FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADAS

INTRODUCCION

Las fuentes de alimentación conmutadas fueron desarrolladas inicialmente para aplicaciones militares y aeroespaciales en los años 60, por ser inaceptables los pesos y volúmenes de los convencionales o lineales.Se han desarrollado desde entonces diversas topologías y circuitos de control, algunas de ellas son de uso común en fuentes de alimentación conmutadas para aplicaciones industriales y comerciales.

La principal desventaja de las fuentes lineales es su eficiencia. Para elevar la eficiencia lo ideal es minimizar las pérdidas en el elemento regulador. En las fuentes conmutadas lo que se hace es utilizar un transistor en la zona de corte y saturación, de esta forma se tienen periodos de tiempo en la que la corriente y la tensión son nulos. Esto se logra convirtiendo la tensión de entrada en una señal cuadrada, siendo el concepto básico de las fuentes conmutadas.

DEFINICION Y DESCRIPCIONSe puede definir en términos generales una fuente conmutada como un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación.Las fuentes conmutadas utilizan transistores conmutados activamente a altas frecuencias (20 – 100 KHz) entre corte y saturación.La forma de onda cuadra resultante se aplica a transformadores con núcleo de ferrita. Para obtener uno ovarios voltajes de salida que luego son rectificados y filtrados para obtener voltajes de salida de corriente continua.

Fuentes de alimentación conmutadas

COMPONENTES

Están constituidos por cuatro bloques constructivos básicos:• En el primer bloque rectificamos y filtramos la

tensión alterna de entrada convirtiéndola en una continua pulsante.

• El segundo bloque se encarga de convertir la tensión continua pulsante en una onda cuadrada de alta frecuencia (10 a 200 KHz), la cual es aplicada al primario del transformador.

• El tercer bloque rectifica y filtra la salida de alta frecuencia del bloque anterior, entregando así una corriente continua pura.

• El cuarto bloque se encarga de comandar la oscilación del segundo bloque. Este bloque consiste de un oscilador de frecuencia fija, una tensión de referencia, un comparador de tensión y un modulador de ancho de pulso (PWM). El modulador recibe el pulso del oscilador y modifica su ciclo de trabajo según la señal del comparador, el cual coteja la tensión continua de salida del tercer bloque con la tensión de referencia.

El ciclo de trabajo es la relación entre el estado de encendido y el estado de apagado de una onda cuadrada.En la mayoría de los circuitos conmutados encontraremos el primer y el tercer bloque como elementos variables, en cambio el cuarto y el segundo tendrán diferentes tipos de configuraciones. A veces el cuarto bloque será hecho con integrados y otras veces nos encontraremos con circuitos totalmente transistorizados.

Diagrama de bloques de una fuente de alimentación conmutada

COMPARACION CONMUTADAS - CONVENCIONALESComparaciones más importantes:• Tamaño y peso.• Voltaje de salida.• Eficiencia, calor y energía disipada.• Complejidad.• Interferencia por radiofrecuencia.• Ruido electrónico.• Ruido acústico.• Factor de potencia.• Ruido eléctrico

RECTIFICACION Y FILTRO DE ENTRADA

PICO DE ARRANQUEAl arrancar la fuente conmutada, la impedancia presentada a la red es muy baja al encontrarse los condensadores descargados, sin una resistencia en serie adicional la corriente inicial seria excesivamente alta. En la figura TH1 y 2 son resistencia NTC (coeficiente negativo de temperatura), que limitan esta corriente a un valor aceptable. Las fuentes de media y gran potencia disponen de circuitos activos con resistencia limitadora que se cortocircuitan por medio de relés o de conmutadores estáticos cuando están los condensadores cargados. En el caso de las fuentes AMV se utiliza un transistor MOSFET de potencia.

PROTECCION CONTRA TRANSITORIOS

Además del filtrado de ruidos reinyectados a la red que incorporan las fuentes conmutadas, es aconsejable la utilización de un varistor conectado a la entrada para proteger contra picos de tensión generados por la conmutación en circuitos inductivos de las proximidades o por tormentas eléctricas.

Tipos de inversor de alta frecuencia

Existen distintas configuraciones :

Buck / step down : la tensión de salida es menor que la tensión de entrada.

Boost / step up : la tensión de salida es mayor que la tensión de entrada.

Buck-Boost / inverter : la tensión de salida es opuesta a la tensión de entrada.

Flyback : posee una configuración similar que el inverter pero su funcionamiento se basa en 2 o varios inductores acoplados, posee la ventaja de permitir obtener varias salidas de tensión.

Buck / step down

La tensión de salida es menor que la tensión de entrada.

Funcionamiento

◊ T1 conmuta a alta frecuencia (20 kHz - 1 MHz) produciendo una tensión V2 troceada.

◊ V2 es filtrada por L-C obteniendo Vo.

◊ Vo puede regularse mediante el ciclo efectivo de trabajo k de T1.

Configuración Buck/Step-down

Funcionamiento Buck/Step-downPrimero el transistor esta en saturación, switch cerrado. La corriente en el inductor aumenta en forma lineal. Se carga el condensador y además alimenta la carga.

Funcionamiento Buck/Step-down

Funcionamiento Buck/Step-down

Boost / step up

La tensión de salida es mayor que la tensión de entrada.

Funcionamiento

◊ Durante ton la corriente crece en la bobina. El diodo evita que C se descargue. VL = Vi

◊ Durante toff la tensión en la bobina se invierte y se añade a la de entrada, aumentando la de salida. VL + Vi = Vo

Funcionamiento Boost / Step-up

Buck-Boost / inverter

La tensión de salida es opuesta a la tensión de entrada.

Funcionamiento

◊ Durante ton la energía de Vi es almacenada en L.

◊ Durante toff VL se invierte y la energía es transferida desde L Carga. Este período se denomina “FLYBACK”.

RESUMEN DE CARACTERISTICAS

CONFIGURACIONES BASICAS

TOPOLOGIAS

Topología FLYBACK

Topología FLYBACKsalidas

múltiples

Topología FORWARD

Topología FORWARD

salidas múltiples

Topología PUSH-PULL

Topología HALF BRIDGE

Topología BRIDGE

CIRCUITOS DE APLICACION

Circuito integrado TEA2018A para fuentes de alimentación conmutadas