fuentes de alimentacion conmutadas switching
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Las Fuentes de Alimentacin
Conmutadas (Switching).
Tutorial de Electrnica
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Introduccin
Fuentes de alimentacin por Switching2
Las fuentes de alimentacin convencionales usantransformadores operando a 50 Hz y que suelen ser
inconvenientes, tanto por el elevado costo, excesivo peso y
volumen, as como su bajo rendimiento de conversin y la
consiguiente perdidas de potencia en generacin de calor.
La alternativa a este tipo de fuentes ha sido desde hace tiempoel empleo de fuentes de conmutacin (Switching).
Este tipo de fuentes conmutadas operan directamente sobre el
lado de alta tensin, con elevados rendimientos (usualmente
mejor del 70% u 80%), de bajo costo y volumen y, usando muy
pocos componentes (con la consiguiente facilidad de ensambladoy mayor confiabilidad).
Los reguladores conmutados disipan menos energa en forma
de calor y adems son capaces de suministrar voltajes de salida
mayores o menores que el voltaje de entrada. Adems estos
pueden suministrar un voltaje de salida con polaridad opuesta ala del voltaje de entrada.
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Observaciones crticas sobre una fuenteconvencional.En la siguiente seccin se describe bsicamente los bloques
principales que contiene una fuente de alimentacin convencional .
Fuentes de alimentacin porSwitching
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Observaciones crticas sobre una
fuente convencional.
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1. Etapa de entrada de alta tensin alterna.2. Filtro de lnea.
3. Conversin de alta a baja tensin.
4. Conversin de Alterna a Continua y filtrado.
5. Regulacin de continua.
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1. Etapa de entrada de alta tensin
alterna
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En general la fuente de energa suele ser de alta tensin (110 o 220Volts eficaces) y de alterna de 50 o 60 Hertz, aunque ciertas
aplicaciones puede requerir otro tipo de tensiones y/o frecuencias.
Dentro de toda esta variedad un caso comercial interesante es el de
los wall-adapter universales, que aceptan tensiones de entrada de
90Vac a 250 Vac, frecuencias de lnea desde 47 a 63 Hz y con
potencias de 1 Watt hasta 200 Watts.
Circuito Wall-Adapter
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2. Filtro de lnea
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El filtro de lnea tiene por funcin proteger la fuente y circuitos deposibles picos transitorios u otras seales interferentes provenientesde la red de alta tensin, y a la vez bloquear la insercin en la red deseales de alta frecuencia generadas por la propia fuente.
F
C
R
L
C
C
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3. Conversin de alta a baja tensin
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Dado que la mayor parte de los
equipos electrnicos requieren para
su operacin tensiones continua de
unos pocos voltios, en una fuente
tradicional suele ser imprescindible la
inclusin de un transformador, que
realiza una conversin de voltaje con
una relacin fija. Esto significa que si
se aumenta la tensin alterna de
entrada al primario del transformador
tambin experimentar una subida detensin en el secundario del
transformador. Para frecuencias de 50
o 60 Hz este elemento suele ser
voluminoso, pesado y caro.
F
Red 230
Vac
Primario
Secundario
A
B
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4. Conversin de Alterna a Continua y
filtrado.
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Los sistemas electrnicos requieren, en general, suministro deenerga continua, por lo que la siguiente etapa es la rectificacin
de la corriente alterna a continua. Esta tarea es usualmente
realizada por dos o cuatro diodos y su correspondiente filtro de la
tensin pulsante mediante el uso de condensadores.
F
Red 230
Vac
Primario
Secundari
o
A
BC
1
D1 D2
D3 D4
C D+ Vo
- Vo
-
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5. Regulacin de continua
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Los sistemas electrnicos requieren una alimentacin de baja
tensin continua filtrada y regulada con bastante estabilidad,tpicamente el 5%, por lo que se hace necesario la insercin de un
elemento de paso que posibilite obtener una estabilizacin del
voltaje de salida, independientemente de la variacin de amplitud de
la tensin continua a su entrada.
