domingo, 31 de marzo de 2013

Las fuentes conmutadas

Las ventajas de las fuentes de alimentación conmutadas, reguladas, son tan importantes que no pueden ignorarse. Estas versátiles fuentes de alimentación, son suficientemente conocidas por su alta eficacia, funcionamiento frío, pequeño tamaño y por la posibilidad de trabajar con un rango de tensiones de entrada más grande que sus componentes lineales.
En ocasiones fueron limitadas a las aplicaciones de alta potencia o alta eficacia pero, en la actualidad, han encontrado su camino en la electrónica de consumo de baja potencia y de bajo costo. 




Como los elementos de control utilizados en los reguladores conmutados están siempre completamente en el estado encendido, o en el estado apagado, tienen un bajo consumo y necesitan de un pequeño, o ningún, radiador de calor. Se pueden utilizar pequeños transformadores de alta frecuencia, y como la eficiencia de la regulación no era muy afectada por la diferencia de tensión entre la entrada y la salida, es posible utilizar varias tensiones de entrada, como 115/230 voltios.

Los reguladores conmutados cuentan, sin embargo, con algunas desventajas. El primer problema es su complejidad y, por lo tanto, el costo del circuito. También muestran determinados fallos que no se ven en los reguladores lineales simples, y pueden radiar una cantidad sustancial de interferencia electromagnética, IEM, si no se diseñan de una forma adecuada. Afortunadamente se han desarrollado un cierto número de circuitos integrados que no solamente incluyen la mayor parte de la circuitería compleja, sino que también solucionan algunos de los fallos más comunes y que se revisarán al final. Explicaremos a continuación, las bases de las fuentes conmutadas.

  • Fundamentos de los reguladores conmutados
Comenzaremos por revisar los reguladores lineales, no conmutados, como se pueden ver en la siguiente imagen. El amplificador operacional, IC1, compara la tensión de realimentación, Vfb, con la tensión de referencia Vref. Si Vfb es demasiado alto, se disminuye la tensión de base de Q1 o, si es demasiado bajo, se aumenta la tensión de la base hasta que Vfb es igual a Vref. En el punto de equilibrio la tensión emisor-colector de Q1 pasa a ser igual a V sin  rec - Vreg. La disipación de potencia del transistor, W, es igual a (V sin reg- Vreg) x1.




Un regulador lineal bien diseñado puede proporcionar una excelente disposición y respuesta a los transistores, un bajo ruido y rizado, y una completa ausencia de IEM. Pero, en contraste, disipa una elevada potencia en el transistor de regulación, especialmente con elevadas corrientes de carga.
La regulación de tensiones de entrada con variaciones muy amplias es un problema debido a que, según se eleva V sin reg, aumenta también la disipación de potencia.

Ahora pasaremos a describir todas la etapas a partir de un diagrama en bloques. 


Diagrama en bloques de una fuente

Ahora se prosedera a describir cada una de las etapas con su respectivo funcionamiento y para poder ingresar mas a la práctica veremos algunos circuitos de los mas importantes bloques de la fuente de conmutación, es necesario para esto saber el manejo total de los dispositivos electrónicos y el manejo de un instrumento de medida tal como el Multitester. 

  • Funcionamiento
-Filtro de Linea
El filtro de linea recibe el voltaje alterno eliminando las perturbaciones y señales de alta frecuencia no deseadas para entregar al rectificador de alto voltaje que convierte el Voltaje alterno (Vca) a Voltaje continuo (Vcc) pulsante,que luego el filtro de alto voltaje la convierte en voltaje continuo mas estable; si tiene alguna duda con repecto al vltaje que entrega los diodos rectificadores revise el capitulo VIII el tema de diodos rectificadores.

-Oscilador por Ancho de pulso

Produce pulsos de frecuencia constante y ancho variable, lo que le permite regular el voltaje a la salida de la fuente deacuerdo a la información que le entrega el circuito comparador. estos pulsos se aplican al circuito excitador que los amplifica y los aplica a las bases de los transistoresde conmutación.

