Fuentes de Alimentación
Las fuentes de alimentación o tambien llamadas fuentes de poder, son circuitos electrónicos que nos sirven para "alimentar" de energía a nuestros circuitos electricos/electrónicos.
Pero ¿Cómo funcionan? o ¿Cual debo escoger?. Bueno en este artículo te explicaremos algunos conceptos básicos a tomar en cuenta a la hora de elegir tu fuente de alimentación.
TIPOS DE FUENTES.
En general existe 2 tipos de fuentes, las fuentes de voltaje y las fuentes de corriente. Las fuentes de voltaje son aquellas fuentes que mantienen un voltaje estable y una corriente variable que depende del circuito a alimentar y las fuentes de corriente son aquellas fuentes que mantienen una corriente estable y un voltaje que depende del circuito a conectar.
Un ejemplo de las fuentes de voltaje podrían ser los cargadores de celular, que proporcinan 5v de alimentación y una corriente de 2A pero existen celulares que solo demandan 1A de carga o como los antiguos celulares que solo demandaban 500mA para recargar su bateria, pero siempre son 5V, claro en pleno 2022 existen celulares con super charger pero ese es otro tema.
Un ejemplo de las fuentes de corriente son las que se utilizar para encender LEDS, ya que estos dispositivos si nos se les controla su corriente entran en un ciclo de calor-corriente, el calor puede generar corriente electrica de muy baja magnitud y viceversa. Es por ello que se debe limitar la corriente de los LEDs con una fuente que, sin importar que se calienten estos no puedan demandanr mas corriente y quemarse.
Clasificación de fuentes de alimentación.
En electrónica existen dos clases de fuentes, las denominadas fuentes lineales y las fuentes conmutadas o SMPS.Fuentes Lineales.
Las fuentes lineales, son llamadas así debido a su diagrama de bloques, como se puede observar en la imagen, es una secuencia lineal etapa por etapa de entrada a salida.
ETAPAS:
Transformador: Es un dispositivo eléctrico que permite elevar o reducir el voltaje alterno. Por lo regular en una fuente de alimentación lineal se utiliza transformador reductor.
Rectificación: Es un arreglo de diodos que rectifican la señal alterna en corriente pulsante.
Filtrado: Puede ser desde un simple capacitor hasta un arreglo capacitor-inductor para minimizar el ruido eléctrico.
Regulación: Es un dispositivo que sin importar que existan anomalias en las etapas anteriores como subidas y bajadas de voltaje/corriente, mantendra estable la señal de salida, en esta etapa puede incluso cambiarse la polaridad de un voltaje positivo a uno negativo o incluir un circuito para tener un rango de voltajes diferentes.
VENTAJAS:
- Bajo indice de ruido eléctrico.
- Casi nulo indice de armónicas.
- Muy sinples en su diseño.
VENTAJAS:
- Caras debido al transformador.
- Grandes y pesadas cuanto más potencia se requiera.
- Baja potencia.
- Poco eficientes ya que la mayoría de su potencia es convertida a calor.
- La protección contra corto circuitos depende del diseñador.
Fuentes Conmutadas o SMPS.
Las fuentes conmutadas o smps por sus siglas en ingles de switched-mode power supply, son fuentes con retroalimentación y son llamadas conmutadas ya que en su interior se esta encendiendo y apagando a una alta velocidad.
ETAPAS:
Rectificación: Es un arreglo de diodos y capacitores que rectifican y filtran la señal de entrada de corriente alterna. En esta etapa por lo regular se trabajan con altos voltajes por lo que hay que tener mucho cuidado.
Conmutador o Inversor de alta frecuencia: Es un circuito en su mayoria tipo fly-back que se encarga de switchear (encender-apagar) a muy altas velocidades el circuito, generando una señal pulsante cuadrada en su salida.
Transformador: Es un dispositivo eléctrico que permite elevar o reducir el voltaje alterno. Por lo regular en este tipo de fuentes son de núcleo de ferrita por las altas frecuencias y la eficiencia que esta lo requiere.
Rectificación y filtrado: En este tipo de fuentes, es mejor conocido como convertidores de CD a CD, es un circuito conformador por diodos, inductores, capacitores, resistencias, transistores, etc. Que mantienen la funcion de un regulador de voltaje de una manera más eficiente.
Controlador o retroalimentación: Es una etapa en la que se toma una muestra del voltaje/corriente de salida y se compara con una referencia.
En caso de que el voltaje/corriente de salida esté por debajo del deseado, el circuito controlador lo detecta y le indica al conmutador para que este permita el paso de más energía. En caso de que el voltaje/corriente de salida esté por encima del deseado, el circuito controlador lo detecta y le indica al conmutador para que este restrinja el paso de la energía.
VENTAJAS:
- Económicas.
- Pequeñas.
- Alta potencia.
- Alta eficiencia en cuanto a potencia convertida a calor.
- Se pueden obtener más de una salida en la misma fuente de alimentación.
- Buena protección contra corto circuitos.
DESVENTAJAS:
- Alto indice de ruido eléctrico.
- Alto indice de armónicas.
- Muy complejas en su diseño.
¿Cúal es mejor?
La respuesta depende en que es lo que vamos a alimentar. Si bién las fuentes de alimentación SMPS son las que hoy día predominan en el mercado, por su bajo costo y alta eficiencia. Por experiencia propia puedo argumentar que me he presentado con situaciones en las que las fuentes SMPS presentan mucho ruido electrico provocando fallas en los equipos conectados.
Es por ello que antes de seleccionar una fuente de alimentación primero nos detengamos unos minutos en analizar la potencia requerida y la calidad de señal de salida.
Un ejemplo de esto es, si contamos con un equipo medico conformado por circuitos integrados que son muy delicados al ruido eléctrico y lo alimentamos con una fuente SMPS que presenta mucho ruido, este ultimo podría afectar las lecturas y arrojar un diagnóstico erroneo. En este caso una de las soluciones seria alimentarlo con una fuente lineal.
Conclusión.
Es importante saber que fuente de alimentación seleccionar para que la vida útil de nuestros equipos no se vean afectados, conforme avance la tecnología podríamos orillarnos a una fuente de alimentación que tenga todas las ventajas presentadas aquí.
Para diseñar una fuente lineal o una SMPS se estarán subiendo articulos sobre los cálculos y componentes electrónicos necesarios.
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