subida o de bajada), produciendo en su salidauna gama de voltajes que van desde un puntomuy bajo hasta su punto máximo (Vs). Esto quie-re decir que el método puede utilizarse para con-trolar de forma muy precisa los voltajes a la sa-lida de los secundarios.

En videograbadoras, lo normal es que la fre-cuencia de entrada al transformador opere en laregión marcada como A (flanco de subida de larespuesta en frecuencia). En este caso, conformela frecuencia de entrada se incrementa, el puntode operación va hacia la parte alta de la curva,por lo tanto la salida del transformador aumenta.

Figura 5Figura 4

C

Vcc

L

Oscilador LC típico.La frecuencia de

oscilación del conjunto depende

de los valores de L y C

En todo embobinado, la mismacercanía de las espiras entre sí

produce una pequeña capacitancia;por tanto, todo embobinado posee

una frecuencia de oscilación inherente

A

B

A B

Punto de resonanciade un transformador

VS (Pico máximode resonancia)

Punto de operación

Salida deltransformador

Frecuencia de entrada

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Algunas fuentes en televisores operan en elpunto B de la curva, por lo que en ellos las varia-ciones de frecuencia tienen un efecto inverso (enla porción descendente de la curva, un aumentode frecuencia implica menor inducción, produ-ciendo entonces una disminución en la salidadel secundario en el transformador). Este modode operación (en la región B) no es usualmenteelegido por los diseñadores, ya que al encenderel equipo, el oscilador comienza a trabajar a unabaja frecuencia; esto provoca que la salida enlos secundarios del transformador sea elevada,dando origen a posibles daños en la fuente o enel equipo.

2) Control mediante embobinado de control.Un voltaje aplicado en la bobina de control deun transformador especial, hace que disminu-ya la inductancia dentro del dispositivo.

Corrimiento de frecuenciaen el transformador

La mayoría de televisores utiliza un transforma-dor especialmente construido con un embobina-do de control colocado en una laminación aco-plada de manera perpendicular a la laminacióndel primario y secundario (figura 6). El embobina-do de control regula la salida del transformadoralterando la reluctancia y, por lo tanto, aparente-mente también la inductancia del transformador.

Usando la bobina de control, cuando se leaplica un voltaje de CD, se desarrolla un campomagnético; y este campo se aplica en el núcleodel transformador, afectando el campo inducidopor el primario y, por consiguiente, el voltaje ge-nerado en el secundario. Esto altera al campotal como cuando se inserta un tornillo de alumi-nio en una bobina de sintonía (inductor). Cuandola inductancia (L) es decrementada, la frecuenciade resonancia es incrementada. En el diagramamostrado anteriormente, equivaldría a que lacurva de respuesta se corriera hacia la derecha,lo que a su vez se traduciría en un cambio en lasalida de voltaje de los embobinados secunda-rios.

El diseñador de la fuente selecciona el puntode operación A o B para determinar si al aplicarCD a la bobina de control el voltaje de salida seaumenta o disminuye. Si es elegido el punto A,podemos notar que al estar la curva corrida haciala izquierda implicaría que la fuente comenzaríaa trabajar con un voltaje muy alto (lo que puedeafectar la integridad de los circuitos alimenta-dos); para evitar esto, se debe aplicar un voltajede CD inmediatamente a la bobina de controlcuando el aparato es energizado (este es repre-sentado por el capacitor en línea punteada). Paraevitar dicho problema, este tipo de fuentes porlo general trabajan en la región B de la curva;esto significa que comienzan a operar con unvoltaje de salida bajo, y conforme se va apli-cando una corriente de realimentación al embo-binado de control, el voltaje de salida va crecien-do hasta alcanzar su nivel correcto (lo cual ocu-rre en pocos milisegundos).

Dos ejemplos de fuentes típicas.

Para concretar la explicación teórica anterior,enseguida vamos a mostrar dos fuentes de podertípicas, una de una videograbadora (figura 7) yotra de un televisor (figuras 8). Se explicará endetalle la operación de la segunda, dejando parael lector deducir el funcionamiento de la primera.