-Transistores de Conmutación

Al conducir en forma alternada producen sobre el transformador de pulsos un voltaje variable en su bobinado primario e induce hacia su secundario voltaje alterno no senusoidal que va hacer rectificado y filtrado para entregar los diferentes valores de votajes a la salida.

Los valores de salida que entrega la fuente son tambien llevados al cicuito comparador que permite evaluar si estan dentro de los limites previstos de salida, si existen diferencias se generara un nivel de voltaje que obligará al oscilador por ancho de pulsos a variar el ancho de pulso para corregir la normalidad.

Si se produce un corto circuito en la tarjeta principal el circuito comparador hará que el oscilador deje de oscilar. 



 
Analisis de los bloques mas importantes

  • Filtro de Linea



El fusible es un elemento de protección contra exceso de corriente, un fusible se especifican la corriente y el voltaje.

El voltaje según corriente en fusibles.


La función de los condensadores es dejar pasar las altas frecuencias y dejar pasar las frecuencias bajas y las bobinas permiten el paso a travez de ellas de las bajas frecuencias e impiden el paso de las altas frecuencias, para mejor entendimiento recordemos las formulas de la reactancia. 


Las letras TH en el circuito esta referido al termistor cuyo valor varia con la temperatura.

Un termistor (NTC) con coeficiente negativo de temperatura dismuniye su resistencia cuando existe un aumento de temperatura. un termistor (PTC) con coeficiente positivo de temperatura aumenta su valor resistivo cuando la temperatura aumenta.

En caso que un termistor se dañe y no se encuentre en el mercado uno del mismo valor se puede optar por reemplazar por una resistencia de 2.7 a 10 ohmios y una portencia de 3W a 5W. las bobinas que se utilizan son de aproximadamente 300 y 800uh (micro henrios).

  • Rectificador y Filtro de Alto Voltaje 



Las resistencias R2 Y R3 se denomina de sangria o drenaje, llamadas asi por que se encargan de la descarga de del condensador una ves que estan apagados y son de 100kΩ a 330kΩ con 1/2 o 1/4 de W.

T = C.R

T = tiempo de descarga de un condensador.

  • Circuito Excitador y Transistores de Conmutación


Q3 Y Q4: Son los transistores osciladores.

T1: Transformador excitador.

D: Diodos de acoplo de base.

C30 y C31: Condensador de acoplo de base.

R101 y R102: Resistencias fusibles para la proteccion de los transistores Q1 y Q2.

R103, R104, R7 y R4 : Resistencias de polarización de Base.

Nota: los transistores de conmutación suelen ser de


  • Oscilador por ancho de pulsos 


El oscilador por ancho de pulsos dentro de una fuentes de alimentación de una computadora generalmente esta formado por un circuito integrado de 16 pines los cuales cumplen las siguientes funciones.

12, 15 Y 16 son entradas de comparadores internos.
3 "Feed Back" Realimentación
4 "Dead Time" Controla el ancho de pulso
5 "CT" Para condensador que define la frecuencia.
6 "RT" Para resistencia que define frecuencia.
7 "GND" Conexión a tierra.
8 "C1" Colector de transistor interno 1
9 "E1" Emisor de transistor interno 1
10 "E2" Emisor de transistor interno 2
11 "C2" Colector de transistor interno 2
12 "Vcc" Alimentacion de voltaje entre 14 y 40 voltios tipico 24V.
13 "V control" Voltaje para control de carga en la oscilación.
14 "V ref" Voltaje de referencia para comparaciones.

Nota: las unicas formas de poder saber si el circuito integrado que forma la etapa de oscilador por ancho de pulsos es, medir las señales de entrada y de salida del circuito integrado con un osciloscopio detectando la señal que entrega o ingresa al integrado en relacion al tipo de señalo medir con un muititester la cantidad de voltaje en cada uno de los pines del integrado y en caso que no tengamos un instrumento de medida y estemos seguros que en esa etapa esta la falla podremos hacerla por comparación que es basicamente hacer el intercambio del circuito integrado probablemente deteriorado por otro nuevo; y estas formas se puede aplicar con todos los distintos tipos de dispositivos electronicos existentes. 


Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad! 

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