- Vo
Red 230 Vac
F
Primario
Secundario
A
BC1
D1 D2
D3 D4
C DEstabilizacin
L1
C2
+ V
o
Filtro en Regulador
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Recuerda
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Los reguladores lineales (principalmente los reguladores serie)dominaron el mercado de los reguladores para las fuentes de
alimentacin.
Entre otras razones, estos reguladores dominaron el mercado
debido a que ellos son simples, fciles de usar y adems
ofrecen un alto funcionamiento. El hecho de que los reguladores lineales, entre otras razones,
disipan una cantidad considerable de energa (baja eficiencia),
llev a la aparicin en el mercado, a mediados de los 70, de las
fuentes conmutadas, las cuales entre otras cosas son capaces
de presentar eficiencias mucho mayores que las fuenteslineales.
Los reguladores conmutados disipan menos energa en forma
de calor y adems son capaces de suministrar voltajes de salida
mayores o menores que el voltaje de entrada. Adems estos
pueden suministrar un voltaje de salida con polaridad opuesta ala del voltaje de entrada.
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Qu es esto de la eficiencia?
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Por ejemplo, en un regulador de voltaje convencional, que requierauna tensin de 5 V y 1 A de salida, si se le aplica una tensin a la
entrada de 28 voltios, se produce una cada de tensin de 23V a travs
del transistor de paso, de tal forma que 23W son disipados en forma de
calor (prdidas) por el transistor y la eficiencia obtenida es de apenas
del 18%.
En cambio, en los reguladores conmutados, a diferencia de los
reguladores lineales, el elemento de control es operado como un switch,
lo cual hace que la eficiencia del regulador se incremente dado que el
elemento de control no conduce todo el tiempo y las prdidas por
consiguiente, son menores.
El transistor de paso es conmutado rpidamente (5-50 KHz) desaturacin a corte. El voltaje de salida se regula mediante la variacin
del Duty-Cycle de la forma de onda casi cuadrada que controla al
transistor.
Durante el tiempo en que el elemento de control conduce, es
almacenada la energa en el ncleo del elemento inductivo, inductor. Yconforme se demande ms o menos corriente a la salida, la frecuencia
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El transistor como elemento
regulador.
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Tanto en las fuentes de alimentacin lineales como en las conmutadasexiste un elemento llamado controlador, quien es el encargado
directo de regular el voltaje de salida, en el caso de los reguladores
lineales, son transistores, los cuales conducen todo el tiempo, lo que
conlleva prdidas considerables de energa.
En los reguladores conmutados, tambin son transistores, pero en estecaso, el elemento de control est operando en conmutacin, es decir,
saturacin y corte y no conduce todo el tiempo, lo cual minimiza las
prdidas de energa incrementndose de esta forma la eficiencia de la
fuente. La eficiencia es uno de los parmetros de mayor importancia
en una fuente as como lo son ,el tamao y el peso de esta.
La frecuencia de conmutacin podra estar limitada hasta
aproximadamente 40 KHz., en transistores bipolares, pero si se usan
MOSFET de potencia, dicha frecuencia puede ser incrementada hasta
200 KHz o ms, lo cual significa un considerable ahorro en tamao de
algunos componentes.
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El transistor como elemento de
regulacin.
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Fuente de alimentacin lineal. Transistor en serie Fuente de alimentacin lineal transistor en paralelo.
Fuente de alimentacin conmutada. Transistor en conmutacin
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Introduccin a las Fuentes dealimentacin conmutadasHemos visto las fuentes convencionales del tipo lineal, a continuacin
nos introducimos en el aprendizaje de las fuentes conmutadas
(Swiching).Fuentes de alimentacin por Switching14
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Fuentes de alimentacin
conmutadas
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Ventajas: Reducido volumen y peso.
Buen rendimiento.
Inconvenientes:
Son complejas.
Hay que tomar medidas para reducir las
interferencias electromagnticas (EMI).
