Equipos de Imagen Capítulo 14 Fuentes de Alimentación Fuente de Alimentación Conmutada.

Equipos de Imagen

Capítulo 14

Fuentes de Alimentación

Fuente de Alimentación Conmutada

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Capítulo 14



Las necesidades en la carrera aeroespacial de reducir peso y consumo de toda la electrónica, llevó al primer desarrollo de fuentes de alimentación conmutadas.

Así en los años cuarenta se dieron los primeros pasitos en sistemas conmutados por parte de la NASA.

En 1977 se introduce la regulación en la modalidad de conmutación.

Con las fuentes de conmutación se viene a mejorar el factor de eficiencia hasta en un 95%, teóricamente, por lo cual su implementación en equipos informáticos y de imagen.

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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 es aplicada al chopper, 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)

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El funcionamiento básico es el siguiente: Entran los 220 voltios alterna del enchufe, los rectifica el puente y filtra con un condensador, ahí tenemos una CC del orden de 311 voltios (220 eficaces por la raíz de dos, valor máximo de la tensión).

Esta se aplica en una entrada del transformador, y el otro lado se conecta en el colector del transistor, estando el emisor a negativo o masa. Un transistor es básicamente como un interruptor, y la base sería nuestro dedo que lo acciona.

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En estos momentos, en la base no hay ninguna orden que el transistor deje pasar corriente, por lo que la corriente está almacenada en el condensador (el condensador es también como un depósito de agua). No hay circulación, por lo tanto no trabaja y no hay tensiones en el secundario.

Ahora le damos la orden a la base (nuestro dedo en el interruptor) para que conduzca, por lo tanto la corriente ahora llegará hasta el colector, saldrá por el emisor y a través de la masa (separada del secundario, mirar bien los dibujos) alcanzará el negativo del puente rectificador, ha habido una circulación de corriente y ahora decimos a la base que corte la conducción. (Esto sucede más de 30000 veces por segundo).

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La corriente que ha pasado a través del primario del chopper ha creado un campo magnético, campo magnético que a través del núcleo llega al bobinado del secundario, el cual “convierte” el campo magnético en tensión pulsante entre sus bornes. Un extremo de una bobinado va a masa (otra vez, fijarse que es diferente la masa del primario a la del secundario) y el otro a través de un diodo.

De una de las salidas se toma una muestra, y a través de una resistencia se aplica a un diodo LED (Diodo Emisor de Luz) que está al frente de un fototransistor (un transistor que reacciona ante la luz). El motivo de usar opto-acopladores es la separación de masas, pues ha de haber “comunicación” entre primario y secundario, pero no eléctrica, y una de las maneras es por luz. Estos elementos están encerrados en una sola pieza.

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El circuito regulador esta prefijado de fabrica y tiene una tensión de referencia x. que la comparará con la muestra que viene del secundario, y según sea ésta, hará una cosa u otra. Imaginemos ahora que la fuente está trabajando al 70% de conmutación y la tensión en el secundario aumenta, el LED del opto se ilumina más, el fototransistor recibe mas luz, como está conectado al integrado regulador, la tensión que recibe del secundario es muy alta con respecto la referencia que tiene prefijada, el circuito integrado disminuye la amplitud superior de los impulsos al 30%, ahora el transistor está mas tiempo en reposo que conduciendo,.

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hay menos paso de energía por el chopper, en el secundario, obviamente ha bajado también la tensión, el LED se ilumina menos, el fototransistor recibe menos luz, ahora en el integrado está mas baja la muestra que la referencia, y el integrado sube (por ejemplo) la conmutación al 60%. Ahora vuelve a estar muy alta, y se repite el proceso más de 30.000 veces por segundo, por lo que la tensión en la salida es muy estable

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OJO: La palabra INVERTER significa que puede regular el voltaje, la corriente y la frecuencia de un dispositivo eléctrico o electrónico, por lo tanto es un circuito conversor de energía

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Capítulo 14. Fuentes de Alimentación Fuente de Alimentación Conmutada

Oscilogramas típicos de una fuente de alimentación

conmutada.


Fuenteno

regulada+

-

+

-

+

-

+

-

PWM

Vref

Controlador

Vcc

Circuito de

referencia

R

La fuente de alimentación se alimenta de la red eléctrica:

230 Vef, 50 Hz


Fuenteno

regulada+

-

+

-

+

-

+

-

PWM

Vref

Controlador

Vcc

Circuito de

referencia

R

320 Vp

La fuente de alimentación no regulada rectifica y filtra la señal de la red eléctrica.


Fuenteno

regulada+

-

+

-

+

-

+

-

PWM

Vref

Controlador

Vcc

Circuito de

referencia

R

El controlador varía el ciclo de trabajo de la señal de control del transistor de conmutación.


Fuenteno

regulada+

-

+

-

+

-

+

-

PWM

Vref

Controlador

Vcc

Circuito de

referencia

R

El transistor de conmutación excita el primario del transformador de la fuente de alimentación.


Fuenteno

regulada+

-

+

-

+

-

+

-

PWM

Vref

Controlador

Vcc

Circuito de

referencia

R

Durante el arranque de la fuente de alimentación, el controlador de la fuente de alimentación conmutada se alimenta de la propia fuente de alimentación no regulada, hasta que la fuente trabaja a pleno rendimiento.


Fuenteno

regulada+

-

+

-

+

-

+

-

PWM

Vref

Controlador

Vcc

Circuito de

referencia

REl secundario del transformador tiene diferentes devanados que se utilizan para realizar la regulación de diferentes tensiones.


Fuenteno

regulada+

-

+

-

+

-

+

-

PWM

Vref

Controlador

Vcc

Circuito de

referencia

REl rectificador de salida proporciona las señales de salida reguladas de la fuente de alimentación conmutada.


Fuenteno

regulada+

-

+

-

+

-

+

-

PWM

Vref

Controlador

Vcc

Circuito de

referencia

RLa tensión continua de salida se mantiene regulada gracias a una señal de referencia que se extrae de la propia tensión de salida que regula.


Fuenteno

regulada+

-

+

-

+

-

+

-

PWM

Vref

Controlador

Vcc

Circuito de

referencia

R

Cuando la fuente de alimentación conmutada trabaja a pleno rendimiento, el controlador se alimenta de una de las propias salidas que regula.

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