Presentamos las fuentes de alimentación
La energía eléctrica es la columna vertebral de cualquier sistema electrónico y la fuente de alimentación es la que alimenta el sistema. Elegir la fuente adecuada puede marcar la diferencia crítica entre un dispositivo que funciona a niveles óptimos y uno que puede ofrecer resultados inconsistentes.
Además de las fuentes de alimentación de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC), también están disponibles los convertidores de CC a CC. Si la CC ya está disponible en su sistema, un convertidor de CC a CC puede ser la mejor opción de diseño que la CA analizada a continuación.
Las fuentes de alimentación de corriente continua son no reguladas o reguladas. Las fuentes reguladas vienen en varias opciones, incluidas las lineales, conmutadas y a batería.
Conceptos básicos de la conversión de CA a CC
Una fuente de alimentación toma la CA de la toma de corriente de la pared, la convierte en CC no regulada y reduce el voltaje mediante un transformador de entrada, generalmente reduciéndolo al voltaje requerido por la carga. Por razones de seguridad, el transformador también separa la fuente de alimentación de salida de la entrada de la red eléctrica.
La Figura 1, la Figura 2 y la Figura 3 ilustran la transformación general de CA a CC.
La corriente alterna toma la forma de una onda sinusoidal con el voltaje alternando de positivo a negativo con el tiempo.
Figura 1: Corriente alterna de la toma de corriente de la pared
En el primer paso del proceso, el voltaje se rectifica utilizando un conjunto de diodos. La rectificación transforma la CA sinusoidal. El rectificador convierte las ondas sinusoidales en una serie de picos positivos.
Figura 2: Rectificación de onda completa
Una vez que el voltaje ha sido rectificado, todavía hay fluctuación en la forma de onda—el tiempo entre los picos—que debe eliminarse. El voltaje de CA rectificado se filtra o «suaviza» entonces con un capacitor.
El capacitor suele ser bastante grande y crea un depósito de energía que se aplica a la carga cuando el voltaje rectificado cae. La energía entrante se almacena en el capacitor en el flanco ascendente y se gasta cuando el voltaje cae. Esto reduce significativamente la cantidad de caída de voltaje y suaviza el voltaje. Aumentar la capacidad de almacenamiento del capacitor generalmente produce una fuente de alimentación de mayor calidad.
La Figura 3 muestra el voltaje rectificado y cómo el capacitor suaviza la caída.
Figura 3: Rectificación de onda completa + capacitor
Una vez que la conversión de voltaje se completa, todavía hay alguna variación en la salida, llamada rizado. En una fuente de alimentación regulada, el voltaje se pasa entonces a través de un regulador para crear una salida de CC fija con menos rizado. |
|
|
Comparaciones de fuentes de alimentación
Las fuentes de alimentación de CA vienen en dos variedades, no reguladas y reguladas. La no regulada es el tipo más básico de fuente de alimentación y no tiene la capacidad de suministrar un voltaje consistente a una carga, mientras que las fuentes de alimentación reguladas sí lo tienen y tienen muchas opciones de diseño diferentes.
Los convertidores lineales son los menos complejos pero también crean más calor, mientras que los convertidores conmutados son más intrincados y más fríos pero crean más ruido. Las baterías son típicamente convertidores conmutados. Cada uno tiene ventajas y desventajas, pero cuál usar se basará principalmente en el tipo de aplicación y las condiciones bajo las cuales se ejecutará.
La Tabla 1 ilustra cómo se categorizan los tipos de fuentes de alimentación y resume muchas de las ventajas y desventajas de cada tipo.
|
| NO REGULADA |
REGULADA |
Ventaja:
- Circuitería simple
- Duradera
Desventaja:
- El voltaje varía con el consumo de corriente de la carga
- Diseñada para corriente de salida o voltaje fijo
|
Ventaja:
- El voltaje es consistente
- Disponible en fuentes de alimentación de alta calidad
- Filtrado de ruido
- Voltaje de salida o corriente ajustable
- Sintonización de precisión
Desventaja:
|
| |
LINEAL |
CONMUTADA |
BATERÍA |
| |
Ventaja:
- Segura y confiable
- Pequeño rizado residual
- Menos ruido
- Buena regulación de línea y carga
- Estable
Desventaja:
- Pobre eficiencia
- Grandes disipadores de calor
- Gran tamaño y pesada
- Cara
|
Ventaja:
- Pequeño tamaño, ligero
- Amplio rango de voltaje de entrada
- Alta eficiencia
- Menos cara que la lineal
Desventaja:
- Circuitería compleja
- Contaminación de la red eléctrica
- Mayor ruido
|
Ventaja:
- Portátil
- No requiere energía en el sitio
Desventaja:
- Voltaje de entrada fijo
- Vida corta
- El voltaje de salida cae a medida que se usan las reservas de energía
|
Selección de una fuente de alimentación
Al elegir una fuente de alimentación, hay varios requisitos que deben considerarse.