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Bloques de la Fuente de alimentacin
conmutada
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Componentes de la Fuente de
alimentacin conmutada
Fuentes de alimentacin por Switching17
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Componentes de la Fuente de
alimentacin conmutada
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Componentes de la Fuente de
alimentacin conmutada
Fuentes de alimentacin por Switching19
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Componentes de la Fuente de
alimentacin conmutada
Fuentes de alimentacin por Switching20
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Componentes de la Fuente de
alimentacin conmutada
Fuentes de alimentacin por Switching21
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Componentes de la Fuente de
alimentacin conmutada
Fuentes de alimentacin por Switching22
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Componentes de la Fuente de
alimentacin conmutada
Fuentes de alimentacin por Switching23
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Control y regulacin en la Fuente de
alimentacin conmutada
Fuentes de alimentacin por Switching24
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Protecciones de la Fuente de
alimentacin conmutada
Fuentes de alimentacin por Switching25
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Partes de una Fuente de alimentacin
conmutada
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Rectificador
y filtro de
salida
Transformador
Elemento de
paso de
conmutacinMosFet.
Circuito de
control.
Filtro de
entrada de Red
Rectificador
y filtro de altatensin.
Realimentaciny
Monitorizacin
de la tensin de
salida
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Configuraciones bsicas de la regulacinconmutadaA continuacin veremos los dos tipos de configuraciones principales
donde se basa el diseo de fuentes conmutadas.
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El circuito de una fuente de alimentacin conmutada esesencialmente un convertidor DC-DC, con un voltaje de salida cuya
magnitud puede ser controlada.
Existen dos configuraciones bsicas a partir de las cuales otras
configuraciones pueden ser obtenidas, las cuales son conocidas
como:
1. Conf iguracin Step-Down (Buck
Converter)
2. Con figu racin Step-Up(Boost Converter).
Otros reguladores, por ejemplo, la configuracin f lyback, son
una combinacin de estas dos formas bsicas que veremos ms
adelante.
A continuacin se describirn el principio de funcionamiento de
Configuraciones bsicas
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Fuentes de alimentacin por
Switching
C fi i St D (B k
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Este tipo de regulador realiza una tarea similar a la de un
transformador reductor y el voltaje de salida que este entrega es
siempre menor que el voltaje de entrada. En la figura se muestra el
esquema bsico.
Configuracin Step-Down (Buck
Converter)
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Fuentes de alimentacin por
Switching
Configuracin Step Down (Buck
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Si observamos la figura anterior, cuando el interruptor S (transistoroperado como switch) se cierra Ton, una corriente fluye a travs del
inductorL. Una parte de esta corriente va a la carga y la otra sirve
como corriente de carga para el condensador C. Durante Ton,
debido a la polaridad del voltaje entre los extremos de la bobina, el
diodo D est polarizado en inversa y no conduce. Cuando el interruptor se abre Toff, el inductorL invierte la polaridad
del voltaje entre sus extremos para mantener el flujo de corriente en
el mismo sentido, como consecuencia el diodo ahora queda
polarizado directamente, evitando que altos voltajes sean inducidos
en el inductor y habilitando un camino para el paso de corriente.Este diodo es conocido como flyback diode.
Durante Toff la corriente que circula a travs de la carga es
suministrada tanto por el inductor como por el condensador.
Configuracin Step-Down (Buck
Converter)
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Fuentes de alimentacin por
Switching
Cmo se logra la regulacin del
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En los reguladores conmutados la regulacin del voltaje de salida se
logra manipulando el tiempo de conduccin del elemento decontrol. Una de las tcnicas ms comnmente usada es controlar el
tiempo de conduccin mediante el uso de una forma de onda PWM,
Modulacin del Ancho de Pulso.
En la figura se muestra el circuito bsico de la configuracin Step-
Down con el diagrama de bloques del circuito de control.
Cmo se logra la regulacin del
voltaje?
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Fuentes de alimentacin por
Switching
Cmo se logra la regulacin del
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Segn vemos en la figura anterior, el voltaje de salida Vo es censadopor medio del divisor de tensin formado por R1 y R2. Este es
comparado con la tensin de referencia por el amplificador de error
A1, produciendo una seal diferencial.
El voltaje de salida Vo es usado para controlar el trippoint del
comparadorA2, siendo la otra entrada de este alimentada con unaseal de diente de sierra o triangular.
La seal de salida resultante es una seal, forma de onda, la cual
tiene un ancho de pulso modulado PWM.
Para lograr una retroalimentacin negativa y por consiguiente
regular el voltaje de salida, el interruptorS se debe abrir cuando lasalida es baja y cerrarse cuando la salida del comparador es alta.
