Fuentes de alimentación conmutadas: principios generales, ventajas y desventajas
Hoy en día, ya es difícil encontrar un transformador de hierro en cualquier electrodoméstico o fuente de alimentación. En la década de 1990, comenzaron a desvanecerse rápidamente en el pasado, dando paso a convertidores de conmutación o fuentes de alimentación conmutadas (abreviado como SMPS).
Las fuentes de alimentación conmutadas superan a los transformadores en términos de tamaño, calidad del voltaje de CC resultante, tienen amplias opciones para regular el voltaje y la corriente de salida y tradicionalmente están equipadas con protección de sobrecarga de salida. Y aunque se cree que las fuentes de alimentación conmutadas son las principales fuentes de interferencia en la red doméstica, su uso generalizado no se puede revertir.
Suministro del transformador:
Corriente de conmutación:
Las fuentes de alimentación conmutadas deben su ubicuidad a los interruptores de semiconductores: transistores de efecto de campo y Diodo Schottky… Es el transistor de efecto de campo, trabajando junto con un estrangulador o transformador, que es el corazón de cada fuente de alimentación conmutada moderna: en inversores, máquinas de soldar, fuentes de alimentación ininterrumpida, fuentes de alimentación integradas para televisores, monitores, etc. — hoy en día solo se utilizan circuitos de conversión de pulsos en casi todas partes voltaje.
El principio general de funcionamiento de un convertidor de pulsos se basa en la ley de la inducción electromagnética y es similar en esto con cada transformador… La única diferencia es que una tensión alterna con una frecuencia de red de 50 Hz se aplica directamente al devanado primario de un transformador de red convencional y se convierte directamente (luego, si es necesario, se rectifica), y en una fuente de alimentación conmutada, la tensión de red primero se rectifica y se convierte en CC y luego se convierte en un pulso para aumentar o disminuir aún más utilizando un circuito especial de alta frecuencia (en comparación con la red de 50 hercios).
Un circuito de fuente de alimentación conmutada incluye varios componentes principales: un rectificador de red, un interruptor (o interruptores), un transformador (o estrangulador), un rectificador de salida, una unidad de control y una unidad de estabilización y protección. El rectificador, el interruptor y el transformador (estrangulador) forman la base de la parte de potencia del circuito SMPS, mientras que los bloques electrónicos (incluido el controlador PWM) pertenecen al llamado controlador.
Así, la tensión de red se alimenta a través del rectificador al condensador del filtro de red, donde de esta forma se obtiene una tensión constante cuyo máximo es de 305 a 340 voltios, dependiendo del valor medio actual de la tensión de red ( de 215 a 240 voltios) .
El voltaje rectificado se aplica al devanado primario del transformador (estrangular) en forma de pulsos, cuya frecuencia de repetición generalmente está determinada por el circuito de control clave, y cuya duración está determinada por la corriente promedio de la carga suministrada .
Un interruptor con una frecuencia de varias decenas a varios cientos de kilohercios conecta y desconecta el devanado primario del transformador o estrangulador del condensador de filtro, invirtiendo así la magnetización del núcleo del transformador o estrangulador.
La diferencia entre un transformador y un estrangulador: en un estrangulador, las fases de almacenar energía desde la fuente hasta el núcleo y transferir energía desde el núcleo a través del devanado hasta la carga están separadas en el tiempo, mientras que en un transformador esto sucede simultáneamente.
El estrangulador se utiliza en convertidores sin aislamiento galvánico de topologías: boost - boost, step - down, así como en convertidores con aislamiento galvánico de topología inversa. El transformador se utiliza en convertidores con aislamiento galvánico de las siguientes topologías: puente-puente completo, medio puente-medio puente, push-pull-push-pull, adelante-adelante.
El interruptor puede ser uno solo (convertidor buck-up, convertidor directo, boost o buck sin aislamiento galvánico) o la parte de potencia puede incluir varios interruptores (half-bridge, bridge, push).
El circuito de control del (de los) interruptor(es) recibe de la salida de la fuente una señal de realimentación de tensión o de tensión y corriente de la carga, de acuerdo con el valor de esta señal, el ancho (ciclo de trabajo) del pulso, que controla la duración del estado conductivo del interruptor se ajusta automáticamente.
La salida se organiza de la siguiente manera. Desde el devanado secundario del transformador o inductor, o desde el devanado simple del inductor (si hablamos de un convertidor sin aislamiento galvánico), a través de los diodos Schottky de un rectificador de onda completa, se suministra una tensión pulsada al filtro. condensador.
También hay un divisor de voltaje desde el cual se recibe la señal de retroalimentación de voltaje, y también puede estar presente un sensor de corriente. La carga se conecta al condensador del filtro a través de un filtro de paso bajo de salida adicional o directamente.