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Fuente conmutada Ir a la navegaci�nIr a la b�squeda Vista por dentro de una fuente conmutada ATX.. A - Puente rectificador B - Condensador de entrada C - Transformador D - Bobina del filtro de salida E - Condensadores del filtro de salida Una fuente conmutada es un dispositivo electr�nico que transforma energ�a el�ctrica mediante transistores en conmutaci�n. Mientras que un regulador de tensi�n utiliza transistores polarizados en su regi�n activa de amplificaci�n, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmut�ndolos activamente a altas frecuencias (20100 kilociclos t�picamente) entre corte (abiertos) y saturaci�n (cerrados). La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con n�cleo de ferrita (los n�cleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias porque tienen muchas p�rdidas debido a corrientes de Foucault y sobre todo por las grandes p�rdidas por hist�resis; hay que recordar que una curva de saturaci�n normal de acero cocido corresponde a un material con caracter�stica dura y alta densidad de flujo) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (con diodos r�pidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas de este m�todo incluyen menor tama�o y peso del n�cleo, mayor eficiencia y por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas compar�ndolas con fuentes lineales es que son m�s complejas y generan ruido el�ctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos pr�ximos a estas fuentes. Las fuentes Conmutadas Resonantes no generan Ruido el�ctrico a altas frecuencia �ndice 1 Clasificaci�n 2 Comparaci�n entre Fuente de alimentaci�n conmutadas y lineales 3 Topolog�as 4 V�ase tambi�n 5 Referencia 6 Enlaces externos Clasificaci�n Las fuentes conmutadas pueden ser clasificadas en cuatro tipos: alimentaci�n CA, salida CC: rectificador, conmutador, transformador, rectificador de salida, filtro. (Ej.: fuente de alimentaci�n de ordenador de mesa)colector alimentaci�n CA, salida CA: variador de frecuencia, conversor de frecuencia. (Ej.: variador de motor) base alimentaci�n CC, salida CA: inversor (Ej.: generar 220 v/50 ciclos a partir de una bater�a de 12 v) alimentaci�n CC, salida CC: conversor de voltaje o de corriente. (Ej.: cargador de bater�as de celulares para auto) Esquema de una fuente conmutada de un PC Comparaci�n entre Fuente de alimentaci�n conmutadas y lineales Hay dos tipos principales de fuentes de alimentaci�n reguladas disponibles: conmutadas y lineales. Las razones por las cuales elegir un tipo o el otro se pueden resumir como sigue. Tama�o y peso � las fuentes de alimentaci�n lineales pesan unos 10 kilos utilizando

un transformador que funciona a frecuencia de 50 o 60 Hz. Este transformador de baja frecuencia es varias veces m�s grande y m�s pesado que un transformador correspondiente de fuente conmutada, el cual funciona en frecuencias t�picas de 50 KHz a 1 MHz. La tendencia de dise�o es de utilizar frecuencias cada vez m�s altas mientras los transistores lo permitan para disminuir el tama�o de los componentes pasivos (condensadores, inductores, transformadores). Voltaje de la salida � las fuentes de alimentaci�n lineales regulan la salida usando un voltaje m�s alto en las etapas previas y luego disipando energ�a como calor para producir un voltaje m�s bajo, regulado. Esta ca�da de voltaje es necesaria y no puede ser eliminada mejorando el dise�o. Las fuentes conmutadas pueden producir voltajes de salida que son m�s bajos que el voltaje de entrada, m�s altos que el voltaje e incluso inversos al voltaje de entrada, haci�ndolos vers�tiles y mejor adaptables a voltajes de entrada variables. Eficiencia, calor, y energ�a disipada - Una fuente lineal regula el voltaje o la corriente de la salida disipando el exceso de energ�a como calor, lo cual es ineficaz. Una fuente conmutada usa la se�al de control para variar el ancho de pulso, tomando de la alimentaci�n solamente la energ�a requerida por la carga. En todas las topolog�as de fuentes conmutadas, se apagan y se encienden los transistores completamente. As�, idealmente, las fuentes conmutadas son 100 % eficientes. El �nico calor generado se da por las caracter�sticas no ideales de los componentes. P�rdidas en la conmutaci�n en los transistores, resistencia directa de los transistores saturados, resistencia serie equivalente en el inductor y los condensadores, y la ca�da de voltaje por el rectificador bajan la eficiencia. Sin embargo, optimizando el dise�o, la cantidad de energ�a disipada y calor pueden ser reducidos al m�nimo. Un buen dise�o puede tener una eficiencia de conversi�n de 95 %. T�picamente 75-85 % en fuentes de entre 10-50 W. Las fuentes conmutadas m�s eficientes utilizan rectificaci�n s�ncrona (transistores Mosfet saturados durante el semiciclo adecuado reemplazando diodos). Complejidad - un regulador lineal consiste en �ltima instancia en un transistor de potencia, un CI de regulaci�n de voltaje y un condensador de filtro de ruido. En cambio una fuente conmutada contiene t�picamente un CI regulador, uno o varios transistores y diodos de potencia como as� tambi�n un transformador, inductores, y