Tipos de fuente de alimentación
En ingeniería eléctrica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en el voltaje, la corriente y la frecuencia eléctrica de salida requerida por un aparato eléctrico conectado. Convierte la corriente alterna en corriente continua y alimenta varios dispositivos electrónicos (computadora, TV, impresora, enrutador, etc.). Hay dos tipos diferentes de fuentes de alimentación: una fuente de voltaje (proporciona un voltaje constante) y una fuente de corriente (proporciona una corriente constante).
Las fuentes de alimentación para dispositivos electrónicos se pueden dividir principalmente en lineales y pulsadas:
- fuentes de alimentación lineales en las que el elemento correspondiente es un transformador (también existen fuentes de alimentación lineales sin transformadores);
- Fuentes de alimentación conmutadas que utilizan varios tipos de sistemas electrónicos (convertidores de voltaje);
Los lineales tienen un diseño relativamente simple que puede complicarse a medida que aumenta la corriente que necesitan suministrar, pero su regulación de voltaje no les resulta muy eficiente.
La energía es una parte integral de muchos dispositivos. Algunos de los principales tipos son:
- Unidad de alimentación de impulsos. Actualmente, la mayoría de las fuentes de alimentación se fabrican en forma de fuentes de alimentación conmutadas. Su ventaja es principalmente un peso más bajo. Cuando las fuentes de alimentación y control de estado sólido aún no estaban disponibles, se utilizaron fuentes de alimentación de transformadores más pesadas y duraderas para permitir diseños de fuentes de alimentación conmutadas de bajo costo.
- Fuente de alimentación de la computadora. Las computadoras contienen una fuente de alimentación conmutada que convierte el bajo voltaje de CA de la red de distribución (230 V, 50 Hz) en el bajo voltaje utilizado en los circuitos eléctricos de la computadora (CC 3,3 V, 5 V y 12 V).
- Adaptador de red. Es una pequeña fuente de alimentación conmutada con la forma y el tamaño de un enchufe eléctrico estándar (como un cargador de teléfono móvil) que se utiliza en una fuente de alimentación de 230 voltios que proporciona el bajo voltaje necesario para un dispositivo eléctrico o electrónico en particular. Los adaptadores de CA generalmente se usan con dispositivos y electrodomésticos que no tienen su propia fuente de alimentación interna.
- Fuente de poder para soldadura. Las fuentes de soldadura proporcionan una corriente alta (típicamente cientos de amperios) que permite que el metal se funda localmente y, por lo tanto, se una. Anteriormente, se usaban los llamados transformadores de soldadura (con transformadores electromagnéticos especiales diseñados para altas corrientes de soldadura), más modernos son inversores de soldadura con control electrónico.
Resistencia interna de la fuente de alimentación
Una fuente de alimentación ideal, como fuente de tensión, siempre proporciona la misma tensión independientemente de la carga conectada (es decir, la tensión de alimentación es constante con diferentes consumos de corriente).
Sin embargo, no existe una fuente perfecta porque resistencia interna una fuente verdadera limita la corriente máxima que puede fluir a través del circuito.
Esta fuente de alimentación puede usar un regulador de voltaje para proporcionar un voltaje de salida estable, que es proporcionado por la caída de voltaje (la diferencia entre los voltajes de entrada y salida del regulador). Ejemplo - Regulador de voltaje de conmutación
Entonces, según la calidad del voltaje de salida, las fuentes de alimentación se distinguen:
- fuentes estabilizadas, cuyo voltaje se mantiene a un nivel constante, independientemente de las fluctuaciones actuales,
- Fuentes no reguladas donde el voltaje de salida puede variar con las fluctuaciones de corriente.
Fuentes de alimentación lineales de transformador
Las fuentes lineales clásicas constan de los siguientes elementos: un transformador, un rectificador, un filtro y un regulador de voltaje.
Diagrama esquemático de la fuente de alimentación lineal
Primero, el transformador convierte el voltaje de la red en un voltaje reducido y proporciona aislamiento galvánico… Un circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsada se llama rectificador (los circuitos de puente de diodo se utilizan para la rectificación), luego un filtro con condensadores e inductores reduce la ondulación. Más sobre filtros — Filtros de potencia.
