Fuentes De Alimentación Conmutadas: Esquemas Y Aplicaciones Comunes

¿Entendemos algunos conceptos básicos de electricidad y electrónica, pero nos preguntamos cómo alimentar de energía nuestros proyectos? No te preocupes, en esta introducción vamos a explicar cómo las fuentes de alimentación conmutadas pueden proveer la energía necesaria.

Las fuentes de alimentación conmutadas son una herramienta esencial en cualquier proyecto de electrónica moderna, convirtiendo una energía eléctrica de entrada en una energía de salida consistente, estable y segura. Si bien hay una amplia variedad de fuentes de alimentación, existen tres principales: fuentes de alimentación lineal, fuentes de alimentación conmutadas y reguladores de voltaje. En este artículo nos enfocaremos en las fuentes de alimentación conmutadas, cubriendo sus esquemas y algunas de sus aplicaciones comunes.

En su núcleo, las fuentes de alimentación conmutadas usan circuitos diseñados para cambiar automáticamente entre modos de alta eficiencia de baja potencia y modos de baja eficiencia de alta potencia. Esto permite que sean capaces de suministrar una cantidad significativa de corriente para alimentar circuitos con alta demanda, mientras reducen eficientemente el gasto de energía durante los ciclos de baja demanda. La mayoría de las fuentes de alimentación conmutadas también cuentan con numerosas características avanzadas para asegurar la estabilidad del voltaje de salida, el control de corriente y la protección contra transitorios o sobrecargas.

Uno de los elementos clave de una fuente de alimentación conmutada es el conmutador principal. El conmutador principal generalmente consta de un dispositivo de conmutación controlado por un circuito de temporización, como un SCR, TRIAC, MOSFET, IGBT, etc., a través del cual se envía una corriente eléctrica alterna desde la línea de energía a la salida del transformador. El transformador reduce entonces la tensión de entrada al valor deseado, permitiendo que la energía se transfiera a la carga de salida.

Aplicaciones comunes

Las fuentes de alimentación conmutadas son ampliamente utilizadas para alimentar muchos proyectos de electrónica modernos, incluyendo computadoras, servidores, impresoras, equipamiento médico, aparatos electrodomésticos, equipos de audio/video, etc. Algunas aplicaciones comunes incluyen:

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    • Alimentación de computadoras, servidores y equipos de impresión.
    • Reguladores de tensión para electrodomésticos y equipamiento médico.
    • Circuitos de alimentación para equipos de audio/video.
    • Transformadores para aplicaciones industriales y equipamiento militar.

Las fuentes de alimentación conmutadas son una herramienta esencial para mantener la energía de carpetas de proyectos de electronica moderna en funcionamiento. Después de leer esta introducción, estamos seguros que entiendes cómo usar este tipo de fuentes de alimentación, así como algunas de sus aplicaciones comunes.

Índice de Contenido
  1. Cable SUNSHINE SS-905D para fuente de alimentación Funciona? Antes de comprarlo mira el video
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  3. ¿Qué es una fuente de alimentación conmutada?
  4. ¿Qué ventajas presenta una fuente de alimentación conmutada frente a otros tipos?
  5. ¿Cómo se construyen los esquemas de fuente de alimentación conmutadas?
  6. ¿Cuáles son sus aplicaciones comunes?
  7. ¿A qué factores hay que prestar atención cuando se diseñan fuentes de alimentación conmutadas?
  8. ¿Cuáles son las limitaciones de las fuentes de alimentación conmutadas?

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¿Qué es una fuente de alimentación conmutada?

Una fuente de alimentación conmutada es un dispositivo electrónico que convierte la energía eléctrica de una red AC (corriente alterna) a un voltaje DC (corriente directa). El principio de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada se basa en el cambio de ciclo de conmutación de los transistores, lo que permite variar el flujo de corriente de una forma muy rápida y precisa. Esta tecnología se usa ampliamente en productos electrónicos y equipos mecánicos para aportar energía constante y fiable a sus circuitos.

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Existen muchas ventajas al usar una fuente de alimentación conmutada, por ejemplo, su menor tamaño, bajo peso y requisitos de energía. Además, estas fuentes de alimentación pueden alcanzar un alto grado de estabilidad incluso a bajo voltaje, así como un elevado rendimiento en la entrega de energía. Otra gran ventaja es que se trata de una fuente de energía segura y confiable ya que evita problemas frecuentes como los sobrecalentamientos y estabiliza los valores de voltaje de forma constante, lo que garantiza un funcionamiento sin interrupciones.

Las fuentes de alimentación conmutadas ofrecen los siguientes beneficios:

    • Mayor eficiencia.
    • Diseños de menores tamaños.
    • Menos ruido eléctrico.
    • Entrega de potencia constante.
    • Fácil ajuste del voltaje.
    • Mantenimiento sencillo.
    • Tiempo de respuesta rápido.