Podemos ver que en la entrada del circuitooscilador hay un voltaje de aproximadamente150 Vdc, mismo que se obtiene de rectificar yfiltrar directamente la entrada de 120 Vac de laFigura 6

Primario

Secundario

Bobina decontrol

Voltaje decontrol de CD

Cambio de frecuencia del transformador

El voltaje de control genera un campo magnéticopara disminuir la inductancia efectiva.

B+

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Figura 7

59

ELE

CTR

ON

ICA

y servicio

DRIVER

150VoltsRAW 8+

R4104 C4123 R4125

4

5

1 2 3 6 8 9

7

12

11FB4102

ERRORAMP

AMP

OUTPUT

OCPCIRCUIT

OVER-CURRENTPROTECT

R4128

R4105

_

C4103 CR4102

R4124

R4129

U4101REGULATOR

C4126

R4122

CR41097.5V

C4124

C412710µF63V

+

C4136

330 500V

CR4111

R4135

C4128

C4122R4126

FB4113

CR4112

FB4112C4135

1

3

8

11

10

13

5

6

7

12

T4101REGULATOR

FB4106

C4106

C4109

CR4106

C4137

FB4107

C4107

140V DCB+

NC

NC

FB4109 FB4108

19.5V DC

C4108+

+

A

C4110

CR4107

C4008

HOT COLD

Fuente de poder de los televisores RCA con chasis CTC 176/177

+

Fig

ura

8

60 ELECTRONICA y servicio

línea hogareEd. Este voltaje se dirige hacia la ter-minal 1 del transformador principal, del cual elotro extremo del primario llega a las terminales11 y 12 del circuito integrado que se encarga dela oscilación. Dentro de este circuito se aloja elelemento de switcheo (un MOSFET de potencia),cuya fuente se encuentra en las terminales 8 y 9del IC, que se conectan a la tierra del primario através de una resistencia de bajo valor.

Observe también que parte del voltaje deentrada pasa por una resistencia y llega hasta laterminal 4 del IC, que corresponde a la entradadel excitador del conmutador. Cuando es conec-tado por primera vez el aparato, el voltaje en estaterminal resulta suficiente para que el excitadorse dispare y ponga a conducir al conmutador,con lo que se consigue un flujo de corriente através del embobinado primario. Este flujo indu-ce voltajes en todos los embobinados secun-darios, incluyendo el ubicado entre las terminales5, 6 y 7, que en este caso funciona como bobinade realimentación.

El voltaje inducido en la terminal 7 de estesecundario, comienza a cargar a un condensadorcon un voltaje negativo, y cuando la tensión al-canza un cierto punto (detectado por el amplifi-cador de error dentro del IC), este elemento envíauna orden hacia el bloque AMP, el cual corta elvoltaje de polarización al conmutador y lo obligaa apagarse. Por lo tanto, el flujo de corriente quecirculaba por el primario sufre un colapso, y estea su vez induce voltajes hacia los embobinadossecundarios; específicamente, produce un pulsoen la terminal 5 del embobinado de control, elcual se transmite a través de una resistencia yun condensador a la entrada del excitador deconmutador, y lo vuelve a encender.

Con esto tenemos una situación inestable queobliga al conmutador a encenderse y apagarsecontinuamente, con lo que se logra la inducciónhacia los secundarios y la generación de los vol-tajes de alimentación para el funcionamiento deltelevisor.

Como circuito de protección, el IC conmutadorposee un detector de sobrecarga, el cual se dis-para precisamente cuando el voltaje en sus ter-minales 8 y 9 (que, como recordará, correspon-den a la fuente del conmutador) alcanza un valor

determinado (gracias a la presencia de la resis-tencia de bajo valor). En tal caso, el circuito deprotección corta la polarización del conmuta-dor, impidiéndole trabajar y apagando el televi-sor, con lo que se evitan daños mayores ya sea ala fuente o a los circuitos que alimenta.

Por su parte, el extremo secundario resultasumamente sencillo: puede notar que la salidadel embobinado ubicado en las terminales 8, 10y 11 del transformador corresponde a la salidaB+, misma que sólo es rectificada y filtrada; y lomismo ocurre con la fuente de bajo voltaje, lacual aprovecha el embobinado entre las ter-minales 12 y 13, de donde se generan los casi 20V que se necesitan para alimentar a diversos cir-cuitos del televisor.

Compare este funcionamiento con el de lafuente de videograbadora, y advertirá que básica-mente se trata del mismo circuito.

