Aplicaciones De La Conversión Cc-Cc Fuentes Conmutadas
Páginas: 11 (2689 palabras)
Publicado: 16 de diciembre de 2012
1.- Introducción
Todo dispositivo electrónico requiere de una fuente de alimentación para su funcionamiento. Si bien bajos consumos pueden ser alimentados desde baterías, la mayoría de los equipos toman su alimentación de la red, convirtiendo la tensión alterna en adecuados valores de continua.
Prácticamente todas las fuentes de alimentación incluidas en equipos actuales, tanto en los deuso industrial o de instrumentación, como en computadoras o en dispositivos de consumo masivo, cuentan con fuentes del tipo conmutado, conocidas también por las iniciales SMPS, derivadas de su denominación en inglés, Switched Mode Power Supply.
En este tipo de reguladores, la transferencia de energía desde la entrada a la salida no se realiza en forma continua, sino en forma depaquetes mediante la inclusión de elementos reactivos que actúan como acumuladores de energía. Esto es posible gracias a las tecnologías desarrolladas para la fabricación de los elementos activos y pasivos requeridos en el diseño de fuentes conmutadas. El advenimiento de transistores MOSFET de potencia con altas capacidades de conmutación, junto con la disponibilidad de diodos de alta velocidad ysuperiores materiales magnéticos han impulsado definitivamente la adopción de este tipo de circuitos convertidores como base de diseño de todo tipo de fuentes de alimentación.
El objeto de esta publicación es el análisis y diseño de fuentes conmutadas, y en particular de los distintos circuitos convertidores en los que se encuentran basadas.
El esquema básico de una fuente conmutada es elsiguiente:
Línea
110/220
VCA
Rectificador y Filtro
Conmutador de Alta Frecuencia
Rectificador y Filtro
Salida
Excitación
Control
Fig. 1.1
A los elementos funcionales indicados, normalmente se agrega un transformador entre la etapa de conmutación de alta frecuencia y el filtro de salida para aislar galvánicamente laentrada de la salida.
El principio de funcionamiento de las fuentes conmutadas, permite que las mismas presenten las siguientes ventajas:
9 Tamaño y peso reducido. La operación a frecuencias elevadas permite la reducción del tamaño de los elementos inductivos, transformadores e inductancias.
9 Mayor frecuencia del ripple de salida, facilitando las tareas de filtrado yreduciendo el tamaño de los elementos requeridos.
9 Alta eficiencia. El elemento activo de conmutación (transistor o MOSFET), opera entre corte y saturación, reduciendo su disipación de potencia. Rendimientos
típicos del 80 al 90% pueden ser fácilmente obtenidos (en oposición al 30 a 40%
ofrecido por las fuentes reguladas linealmente). Adicionalmente las fuentes conmutadas alcanzan sumáximo rendimiento a plena carga, en contraposición de las fuentes convencionales donde su mayor rendimiento se obtiene en vacío.
9 Bajo costo. Debido a su reducido volumen y disipación, los elementos activos, pasivos y de disipación son más pequeños, con el consecuente ahorro en el gabinete, montaje y ventilación.
9 Amplio rango de tensión de entrada. Mediante la variación del ciclo detrabajo, estas variaciones pueden ser fácilmente compensadas.
Como desventajas pueden considerarse su mayor complejidad de diseño, emisión de señales de interferencia de radiofrecuencia y menor velocidad de respuesta ante bruscas variaciones de carga.
Las dos últimas son superadas mediante un adecuado diseño. Diseño que si bien es más complejo, al poder amortizarse en la producción de unelevado número de unidades, resulta en un incremento marginal del costo.
Para el adecuado diseño de fuentes conmutadas se requiere el dominio de diversas tecnologías, tales como:
• Diseño de circuitos de conmutación de potencia.
• Diseño de elementos inductivos.
• Teoría de control y su aplicación específica al funcionamiento de las fuentes conmutadas.
• Teoría de...
Todo dispositivo electrónico requiere de una fuente de alimentación para su funcionamiento. Si bien bajos consumos pueden ser alimentados desde baterías, la mayoría de los equipos toman su alimentación de la red, convirtiendo la tensión alterna en adecuados valores de continua.
Prácticamente todas las fuentes de alimentación incluidas en equipos actuales, tanto en los deuso industrial o de instrumentación, como en computadoras o en dispositivos de consumo masivo, cuentan con fuentes del tipo conmutado, conocidas también por las iniciales SMPS, derivadas de su denominación en inglés, Switched Mode Power Supply.
En este tipo de reguladores, la transferencia de energía desde la entrada a la salida no se realiza en forma continua, sino en forma depaquetes mediante la inclusión de elementos reactivos que actúan como acumuladores de energía. Esto es posible gracias a las tecnologías desarrolladas para la fabricación de los elementos activos y pasivos requeridos en el diseño de fuentes conmutadas. El advenimiento de transistores MOSFET de potencia con altas capacidades de conmutación, junto con la disponibilidad de diodos de alta velocidad ysuperiores materiales magnéticos han impulsado definitivamente la adopción de este tipo de circuitos convertidores como base de diseño de todo tipo de fuentes de alimentación.
El objeto de esta publicación es el análisis y diseño de fuentes conmutadas, y en particular de los distintos circuitos convertidores en los que se encuentran basadas.
El esquema básico de una fuente conmutada es elsiguiente:
Línea
110/220
VCA
Rectificador y Filtro
Conmutador de Alta Frecuencia
Rectificador y Filtro
Salida
Excitación
Control
Fig. 1.1
A los elementos funcionales indicados, normalmente se agrega un transformador entre la etapa de conmutación de alta frecuencia y el filtro de salida para aislar galvánicamente laentrada de la salida.
El principio de funcionamiento de las fuentes conmutadas, permite que las mismas presenten las siguientes ventajas:
9 Tamaño y peso reducido. La operación a frecuencias elevadas permite la reducción del tamaño de los elementos inductivos, transformadores e inductancias.
9 Mayor frecuencia del ripple de salida, facilitando las tareas de filtrado yreduciendo el tamaño de los elementos requeridos.
9 Alta eficiencia. El elemento activo de conmutación (transistor o MOSFET), opera entre corte y saturación, reduciendo su disipación de potencia. Rendimientos
típicos del 80 al 90% pueden ser fácilmente obtenidos (en oposición al 30 a 40%
ofrecido por las fuentes reguladas linealmente). Adicionalmente las fuentes conmutadas alcanzan sumáximo rendimiento a plena carga, en contraposición de las fuentes convencionales donde su mayor rendimiento se obtiene en vacío.
9 Bajo costo. Debido a su reducido volumen y disipación, los elementos activos, pasivos y de disipación son más pequeños, con el consecuente ahorro en el gabinete, montaje y ventilación.
9 Amplio rango de tensión de entrada. Mediante la variación del ciclo detrabajo, estas variaciones pueden ser fácilmente compensadas.
Como desventajas pueden considerarse su mayor complejidad de diseño, emisión de señales de interferencia de radiofrecuencia y menor velocidad de respuesta ante bruscas variaciones de carga.
Las dos últimas son superadas mediante un adecuado diseño. Diseño que si bien es más complejo, al poder amortizarse en la producción de unelevado número de unidades, resulta en un incremento marginal del costo.
Para el adecuado diseño de fuentes conmutadas se requiere el dominio de diversas tecnologías, tales como:
• Diseño de circuitos de conmutación de potencia.
• Diseño de elementos inductivos.
• Teoría de control y su aplicación específica al funcionamiento de las fuentes conmutadas.
• Teoría de...
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