Una fuente de alimentación conmutada es un dispositivo electrónico que transforma la energía eléctrica de una red AC a un voltaje DC, proporcionando numerosas ventajas como mayor eficiencia, reducción en tamaño y peso, disminución de ruido, mantenimiento sencillo, entre otros. Esta tecnología se ha convertido en una herramienta indispensable en equipos electrónicos y mecánicos, permitiendo un funcionamiento seguro y sin interrupciones.

¿Qué ventajas presenta una fuente de alimentación conmutada frente a otros tipos?

Las fuentes de alimentación conmutadas ofrecen numerosas ventajas frente a otros tipos de fuentes de alimentación. Estas ventajas incluyen:
Mejor eficiencia energética: las fuentes de alimentación conmutadas cuentan con una eficiencia energética mayor que la de otras fuentes de alimentación, pudiendo llegar hasta el 90%. Esta eficiencia se debe al hecho de que estas fuentes de alimentación convierten la energía de entrada de forma automática en la cantidad exacta que se necesita para alimentar los dispositivos. Esto reduce considerablemente la cantidad de energía desperdiciada, lo que contribuye a mejorar la eficiencia general de la fuente.
Mayor seguridad: debido a su diseño y su funcionamiento, las fuentes de alimentación conmutadas cuentan con un nivel de seguridad superior al de otras fuentes de alimentación. Esto se debe al hecho de que usan circuitos electrónicos para controlar la salida de energía, lo que hace mucho más difícil la posibilidad de sobrecargar los dispositivos conectados a ella. Esto significa que los dispositivos electrónicos se mantienen seguros incluso cuando se conectan a la fuente a través de cables o adaptadores en mal estado.
Menos ruido y vibración: al no requerir un transformador, las fuentes de alimentación conmutadas producen menos ruido y vibración que las fuentes que utilizan un transformador. Esto mejora notablemente la experiencia de usuario al no tener que lidiar con el ruido y la vibración producidos por el transformador.
Tamaño más pequeño: en comparación con otras fuentes de alimentación, las fuentes de alimentación conmutadas son mucho más pequeñas y compactas. Esto las hace ideales para aplicaciones donde el espacio es un factor limitante.
Costo más bajo: debido a su simplicidad de diseño, las fuentes de alimentación conmutadas también cuentan con un costo mucho más bajo que otros tipos de fuentes de alimentación. Esto las hace una opción mucho más atractiva para aquellos usuarios con presupuestos limitados.

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¿Cómo se construyen los esquemas de fuente de alimentación conmutadas?

Los esquemas de fuente de alimentación conmutada son elementos fundamentales en la electrónica moderna. Estas fuentes proporcionan el voltaje adecuado para que un dispositivo eléctrico funcione sin sobretensiones ni sobrecorrientes. Un circuito de fuente de alimentación conmutada se compone de varios componentes básicos, entre ellos un transformador, un rectificador, un filtro y un regulador. Para construir un esquema de fuente de alimentación conmutada se deben seguir los siguientes pasos:

1. Transformador. El transformador es el encargado de cambiar las tensiones de línea de alta a baja tensión. El primario del transformador se conecta a la línea eléctrica y regulatedependiendo del voltaje que se desee obtener en el secundario.

2. Rectificador. Este componente convierte la señal alterna existente en el secundario del transformador en una señal continua. El tipo de rectificador elegido dependerá de la cantidad de corriente requerida.

3. Filtro. El filtro elimina los picos producidos durante el rectificado, lo que evita fluctuaciones en la corriente. Se deben usar condensadores y resistencias para conseguir una onda rectificada más suave.

4. Regulador. El regulador limita el voltaje en la salida con el fin de evitar daños a los dispositivos conectados. Además, actúan como un estabilizador de pequeñas fluctuaciones. Existen diferentes tipos de reguladores, entre ellos los reguladores lineales o los reguladores de potencia.

5. Protección. Es necesario incorporar protección a los circuitos de fuente de alimentación conmutada, para evitar daños a los dispositivos conectados. Esto incluye fusibles, indicadores de disparo, diodos de protección contra cortocircuito y conexiones a tierra.

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¿Cuáles son sus aplicaciones comunes?

Los campos de la electricidad y la electrónica tienen muchas aplicaciones comunes, desde el hogar hasta gran parte de la industria del mundo. Muchos dispositivos cotidianos se basan en la electricidad para hacerlos funcionar, incluyendo los teléfonos celulares, televisores, computadoras, bombillas, refrigeradores o lavadoras. Si bien el avance tecnológico ha llevado estas herramientas a niveles más altos, el principio de funcionamiento sigue siendo el mismo. Algunas de sus aplicaciones comunes son:

Iluminación Interior y Exterior: La electricidad es la fuente de energía más comúnmente utilizada para proporcionar luz interior y exterior, con grandes diferencias en cuanto al uso y ahorro energético. Desde el uso de bombillas incandescentes, halógenas y fluorescentes, hasta la integración de luces LED, el consumidor puede elegir una variedad de soluciones de acuerdo a su presupuesto.