- Los requisitos de energía de la carga o el circuito, incluyendo
- Características de seguridad como límites de voltaje y corriente para proteger la carga.
- Tamaño físico y eficiencia.
- Inmunidad al ruido del sistema.
Especificaciones importantes
Aunque todas las especificaciones de la fuente de alimentación son valiosas, algunas son más críticas que otras. Algunas especificaciones dignas de mención son:
Corriente de salida: La corriente máxima que se puede suministrar a la carga.
Regulación de carga: La regulación de carga es qué tan bien puede el regulador mantener su salida con un cambio en la corriente de carga, y generalmente se mide en milivoltios (mV) o como un voltaje de salida máximo.
Ruido y rizado: El ruido es cualquier interferencia electrónica añadida y no deseada, y el rizado es la pequeña variación en el voltaje cuando la CA se transforma en CC. Estos generalmente se combinan en una sola medición. En las fuentes de alimentación conmutadas, la medición se da en pico a pico, mostrando la extensión de los picos de ruido que surgen de la conmutación.
Protección contra sobrevoltaje: A veces los voltajes de salida pueden exceder sus valores nominales y pueden dañar la carga. La protección contra sobrevoltaje es un circuito que apaga la fuente de alimentación si se exceden los límites de voltaje.
Protección contra sobrecarga: La protección contra sobrecarga es una medida de seguridad utilizada para prevenir daños en caso de un cortocircuito o evento de sobrecorriente. Muy parecido al interruptor automático de una casa, la protección contra sobrecarga apaga la fuente de alimentación para que la carga no se dañe.
Eficiencia: La eficiencia es la proporción de energía que se extrae de la red eléctrica que se está convirtiendo efectivamente en energía de CC. Una buena fuente de alimentación SMPS funcionará con al menos un 80% de eficiencia y, con un diseño de sistema adecuado, puede funcionar a tasas aún más altas. Un sistema eficiente reducirá la generación de calor y puede ahorrar energía.
|
Ruido y rizado
El ruido y el rizado se derivan de la transformación de CA a CC y son el subproducto de la rectificación y la conmutación, entre otras cosas. Son especificaciones significativas a notar porque pueden afectar negativamente la instrumentación sensible. Si el ruido y el rizado son muy altos, las señales pequeñas pueden verse abrumadas o la vida del hardware puede acortarse significativamente. Dicho esto, el ruido y el rizado pueden eliminarse virtualmente con una fuente de alimentación de alta calidad.
Durante la conversión de CA a CC, la onda sinusoidal alterna no puede suprimirse por completo. Las pequeñas variaciones de voltaje resultantes se llaman rizado. Muchas veces, la cantidad de la fluctuación depende de qué tan bien la fuente de alimentación esté emparejada con la carga.
El ruido son las adiciones no deseadas que ocurren fuera del rizado normal. Viene de muchos otros orígenes, incluyendo la conmutación y el ruido electrónico generado fuera de la fuente de alimentación, como de la electrónica cercana. El ruido generalmente ocurre en conjunto con el rizado y es mucho más variable e impredecible. El ruido de conmutación típicamente ocurre a frecuencias muy altas.
La Figura 7 es un ejemplo de ruido (creado por la conmutación) y rizado en una fuente de alimentación de calidad media.
Figura 7: Rizado y ruido para energía regulada y conmutada, representativo de una fuente de calidad media
La Figura 8 ilustra el potencial de ruido en una fuente de alimentación lineal regulada. Aunque es mucho menos que el rizado de una fuente conmutada regulada, aún puede ser lo suficientemente significativo para enmascarar datos.
Figura 8: Rizado y ruido para energía lineal regulada, representativo de una fuente de calidad media
|
|
Comprar, vender, unidades de accionamiento usadas, PLC, automatización, relé, PLC, fuente de alimentación, sensor, temporizador, contactor, interruptor, cable, pantalla táctil, Omron, Moeller, Eaton, AB.
