La fuente
de
alimentación
La fuente de alimentación es el dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes continuas (CC), que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (computadora, televisor, impresora, router, etcétera).
En inglés se conoce como PSU (Power Supply Unit), que literalmente traducido significa: Unidad de Fuente de Alimentación, refiriéndose a la fuente de energía eléctrica.
La fuente de poder toma la corriente de un transformador que se encarga de convertir el voltaje de la red pública, en el voltaje requerido por el circuito o sistema que vallamos a alimentar. La corriente ingresa al puente de diodos, que puede ser hecho con
Clasificación
a) Fuente de alimentación lineal
diagrama
El circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante se llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador.
La regulación, o estabilización de la tensión a un valor establecido, se consigue con un componente denominado regulador de tensión, que no es más que un sistema de control a lazo cerrado (“re-alimentado”,) que en base a la salida del circuito ajusta el elemento regulador de tensión que en su gran mayoría este elemento es un transistor.
Este transistor que dependiendo de la tipología de la fuente está siempre polarizado, actúa como resistencia regulable mientras el circuito de control juega con la región activa del transistor para simular mayor o menor resistencia y por consecuencia regulando el voltaje de salida.
Este tipo de fuente es menos eficiente en la utilización de la potencia suministrada dado que parte de la energía se transforma en calor por efecto Joule en el elemento regulador (transistor), ya que se comporta como una resistencia variable.
A la salida de esta etapa a fin de conseguir una mayor estabilidad en el rizado se encuentra una segunda etapa de filtrado (aunque no obligatoriamente, todo depende de los requerimientos del diseño), esta puede ser simplemente un condensador.
Esta corriente abarca toda la energía del circuito, para esta fuente de alimentación deben tenerse en cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir las características del transformador.
b) Fuente de alimentación conmutada
Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación.
Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, la fuente conmutada utiliza lo mismo, conmutando activamente a altas frecuencias (20-100kHz típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados).
La forma de onda cuadrada resultante se aplica a transformadores con núcleo de ferrita (Los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (con diodos rápidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC).
Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia y por lo tanto menor calentamiento.
Las desventajas comparándolas con fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes.
La fuente conmutada tienen por esquema:
Rectificador → Conmutador → Transformador → Rectificador → Salida
La regulación se obtiene con el conmutador, normalmente un circuito PWM (pulse width modulation) que cambia el ciclo de trabajo.
Aquí las funciones del transformador son las mismas que para fuentes lineales pero su posición es diferente.
El segundo rectificador convierte la señal alterna pulsante que llega del transformador en un valor continuo. La salida puede ser también un filtro de condensador o uno del tipo LC.
Las ventajas de las fuentes lineales son una mejor regulación, velocidad y mejores características EMC.
Por otra parte las conmutadas obtienen un mejor rendimiento, menor coste y tamaño.
Mientras que un regulador de tensión utiliza
Composición
La función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión continua y lo mas estable posible, para ello se usan los siguientes componentes:
- Transformador de entrada.
- Rectificador a diodos (AC/DC).
- Filtro para el rizado (DC/DC).
- Regulador (o estabilizador) lineal.
a) Transformador (reduccion AC)
El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 220 o 120 V) a otra tensión mas adecuada para ser tratada.
Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas. esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también.
b) Rectificador a diodos (AC/DC)
El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo.
c) Filtros (DC/DC)
La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos.
En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos.
Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería.
Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.
d) Regulador de tension salida
El regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensión
de salida de la tensión exacta que queramos.
En esta sección nos centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que son los mas sencillos y baratos que hay, en la mayoría de los casos son la mejor opción.