Cmo se logra la regulacin del
voltaje?
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Fuentes de alimentacin por
Switching
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Si el nivel de voltaje de salida se incrementa por alguna razn, el
nivel producido por el divisor de voltaje y por consiguiente el nivel
de la seal de error se incrementa. El tiempo que toma el oscilador
de diente de sierra para alcanzar el mismo nivel que la seal de
error se incrementa tambin.
Por lo tanto, la salida del comparador se pone en alto, cerrando el
switch por un periodo de tiempo menor que el normal, es decir, el
Ton se vuelve menor. Esto reduce el incremento en la corriente del
inductor L y por consiguiente la cantidad de energa transferida,
contrarrestando de esta forma el incremento inicial en el voltaje de
salida Vo.
De igual forma cuando el voltaje de salida disminuye por algn
motivo, el nivel de la seal de error tambin disminuye
incrementndose de esta manera el tiempo de conduccin del
elemento de control. Por lo tanto a ms corriente que fluya por el
inductorL la tensin de salida Vo se incrementa.
Cmo es esto?
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Fuentes de alimentacin por
Switching
C fi i St U (B t
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Con esta configuracin mostrada en la siguiente figura, podemosobtener voltajes de salida mayores que el voltaje de entrada.
Configuracin Step-Up (Boost
converter)
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Fuentes de alimentacin por
Switching
C fi i St U (B t
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Observando la figura anterior, cuando el interruptorS est cerrado,
la corriente fluye a travs del inductorL, almacenando energa en
este. El diodo D est polarizado en inversa y no conduce,
bloqueando de esta forma al voltaje de entrada Vin que no puede
alcanzar la carga.
Cuando el interruptorS es abierto, el voltaje a travs del inductorL
invierte su polaridad de tal forma que el diodo D se polariza en
directo y la corriente fluye a travs de este cargando al
condensadorC y suministrando corriente a la carga.
El voltaje del inductorL se suma al voltaje de entrada Vin lo cualproduce un voltaje de salida mayor que el de entrada.
Configuracin Step-Up (Boost
converter)
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Fuentes de alimentacin por
Switching
mo se regu a e vo a e e
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Cuando el interruptor S es cerrado, el voltaje a travs de L se
incrementa instantneamente hasta (Vin
Vs). Durante el tiempo de
conduccin (Ton) VL disminuye desde su valor inicial.
Cuanto mayor sea Ton, menor ser el voltaje entre los extremos de
L (VL) y por consiguiente menor el voltaje de salida. De igual forma
mientras ms pequeo sea Ton, ms grande ser VL y mayor el
voltaje de salida.
mo se regu a e vo a e esalida?
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Fuentes de alimentacin por
Switching
Mtodos para controlar el voltaje de
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Existen dos mtodos comnmente usados para controlar el voltaje desalida en una fuente conmutada. Uno de ellos utiliza la variacin de la
frecuencia de una forma de onda rectangular y el otro utiliza la
variacin del ancho del pulso de dicha onda (PWM).
El cambio de la frecuencia (modulacin) de operacin comnmente
resulta en un circuito ms sencillo, pero tambin resulta en la
generacin de un amplio espectro de seales no deseadas las cuales
causan interferencias y pueden ser difciles de filtrar.
El uso de la modulacin del ancho del pulso (PWM) permite un filtrado
ms sencillo de las seales no deseadas. Una caractersticas til de
una fuente conmutada que usa PWM es que ms de una fuente puede
ser conectada como esclava a un reloj central, lo cual limita losbatimiento entre los osciladores. Este efecto de batimiento produce
componentes de frecuencia por debajo de la frecuencia de operacin
de la fuente. Esto a su vez puede significar problemas de ruido e
interferencias si estos componentes se encuentra en el rango de
frecuencias del equipo que est siendo alimentado.
Mtodos para controlar el voltaje de
salida
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Fuentes de alimentacin por
Switching
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La tcnicapulse width modulation (PWM) consiste en hacer variar
el ancho del pulso de una forma de onda rectangular.
