Introducci n a las topolog as de las fuentes de alimentaci n conmutadas
Páginas: 32 (7995 palabras)
Publicado: 4 de marzo de 2015
INTRODUCCIÓN A LAS TOPOLOGÍAS DE LAS FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONMUTADAS.
Este documento es una traducción adaptada del texto “ An introduction to Switched Mode Power Supply Topolgies“ de la Philips Semiconductors que se encuentra en el sitio:
http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/applicationnotes/APPCHP2.pdf
Por muchos años el diseño de las fuentes de alimentación se hadesplazado de la utilización de fuentes de potencia lineales, hacia las fuentes de alimentación de modo conmutado (S.M.P.S.). Las fuentes lineales tienen un transformador y un regulador serie disipativo. Esto significa un transformador grande y pesado de 50/60 Hz, y también una pobre eficiencia de conversión que alcanza el 30%, muy poca, comparada con la eficiencia del 70 al 80 % de las fuentesconmutadas.
Además, empleando altas frecuencias de conmutación, el tamaño de los transformadores y de los componentes de filtro asociados en las S.M.P.S., se reducen dramáticamente en comparación con las fuentes lineales. Por ejemplo, una S.M.P.S operando a 20 kHz produce una reducción de 4 veces el tamaño de sus componentes y se incrementa a 8 veces si la frecuencia se eleva a 100 kHzo más. Esto significa que el diseño de una S.M.P.S produce una fuente de poder muy compacta y liviana. Esto es hoy un requerimiento esencial para la mayoría de los sistemas electrónicos. Las fuentes deben fijarse en los espacios estrechos dejados por los diseñadores de sistemas electrónicos.
Introducción.
En el corazón de del conversor está la sección inversora, donde el voltajede entrada es troceado a muy alta frecuencias (20 a 200 kHz), luego se filtra y se suaviza para producir las salidas de voltaje DC. La configuración de circuito que determina cuanta potencia se transferirá a la carga es llamada la TOPOLOGÍA de la fuente S.M.P.S. y es una parte extremadamente importante del proceso de diseño. La topología consiste de montaje de transformadores, bobinas,condensadores y semiconductores de potencia (Rectificadores, transistores bipolares, transistores MOSFET y otros) adecuados para las S.M.P.S.
Circuito básico de una fuente de modo conmutado.
Una S.M.P.S. puede ser un circuito ligeramente complicado como se muestra en el diagrama de la figura 1 (Esta configuración asume que se utiliza una fuente de alimentación de entrada de 50/60 Hz). Lafuente de AC es inicialmente rectificada y luego filtrada por el condensador para producir fuerte voltaje DC . El nivel de éste voltaje puede fluctuar ampliamente debido a las variaciones de la red. Además el condensador de entrada debe ser lo suficientemente grande en capacidad para que sostenga el suministro de en el caso de una severa caída de tensión en la red. (Las fuentes S.M.P.S.también se pueden configurar para operar desde cualquier fuente disponible de DC (Baterías, Celdas Solares, etc.) En éste caso la fuente se denomina conversor DC a DC. )
El voltaje no regulado se alimenta directamente al bloque central de la fuente, la sección de conmutación. Dispositivos semiconductores de alta potencia y de conmutación rápida tales como transistores bipolareso transistores MOSFET, son accionados entre los estados de conducción y no conducción (ON/OFF), conmutando así el voltaje de entrada a través del primario del transformador de potencia. Los pulsos de conmutación son normalmente de frecuencia fija (20 a 200kHz) y ciclo de trabajo variable. Entonces, un tren de pulsos de voltaje apropiad0 y de ciclo de trabajo variable, aparece en lossecundarios del transformador. Este tren de pulsos es rectificado y alisado por los filtros de salida que son o un condensador o un montaje de condensador y bobina, dependiendo de la topología elegida. Este circuito transfiere la potencia a la salida con el mínimo de perdidas, para mantener la eficiencia. Así, es crítico el diseño óptimo de los componentes magnéticos y pasivos y la...
