Fuente 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, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (100-500 Kilociclos típicamente) entre corte (abiertos) y saturación(Cerrados). La forma de onda cuadrada resultante es aplicada 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 capacitores)para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas deeste método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con fuentes lineales es que son mas complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes.
Las fuentes conmutadas pueden ser clasificadas en cuatro tipos:
•alimentación CA, salida CC: rectificador, conmutador, transformador, rectificador de salida, filtro
(Ej: fuente de alimentación de ordenador de mesa)
• alimentación CA, salida CA: Variador de frecuencia, conversor de Frecuencia.
(Ej, variador de motor)
• alimentación CC, salida CA: Inversor
(Ej: generar 220v/50ciclos a partir de una batería de 12v)
• alimentación CC, salida CC: conversor devoltaje o de corriente.
(Ej: cargador de baterías de celulares para auto)
Hay dos tipos principales de fuentes de alimentación reguladas disponibles: Conmutadas y lineales. Las razones por las cuales elegir un tipo o el otro se pueden resumir como sigue.
• Tamaño y peso – las fuentes de alimentación lineales utilizan un transformador funcionando a la frecuencia de 50 o 60 hertzios. Estetransformador de baja frecuencia es varias veces más grande y más pesado que un transformador correspondiente de fuente conmutada, el cual funciona en frecuencias típicas de 50 kilociclos a 1 megaciclo. La tendencia de diseño es de utilizar frecuencias cada vez más altas mientras los transistores lo permitan para disminuir el tamaño de los componentes pasivos (capacitores, inductores,transformadores).
• Voltaje de la salida – las fuentes de alimentación lineales regulan la salida usando un voltaje más alto en las etapas previas y luego disipando energía como calor para producir un voltaje más bajo, regulado. Esta caída de voltaje es necesaria y no puede ser eliminada mejorando el diseño. Las fuentes conmutadas pueden producir voltajes de salida que son más bajos que el voltaje de entrada,más altos que el voltaje e incluso inversos al voltaje de entrada, haciéndolos versátiles y mejor adaptables a voltajes de entrada variables.
• Eficiencia, calor, y energía disipada - Una fuente lineal regula el voltaje o la corriente de la salida disipando el exceso de energía como calor, lo cual es ineficaz. Una fuente conmutada usa la señal de control para variar el ancho de pulso, tomando dela alimentación solamente la energía requerida por la carga. En todas las topologías de fuentes conmutadas, se apagan y se encienden los transistores completamente. Así, idealmente, las fuentes conmutadas son 100% eficientes. El único calor generado se da por las características no ideales de los componentes. Pérdidas en la conmutación en los transistores, resistencia directa de los transistoressaturados, resistencia serie equivalente en el inductor y los condensadores, y la caída de voltaje por el rectificador bajan la eficiencia. Sin embargo, optimizando el diseño, la cantidad de energía disipada y calor pueden ser reducidos al mínimo. Un buen diseño puede tener una eficiencia de conversión de 95%. Típicamente 75-85% en fuentes de entre 10-50W. Las fuentes conmutadas más eficientes...