Existen diferentes formas mediante las cuales esto puede ser
logrado, pero una de las ms ampliamente utilizadas consiste en
el uso del timer 555.
Modulacin del ancho de pulso
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Fuentes de alimentacin por
Switching
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El circuito mostrado anteriormente, el primer temporizador es
conectado como un multivibrador astable (oscilador de ondas
cuadradas) y es utilizado para disparar continuamente al otro
temporizador, conectado como multivibrador monoestable.
Al aplicar un voltaje externo a la entrada moduladora delsegundo timer, conectado como multivibrador monoestable, se
puede controlar el ancho de su pulso de salida. Si la entrada de
voltaje de control es variable en el tiempo, como resultado se
obtiene un tren de pulsos cuyos anchos estn variando de
acuerdo al cambio en la amplitud del voltaje de control.
Modulacin del ancho de pulso
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Fuentes de alimentacin por
Switching
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Flyback (o buck
boos tconverter)Como fue mencionado, las configuraciones mostradas anteriormente nos
permite obtener otras configuraciones a partir de ellas. Una de estas
configuraciones derivadas es la conocida como f lyback.
Fuentes de alimentacin por Switching40
Qu es el f lyback de la fuentes
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Qu es el f lybackde la fuentes
conmutadas?
Fuentes de alimentacin por Switching41
Es la operacin deconmutacin que genera un
circuito produciendo impulsos
hacia un inductor formado
por dos bobinas. El circuito
flyback consiste en: Una tensin de entrada
continua de alta tensin
Un elemento de paso ON-
OFF
Un inductor con dosbobinas
Un rectificador en el
circuito secundario.
Un circuito de control.
Esquema bsico de un conmutador
flyback, donde se muestra los elementosy necesidades bsicas del circuito a partir
de una corriente continua.
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Una alta tensin de entrada continua
Fuentes de alimentacin por Switching42
Mientras que en una fuente convencional se parte de una fuente devoltaje primario de alta tensin de tipo alterna, en una fuente f lyback
esta tensin debe ser de tipo continua (aunque no necesariamente
regulada).
Esto implica que en un convertidor AC/DC, previo al f lybackdeber
existir algn tipo de circuito rectificador que genere esta alta tensin
desde la fuente alternada primaria.
+
_
230 Vca
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Un elemento de paso
Fuentes de alimentacin por Switching43
Mientras que en una fuente
convencional alterna la frecuencia
est definida por la red (50Hz o 60
Hz) y es fija, en una fuente f lyback
existe un conmutador (usualmenteun transistor MosFet) que conmuta
a muy alta frecuencia (de 40 KHz a
100KHz) y con una relacin de
trabajo variable. Incluso, esta
frecuencia no es necesariamentefija, y puede ser disminuida (cyc le
skip) en ciertas situaciones de muy
bajo consumo.
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Un inductor con dos bobinas
Fuentes de alimentacin por Switching44
En una fuente convencional se usa untransformador en el que se trata que circule
una corriente alterna de valor medio nulo
para evitar la magnetizacin, y donde se
realiza una transferencia continua de
energa del primario al secundario; encambio, en una fuente f lybackel principal
es diametralmente distinto: mientras el
conmutador esta ON circula por el bobinado
primario de un inductor una corriente
creciente, almacenando energa de forma
de campo magntico en el ncleo y sin
transferir energa al secundario; recin al
abrirse el conmutador (OFF) es cuando se
induce en el secundario una tensin del
valor necesario para que esta energa sea
transferida a ese circuito.
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7/30/2019 Fuentes de Alimentacion Conmutadas Switching
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Un rectificador en el circuito secundario
Fuentes de alimentacin por Switching45
Mientras que en una fuenteconvencional el rectificador del
secundario conduce en ambos
ciclos de alterna, en una fuente
f lyback este rectificador slo
conduce en parte del ciclo OFF delconmutador, desde el momento en
que ste se abre hasta que se
agota la energa magntica
almacenada en el ncleo. El
condensador de filtro en elsecundario debe mantener el
suministro de energa a la carga
hasta el prximo ciclo, y dado que
la frecuencia de conmutacin es
muy alta, este condensador suele
ser de bajo valor, siendo ahora de
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7/30/2019 Fuentes de Alimentacion Conmutadas Switching
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Un circuito de control
Fuentes de alimentacin por Switching46
La diferencia con una fuente convencional es total. En una fuente
convencional el regulador es un circuito lineal, opera en elsecundario, y controla la tensin de salida absorbiendo ladiferencia de tensin entrada/salida, disipando potencia.