La regulación o estabilización de la tensión a un valor dado se logra mediante el llamado Un regulador de voltaje en cuya construcción transistores.
El transistor en el circuito actúa como una resistencia ajustable.A la salida de esta etapa, para lograr mayor estabilidad en la onda, existe una segunda etapa de filtrado (aunque no necesariamente, todo depende de los requerimientos de diseño), puede ser un capacitor convencional.
Entre las fuentes de alimentación se encuentran aquellas en las que la potencia suministrada a la carga es regulado por tiristorespara suministrar el voltaje y la potencia requeridos a la carga.
fuente de alimentación de laboratorio alemán
Fuentes de alimentación lineales modernas
La estabilización del voltaje en el tipo básico de fuentes lineales se logra conectando un elemento especial en paralelo con un circuito alimentado por una fuente no regulada de mayor voltaje a través de una resistencia adecuada, cuya característica corriente-voltaje muestra un fuerte aumento en la corriente requerida. Voltaje. es un elemento tan diodo Zener, que opera en una amplia gama de voltajes de umbral.
Las desventajas de una fuente de alimentación de diodo zener son una estabilidad de voltaje de salida relativamente baja, un rango de corriente relativamente pequeño y una eficiencia particularmente baja, ya que la energía eléctrica se convierte en calor en la resistencia en serie y en el propio diodo zener.
Las fuentes lineales modernas (generalmente en forma de circuito integrado) utilizan un elemento de impedancia variable (transistor de modo lineal) que se controla mediante retroalimentación basada en la diferencia entre el voltaje de salida y el voltaje de CC de un voltaje de referencia interno (basado en un diodo). circuito, pero con poca corriente continua).
Las fuentes lineales típicas son los circuitos integrados 78xx (p. ej., 7805 es una fuente de tensión de 5 V) y sus derivados.
La desventaja de estas fuentes de alimentación lineales es su baja eficiencia (y porque la disipación de potencia en el circuito integrado varía con el calor y la necesidad de enfriamiento), especialmente cuando hay una gran diferencia entre los voltajes de entrada y salida y corrientes altas. también a veces es desventajoso que el voltaje de salida sea siempre más bajo que el voltaje de entrada.
La ventaja radica en su bajo coste, pequeño tamaño, facilidad de uso y ausencia de interferencias del exterior y del circuito eléctrico.
Fuente de alimentación incorporada en un laboratorio de ingeniería eléctrica
Fuentes de alimentación conmutadas
En las fuentes de alimentación pulsadas, se utiliza un transistor de efecto de campo, que periódicamente se cierra a una frecuencia relativamente alta (decenas de kHz o más) y aumenta el voltaje de entrada de un circuito que consta de una combinación de una bobina, un condensador y un diodo. Con una combinación adecuada de estos elementos, es posible lograr aumentos y disminuciones de voltaje.
Otro tipo de fuente de alimentación pulsada es una fuente de alimentación con transformador y un rectificador de diodo posterior, que aprovecha las propiedades ventajosas (menor tamaño del transformador a altas corrientes, menores pérdidas magnéticas) de los materiales magnéticos modernos (ferritas) a altas frecuencias. . Al cambiar la frecuencia, puede lograr un cambio en el voltaje de salida.
Por lo tanto, dicha fuente de alimentación incluye un circuito (normalmente en forma de circuito integrado) que proporciona una variación de frecuencia basada en la retroalimentación del voltaje de salida para proporcionar un voltaje de salida estable bajo cargas variables.
Más información sobre fuentes de alimentación conmutadas: Principios generales, ventajas y desventajas de las fuentes de alimentación conmutadas.
Debido a que las fuentes de alimentación conmutadas funcionan con voltajes y corrientes de onda cuadrada, normalmente emiten ondas electromagnéticas en un amplio rango de frecuencia. Por lo tanto, al crearlos y usarlos, es necesario observar los principios de compatibilidad electromagnética (EMC).
Equipo de laboratorio
En un taller o laboratorio, se utiliza una fuente de alimentación de precisión para medir, probar y solucionar problemas. Estas fuentes de alimentación de laboratorio convierten, rectifican y regulan los voltajes y las corrientes de salida para que las mediciones se puedan realizar sin dañar los dispositivos bajo prueba.
Ver también:Fuentes de alimentación para dispositivos de automatización industrial