Procedimiento para la localización de fallas

Observe cómo se lleva a cabo este procedimien-to, en el siguiente diagrama (figura 9):

Aspectos que deben considerarse enel servicio a fuentes conmutadas

En el caso de las fuentes conmutadas, son varioslos aspectos que deben considerarse al procedera su reparación: hay que observar y comprenderlas secciones que contiene; saber cómo interac-túan y, después de una adecuada comprensión,determinar las posibles fallas que pudieranpresentarse en cada una de ellas; de esta formase puede aislar el problema para su más prontay eficaz atención. Y aunque en los manuales deservicio se recomienda cambiar como un módulocompleto toda la fuente, ello resulta una tareapoco práctica y muy costosa en comparación conun simple servicio en el nivel de componentes.

Método para la reparación defuentes conmutadas

Como ya explicamos, las fuentes conmutadasson unidades que basan su funcionamiento enla oscilación de muy alta frecuencia. Como dispo-

61ELECTRONICA y servicio

sitivo de conmutación, generalmente tenemosun transistor, o un circuito integrado que contie-ne a éste.

Conforme a la experiencia, usted habrá adver-tido cuán frecuentemente se daña este dispositi-vo, aunque rara vez es el causante original delproblema; de ahí que al sustituirlo vuelva a da-ñarse apenas transcurridos algunos segundos,o quizás minutos u horas.

ProcedimientoPara reparar una fuente conmutada ejecute lassiguientes acciones:

1) Utilice un Variac o reductor de voltaje de entra-da de línea, para modificar a voluntad el voltajede corriente alterna entregado a la fuente. Deesta manera, evitaremos hacer daño a los tran-sistores de conmutación.

2) Localice la sección de retroalimentación; esdecir, la porción de señal que es tomada delprimario o del secundario para informar alcircuito oscilador sobre el nivel de salida queguarda la fuente. Por lo general, esta secciónes responsable de la avería en los circuitos.Revise también los condensadores electrolí-ticos, ya que suelen ser con frecuencia los cau-santes del problema.

3) Acostúmbrese a revisar los diodos rectificado-res de los diversos secundarios. Como ya co-mentamos, en caso de descubrir que estos dis-positivos se encuentran averiados, proceda asustituirlos por piezas de iguales característi-cas (es muy importante verificar su corrientemáxima de trabajo y su velocidad de recu-peración).

4) Es común que luego de sustituir componentesquemados o averiados, se piense que la fuenteha quedado reparada; pero este es un graveerror. Para asegurarse de que ha sido arregla-da, se le debe colocar una carga artificial a finde medir la corriente y voltaje entregado porsus devanados; para tal efecto, podemos cal-cular algunos valores de resistencias quesimularán la carga normal de la fuente pormedio de la ley de Ohm. Una vez conectadaséstas entre alguna salida y tierra, por mediode un multímetro se debe medir el voltaje en-tregado por dicha salida (sabiendo, de ante-mano, que lo normal es que el voltaje tienda acaer, pero no en exceso).

5) Por último, no está de más reiterar que a estasfuentes debemos conocerlas a fondo, para que,al tener plenamente identificadas sus distintassecciones, sea posible realizar una reparaciónmás rápida y confiable; y no por querer ahorrardinero, compremos refacciones de dudosa ca-lidad o las primeras que tengamos a la mano.

Figura 9

¿Llega la alimentaciónde DC al aparato?

¿Hay voltaje de alimentaciónde DC en el transformadorde switcheo?

¿Llega la excitaciónal conmutador?

¿Funciona el conmutador?

¿Hay alimentaciónpara el Syscon?

¿Hay pulso de encendido?

¿Aparecen los voltajes B+y todos los necesariospara el encendido?

¿El aparato se enciendeun momento y luego seapaga?

Falla en circuitos de protección

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Sí

Revise cable, clavija yfusible de entrada

No

Revise etapas derectificación y filtrado

No

Verifique circuitode control del conmutador

No

Reemplace el dispositivoNo

Revise las etapasde rectificación, filtrado y regulación

No

Problema en SysconNo

Revise las etapas derectificación, filtrado yregulación respectivas

No

Fuente bienNo

Secuencia para la detección de fallasen fuentes conmutadas de TV color.