En cambio, en una fuente f lybackel circuito de control es SI/NO, ycontrola la tensin de salida regulando la energa que se transfieremediante cambios en el ciclo de trabajo (y a veces la frecuencia )
del conmutador.
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Formas de onda en un flybackelemental
Fuentes de alimentacin por Switching47
l t l
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elemental.
Fuentes de alimentacin por Switching48
Mientras el switch est en ON, toda la
tensin de entrada es aplicada al primario
del inductor.
La energa queda almacenada en el
inductor y es igual a la que entrega la
fuente.
Durante Ton, la tensin inducida en V2 es
negativa, por lo que el diodo no conduce.
Al abrirse el switch, Toff, la energa
almacenada en el inductor no puede
desaparecer por lo que se induce una
tensin de polaridad opuesta V1 ser
negativa que refleja en el secundario como
una V2 positiva, haciendo conducir al diodo.
A medida que el inductor entrega energa
por el secundario, la corriente I2 decrece en
forma lineal hasta llegar a cero luego de un
tiempo Tx en el que se agota toda la
energa del inductor.
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7/30/2019 Fuentes de Alimentacion Conmutadas Switching
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Elementos en una fuente flybackreal
En una fuente real aparecen ciertos elementos que difieren del
modelo previo, y que obligan a ciertas correcciones.
Fuentes de alimentacin por Switching49
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Estimacin del rendimiento
Fuentes de alimentacin por Switching50
Existen mltiples elementos que afectan el rendimiento de una fuentereal:
Un inductor real no tiene un acoplamiento perfecto entre
bobinados, por lo que de ambos lados (primario- secundario)
existirn inductancias de dispersin. En cada conmutacin la
energa almacenada en la inductancia de dispersin del primario noes transferida al secundario, debe ser disipada mediante algn
circuito auxiliar, y genera prdidas.
El switch MOS ms el primario del transformador generarn una
capacidad parsita que es descargada a tierra a travs del switch
cada vez que ste pasa al estado ON, disipando potencia. El diodo empleado en el rectificador del secundario presenta una
cada de voltaje al estar en conduccin. Si bien un diodo Schottky
puede tener una cada en directa de menos de 0,5 V, esta cada
puede significar un valor importantsimo s la tensin de salida es de
5 Voltios o menos.
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7/30/2019 Fuentes de Alimentacion Conmutadas Switching
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Filtro de entrada de red
Fuentes de alimentacin por Switching51
El filtro de lnea de
entrada tiene como
funcin proteger y
bloquear los efectostransitorios que provienen
de la red elctrica de
230VCA y a la vez evitar
la insercin en la red de
interferencias generadaspor la propia fuente.
Esquema de un filtro de entrada y proteccin
Rectificador y filtro de alta
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7/30/2019 Fuentes de Alimentacion Conmutadas Switching
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Rectificador y filtro de altatensin
Fuentes de alimentacin por Switching52
El rectificador ms filtro
de alta tensin genera
una seal continua a
partir de la alternapresente en la red
elctrica, donde el filtro
puede ser tan complejo
como en la figura o de
un simple condensadorse valdra.
Rectificador y filtro de alta
tensin
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7/30/2019 Fuentes de Alimentacion Conmutadas Switching
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Elemento del conmutador
Fuentes de alimentacin por Switching53
Para elegir un Switch MOSFETdebe asegurarse que la tensinde entrada mxima (incluyendoeventuales transitorios deentrada) ms la tensin inducidaen el inductor no pongan al
transistor en ruptura.
En general, se busca untransistor rpido y con bajacapacidad entre los terminalesDrain y Source (Drenador y
Fuente), de modo que minimicelas perdidas de conmutacin.