Ventiladores de Aire: Los ventiladores de aire ayudan a mantener los espacios interiores frescos en épocas de calor, a través del movimiento del aire frío. Algunos modelos vienen con termóstatos regulables, permitiendo un mejor control sobre la temperatura del ambiente.

Refrigeración: La refrigeración se basa en la absorción y eliminación de calor por medio de la compresión y expansión de gases refrigerantes. Esta tecnología se usa ampliamente en la conservación de alimentos, bebidas, medicinas y otros productos sensibles a los cambios de temperatura.

Electricidad Estática:La electricidad estática es un fenómeno producido por la acumulación de cargas eléctricas en un objeto. Esto se produce comúnmente al frotar dos materiales, como cuando se deslizan el plástico contra el tejido. La electricidad estática se utiliza para diversas aplicaciones, desde la aplicación de pintura en los autos hasta para inspeccionar electrodomésticos.

Equipos Médicos: Los equipos médicos, tales como pacemakers, prótesis, tomografías o resonancias magnéticas, se basan en la electricidad para su funcionamiento. Estos equipos son de vital importancia para la realización de exámenes y tratamientos médicos.

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¿A qué factores hay que prestar atención cuando se diseñan fuentes de alimentación conmutadas?

Los diseños de fuentes de alimentación conmutadas requieren un profundo análisis y comprensión de los principios y conceptos básicos de la electrónica. Hay varios factores clave a considerar para el adecuado diseño de una fuente de alimentación conmutada. Las imprescindibles características técnicas a tomar en cuenta son:

    • Voltaje de entrada y salida, potencia de salida.
    • Regulación de voltaje o corriente de salida.
    • Potencia de pico y niveles de sobrecarga.
    • Eficiencia y factores de calidad.
    • Características ambientales (temperatura, humedad).
    • Emisiones de RFI/EMI.

El uso de una topología adecuada para el diseño de la fuente de alimentación conmutada depende de los requisitos del aplicativo. Los circuitos conmutados son capaces de proporcionar una solución efectiva para aplicaciones de alto rendimiento y bajo costo. La topología seleccionada para el diseño debe proporcionar un buen rendimiento y la fiabilidad deseada. La selección de los dispositivos y componentes es fundamental para garantizar un buen rendimiento. Las principales características a tomar en cuenta para seleccionar los dispositivos tendrán relación con la tensión de trabajo, los límites de corriente y potencia, la velocidad de operación y la estabilidad de la fuente de alimentación.

Es importante que la fuente de alimentación conmutada cumpla con los requisitos de seguridad establecidos por la norma IEC60950. Esto significa que se deben cumplir una amplia gama de requerimientos, entre los cuales se destacan los requerimientos para la protección contra cortocircuitos, las protecciones de seguridad de los circuitos de basse tension en caso de falla y los requerimientos para la protección contra sobrevoltajes. Además, la fuente de alimentación conmutada también debe cumplir con los requerimientos para la emisión y resistencia a la interferencia electromagnética (RFI/EMI)

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¿Cuáles son las limitaciones de las fuentes de alimentación conmutadas?

Las fuentes de alimentación conmutadas presentan algunas limitaciones que no siempre son detectables a simple vista, y que tienen una influencia significativa en el rendimiento de los circuitos. Estas limitaciones están relacionadas con el diseño de los convertidores DC/DC o AC/DC, con el tipo de control empleado, con el grado de regulación o con la presencia de ruido electrónico en la señal.

    • En primer lugar, una fuente de alimentación conmutada suele tener un área de regulación limitada, por lo que puede que no sea suficiente para alcanzar un nivel de estabilidad preciso durante condiciones de carga variables. Esta restricción suele ser mayor cuando se hace uso de una modulación por ancho de pulso (PWM).
    • En segundo lugar, existen limitaciones en el rango del valor de la corriente de salida. Por lo general, las fuentes de alimentación conmutadas tienen un valor máximo de corriente de salida determinado, el cual jamás debe sobrepasarse. Las grandes corrientes de salida implican diseños complejos y la selección de componentes específicos.
    • En tercer lugar, los convertidores switch-mode suelen generar elevados niveles de vibración, lo cual limita su uso en aplicaciones críticas y requiere la instalación de filtros y condensadores de bypass, así como la implementación de sistemas antirruido. A esto se suma la necesidad de trabajar con componentes hidráulicos para la disipación de calor.
    • Finalmente, la presencia de componentes capacitivos en los cercanos del convertidor, los cuales pueden perturbar el funcionamiento de componentes sensibles al ruido electrónico, también constituye una limitación importante para el uso de fuentes de alimentación conmutadas.

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