INTRODUCCIÓN A LAS TOPOLOGÍAS DE LAS FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONMUTADAS.
Este documento es una traducción adaptada del texto “ An introduction to Switched Mode Power Supply Topolgies“ de la Philips Semiconductors que se encuentra en el sitio:
http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/applicationnotes/APPCHP2.pdf
Por muchos años el diseño de las fuentes de alimentación se hadesplazado de la utilización de fuentes de potencia lineales, hacia las fuentes de alimentación de modo conmutado (S.M.P.S.). Las fuentes lineales tienen un transformador y un regulador serie disipativo. Esto significa un transformador grande y pesado de 50/60 Hz, y también una pobre eficiencia de conversión que alcanza el 30%, muy poca, comparada con la eficiencia del 70 al 80 % de las fuentesconmutadas.
Además, empleando altas frecuencias de conmutación, el tamaño de los transformadores y de los componentes de filtro asociados en las S.M.P.S., se reducen dramáticamente en comparación con las fuentes lineales. Por ejemplo, una S.M.P.S operando a 20 kHz produce una reducción de 4 veces el tamaño de sus componentes y se incrementa a 8 veces si la frecuencia se eleva a 100 kHzo más. Esto significa que el diseño de una S.M.P.S produce una fuente de poder muy compacta y liviana. Esto es hoy un requerimiento esencial para la mayoría de los sistemas electrónicos. Las fuentes deben fijarse en los espacios estrechos dejados por los diseñadores de sistemas electrónicos.
Introducción.
En el corazón de del conversor está la sección inversora, donde el voltajede entrada es troceado a muy alta frecuencias (20 a 200 kHz), luego se filtra y se suaviza para producir las salidas de voltaje DC. La configuración de circuito que determina cuanta potencia se transferirá a la carga es llamada la TOPOLOGÍA de la fuente S.M.P.S. y es una parte extremadamente importante del proceso de diseño. La topología consiste de montaje de transformadores, bobinas,condensadores y semiconductores de potencia (Rectificadores, transistores bipolares, transistores MOSFET y otros) adecuados para las S.M.P.S.
Circuito básico de una fuente de modo conmutado.
Una S.M.P.S. puede ser un circuito ligeramente complicado como se muestra en el diagrama de la figura 1 (Esta configuración asume que se utiliza una fuente de alimentación de entrada de 50/60 Hz). Lafuente de AC es inicialmente rectificada y luego filtrada por el condensador para producir fuerte voltaje DC . El nivel de éste voltaje puede fluctuar ampliamente debido a las variaciones de la red. Además el condensador de entrada debe ser lo suficientemente grande en capacidad para que sostenga el suministro de en el caso de una severa caída de tensión en la red. (Las fuentes S.M.P.S.también se pueden configurar para operar desde cualquier fuente disponible de DC (Baterías, Celdas Solares, etc.) En éste caso la fuente se denomina conversor DC a DC. )
El voltaje no regulado se alimenta directamente al bloque central de la fuente, la sección de conmutación. Dispositivos semiconductores de alta potencia y de conmutación rápida tales como transistores bipolareso transistores MOSFET, son accionados entre los estados de conducción y no conducción (ON/OFF), conmutando así el voltaje de entrada a través del primario del transformador de potencia. Los pulsos de conmutación son normalmente de frecuencia fija (20 a 200kHz) y ciclo de trabajo variable. Entonces, un tren de pulsos de voltaje apropiad0 y de ciclo de trabajo variable, aparece en lossecundarios del transformador. Este tren de pulsos es rectificado y alisado por los filtros de salida que son o un condensador o un montaje de condensador y bobina, dependiendo de la topología elegida. Este circuito transfiere la potencia a la salida con el mínimo de perdidas, para mantener la eficiencia. Así, es crítico el diseño óptimo de los componentes magnéticos y pasivos y la...
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