En aplicaciones tpicas de wall-adapter la perdida de energadebida a la resistencia delcondensador durante la
conduccin es de menor
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Elemento inductor
Fuentes de alimentacin por Switching54
El transformador es uno de los puntosclave en el diseo de una fuenteconmutada, ya que eldesconocimiento de cmo hacerlo, lagran cantidad de ncleos de ferrita
disponibles sumados a la dispersin ya veces confusin de especificacionesentre los distintos fabricantes haceque esta sencilla tarea se vuelva untanto oscura. Para ello, hay que:
1. Determinar el tipo de ncleo deferrita.
2. Determinar el tamao del ncleo.
3. Usar inductores estndar.
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El snubber/clamping
Fuentes de alimentacin por Switching55
Se ha visto que cuando el conmutador pasa al estado OFF, la energa
magntica almacenada en el inductor primario se libera principalmente atravs del secundario.
Sin embargo la energa almacenada en la inductancia de dispersin del
primario debe ser transferida a alguna parte, para no generar sobretensiones
en el conmutador.
Adems esta inductancia de dispersin del primario y las capacidades
parsitas generadas por el propio bobinado y el conmutador pueden generar
oscilaciones de muy alta frecuencia al inicio de Toff.
Para evitar ambos efectos se agregan circuitos amortiguadores (snubber) que
limitan la oscilacin y a la vez el valor de la mxima sobretensin que soporta
el conmutador, y algunas de las soluciones tpicas se muestran en la figura,
desde la ms simple a lo ms complejo.
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Rectificador de salida
Fuentes de alimentacin por Switching56
El rectificador ms filtro de
salida recibe la energa
almacenada en el inductor
durante la etapa de
conmutacin ON-OFF. Dadoque la frecuencia de
conmutacin suele ser de 40
KHz a 200 KHz., el lapso
entre recargas es de algunos
microsegundos, con lo quelos valores necesarios de
capacidad son muy
pequeos.
Esquema del rectificador de salida y
filtro LC.
Alimentacin de los circuitos de control
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Alimentacin de los circuitos de control
y monitorizacin de la tensin de salida.
Fuentes de alimentacin por Switching57
Tal como se coment, el conmutador es controlado por un circuito
presente en la parte primaria del circuito, que vara su relacin detrabajo en funcin de la tensin en el secundario de la fuente; elloimplica la necesidad de obtener de alguna parte la energa necesariapara la operacin del circuito de control y de poder medir la tensin enel secundario.
1. Alimentacin del circuito de control.
2. Medicin de la tensin en el secundario.
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Circuitos de control
Fuentes de alimentacin por Switching58
Las fuentes de alimentacin conmutadas tienen a su disposicin unaamplia seleccin de circuitos integrados que satisfacen un amplio
rango de aplicaciones. Estos ICs, los cuales simplifican el diseo,
incluyen en su interior circuitos controladores y sistemas para
manejar los switches.
Aunque la mayora de los controladores y transistores deconmutacin fcilmente trabajan entre 300 KHz y 1 MHz muchas
fuentes an operan bien por debajo de los 100 KHz., y es que a
mayor frecuencia , significa mayores prdidas de conmutacin.
La variedad de circuitos de control es muy amplia, y a continuacin
se describen tres circuitos disponibles en el mercado:1. SG3524 de SGS-Thomson (ST Microelectronics).
2. NCP1200 de ON Semiconductors.
3. TEA 152x STARplug de Philips Semiconductors.
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Circuito de aplicacin usando el circuito
integrado NCP1200A de ON Semiconductors.
Fuentes de alimentacin por Switching59
Se muestra una fuente universal muy simple , para tensiones de entrada
desde 90 hasta 250 Vca, con tensin de salida de 6 V y potencia de 3,6
W.
rcu o e ap cac n usan o c rcu osi t d St Pl TEA152 d Phili
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integrados StarPlug TEA152x de Philips
Semiconductors.
Fuentes de alimentacin por Switching60
Este circuito corresponde a una tensin de entrada desde 80Vac hasta
276Vac, tensin de salida 5V y corriente de 600mA, operando a una
frecuencia de unos 100 KHz.
Ci it d li i d i it
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Circuito de aplicacin usando circuitos
integrados VIPerXX de SGS-Thomson.
Fuentes de alimentacin por Switching61
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Fin de la presentacin