condensadores de filtro. M�ltiples voltajes se pueden generar a partir del mismo n�cleo de transformador. Para ello se utiliza el control por ancho de pulso de entrada aunque las diferentes salidas pueden tener dificultades para la regulaci�n de carga. Ambos necesitan una selecci�n cuidadosa de sus transformadores. En las fuentes conmutadas debido al funcionamiento a altas frecuencias las p�rdidas en las pistas del circuito impreso por inductancia de perdida y las capacidades par�sitas llegan a ser importantes. Interferencia por radiofrecuencia - La corriente en las fuentes conmutadas tiene cambios abruptos, y contiene una proporci�n grande de componentes espectrales de alta frecuencia. Cables o pistas largas entre los componentes pueden reducir la eficacia de alta frecuencia de los filtros a condensadores en la entrada y salida. Esta corriente de alta frecuencia puede generar interferencia electromagn�tica indeseable. Filtros EMI y blindajes de RF son necesarios para reducir la interferencia. Las fuentes de alimentaci�n lineales no producen generalmente interferencia, y se utilizan para proveer de energ�a donde la interferencia de radio no debe ocurrir. Ruido electr�nico en los terminales de salida de fuentes de alimentaci�n lineales baratas con pobre regulaci�n se puede experimentar un voltaje de CA peque�o �montado� sobre la CC de dos veces la frecuencia de alimentaci�n (100/120 ciclos). Esta �ondulaci�n� (ripple en ingl�s) est� generalmente en el orden de varios milivoltios, y puede ser suprimida con condensadores de filtro m�s grandes o mejores reguladores de voltaje. Este voltaje de CA peque�o puede causar problemas o interferencias en algunos circuitos; por ejemplo, c�maras fotogr�ficas an�logas de seguridad alimentadas con este tipo de fuentes pueden tener la modulaci�n indeseada del brillo y distorsiones en el sonido que produce zumbido audible. Las fuentes de alimentaci�n lineales de calidad suprimir�n la ondulaci�n mucho mejor. En cambio las fuentes conmutadas no exhiben generalmente la ondulaci�n en la frecuencia de la

alimentaci�n, sino salidas generalmente m�s ruidosas a altas frecuencias. El ruido est� generalmente relacionado con la frecuencia de la conmutaci�n. Ruido ac�stico - Las fuentes de alimentaci�n lineales emiten t�picamente un zumbido d�bil, en la baja frecuencia de alimentaci�n, pero �sta es raramente audible (la vibraci�n de las bobinas y las chapas del n�cleo del transformador suelen ser las causas). Las Fuentes conmutadas con su funcionamiento mucho m�s alto en frecuencia, no son generalmente audibles por los seres humanos (a menos que tengan un ventilador, como en la mayor�a de las computadoras personales). El funcionamiento incorrecto de las fuentes conmutadas puede generar sonidos agudos, ya que genera ruido ac�stico en frecuencia subarm�nico del oscilador. Factor de potencia las fuentes lineales tienen bajo factor de potencia porque la energ�a es obtenida en los picos de voltaje de la l�nea de alimentaci�n. La corriente en las fuentes conmutadas simples no sigue la forma de onda del voltaje, sino que en forma similar a las fuentes lineales la energ�a es obtenida solo de la parte m�s alta de la onda sinusoidal, por lo que su uso cada vez m�s frecuente en computadoras personales y l�mparas fluorescentes se constituy� en un problema creciente para la distribuci�n de energ�a. Existen fuentes conmutadas con una etapa previa de correcci�n del factor de potencia que reduce en gran medida este problema y son de uso obligatorio en algunos pa�ses particularmente europeos a partir de determinadas potencias. Ruido el�ctrico sobre la l�nea de la alimentaci�n principal puede aparecer ruido electr�nico de conmutaci�n que puede causar interferencia con equipos de A/V conectados en la misma fase. Las fuentes de alimentaci�n lineales raramente presentan este efecto. Las fuentes conmutadas bien dise�adas poseen filtros a la entrada que minimizan la interferencia causada en la l�nea de alimentaci�n . Topolog�as Las fuentes conmutadas existen en diferentes topolog�as con caracter�sticas particulares en cada una Topolog�a Potencia (W) Eficiencia (t�pica) Costo relativo Tensiones (V) Aislamiento Almacenaje de energ�a Relaci�n de tensi�n Caracter�sticas Buck 0�1000 75% 1.0 5�1000* No Inductor Simple V salida < V entrada Disminuir Tensi�n Boost 0�150 78% 1.0 5�600* No Inductor Simple V salida > V entrada Aumentar Tensi�n Buck-boost 0�150 78% 1.0 5�600* No Inductor Simple V salida mayor o menor que V entrada Permite invertir la salida Flyback 0�150 78% 1.0 5�600 Si Transformador V salida mayor o menor que V entrada Salidas M�ltiples Half-Forward 0�250 75% 1.2 5-500 Si Transformador + inductor Forward Si Transformador + inductor Salidas M�ltiples Push-Pull 100�1000 72% 1.75 50�1000 Si Semipuente Half-bridge 0�500 72% 1.9 50�1000 Si Puente H completo 400�2000 69% >2.0 50�1000 Si Resonante, conmutada en cruce por cero >1000 >2.0 Cuk No Condensador + dos inductores SEPIC No Dos inductores V salida mayor o menor que V entrada Multiplicador de tensi�n 0.1-1 90% 0.2 500-100000 No Condensador V salida>>V entrada Los multiplicadores de tensi�n se utilizan para generar muy altas tensiones.