Fuente de alimentacion conmutada

Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kilociclos típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados).
Cómo funciona una fuente de alimentación conmutada
Para entender el funcionamiento de una fuente conmutada, debemos separarla en bloques, y analizarlos paso a paso .

Filtro EMC. Su función es absorber los problemas eléctricos de la red, como ruidos, armónicos, transitorios, etc. También evita que la propia fuente envíe interferencias a la red.

 Puente rectificador. Solo deja pasar la corriente en un sentido, de modo que convierte la corriente alterna en corriente pulsante, es decir que oscila igual que la corriente alterna, aunque únicamente en un sentido. 

Corrector del factor de potencia. En determinadas circunstancias, la corriente se desfasa respecto a la tensión, lo que provoca que no se aproveche toda la potencia de la red. Puedes ver una explicación completa en este artículo de Xavi Ventura. El corrector se encarga de solventar este problema. 

Condensador. Amortigua la corriente pulsante para convertirla en corriente continua con un valor estable. 

Transistor. Se encarga de cortar y activar el paso de la corriente. De este modo se convierte a la corriente continua en corriente pulsante. 

Controlador. Activa y desactiva el transistor. Esta parte del circuito suele tener varias funciones, como protección contra cortocircuitos, sobrecargas, sobretensiones… También controla al circuito de corrección del factor de potencia. Además, mide la tensión de salida de la fuente, y modifica la señal entregada al transistor, para regular la tensión y mantener estable la salida. 

Transformador. Reduce la tensión, y además aísla físicamente la entrada de la salida. 

Diodo. Convierte la corriente alterna del transformador a corriente pulsante.

 Filtro. Convierte la corriente pulsante en continua. 

Optoacoplador. Enlaza la salida de la fuente con el circuito de control, pero manteniéndolos físicamente separados.

Fuentes de alimentación lineales

Este tipo de fuente es menos eficiente en la utilización de la potencia suministrada dado que parte de la energía se transforma en calor por efecto Joule en el elemento regulador (transistor), ya que se comporta como una resistencia variable. A la salida de esta etapa a fin de conseguir una mayor estabilidad en el rizado se encuentra una segunda etapa de filtrado (aunque no obligatoriamente, todo depende de los requerimientos del diseño), esta puede ser simplemente un condensador. Esta corriente abarca toda la energía del circuito, para esta fuente de alimentación deben tenerse en cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir las características del transformador.

En el siguiente figura podemos ver la estructura básica de una fuente de alimentación lineal:

Conexión red eléctrica

Esta formada por el enchufe, bornas o cualquier dispositivo físico, que nos permite conectar nuestra fuente de alimentación a la red eléctrica. Los parámetros que hay que tener en cuenta a la hora de elegir el enchufe es que soporte la tensión de la red ( 230v 50Hz ) y la corriente que va a consumir el circuito. Los mismos parámetros utilizaremos para elegir el cable de alimentación.

Fusible.

Si nuestra fuente de alimentación tuviera un fallo y se cortocircuitara, producirá una subida muy fuerte en el consumo de corriente, las consecuencias de esta subida son impredecibles, ya que si esta fuera muy elevada podríamos hacer saltar el automático de nuestra vivienda e incluso del edificio y si fuera relativamente pequeña podría subir la temperatura de nuestro circuito hasta el punto de producir un incendio. El fusible es un dispositivo que cuando la corriente que circula por él es superior a su corriente nominal se funde interrumpiendo el suministro de corriente. El parámetro básico que necesitamos calcular para seleccionar nuestro fusible es la corriente nominal. En el punto 6 de este documento se explica como calcular la intensidad nominal del fusible.

Filtro de red.

Este dispositivo no es estrictamente necesario ya que su función es la de eliminar las posibles perturbaciones electromagnéticas que puedan llegar a nuestra fuente de alimentación desde la red eléctrica, pero su uso es imprescindibles si queremos hacer a nuestro equipo inmune a dichas interferencias. 

Transformador.

El transformador es un dispositivo electrónico que nos permite transformar una tensión alterna de entrada en una tensión alterna de salida de distinto valor. La principal ventaja que tienen los transformadores es su alto rendimiento. En la figura 2 se puede ver un esquema de un transformador

Rectificador.

La mayoría de los circuitos electrónicos utilizan para funcionar corriente continua (DC), mientras que, como hemos comentado anteriormente, la tensión que llega y sale del transformador es alterna (AC). Para poder transformar esta corriente alterna en continua utilizamos un circuito basado en diodos semiconductores al que denominamos rectificador. 

 Filtro.  

 Una vez la señal esta rectificada, obtenemos una forma de onda que no es precisamente continua ( ver figura 7 ). Para poner eliminar la ondulación, y dejar la tensión lo más continua posible, filtraremos la señal utilizando uno o más condensadores en paralelo. 

ilustración de como queda una  señal ya  filtrada.

Regulador de tensión y ejemplo practico.

Como vemos en la figura 7, la salida filtrada presenta una pequeña ondulación, para eliminar esta ondulación y controlar la tensión para que esta no cambie ante variaciones de corriente en la carga, utilizamos un regulador de tensión. Lo mejor es utilizar un circuito integrado comercial como es el caso de la serie 78XX. Vamos a realizar un caso practico de una fuente de alimentación con salida 5v 0,5A utilizando el L7805.

  El esquema de la fuente de alimentación es el siguiente:

Tipos de conectores para fuentes de poder

Las fuentes de poder modernas pueden tener hasta una docena de cables con conectores diferentes y, si no te has actualizado con los cambios tecnológicos, probablemente no reconocerás muchos de ellos. Aprende cuáles son los conectores más comunes usados en las fuentes de poder.

Conectores.

Conector ATX de 20/24 pines:

Es el que alimenta a la placa madre, antiguamente de 20 pines, la norma actual prevé 24 pines. Casi siempre está compuesto de un bloque de 20 pines, al que podemos agregar un bloque de 4 pines. Esto a fin de respetar la compatibilidad con las antiguas placas con conectores de 20 pines. 

Conector de 20 + 4 pines separados:

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Conector "ATX P4":

Este conector, llamado "ATX P4" (o también ATX 12V), fue introducido por Intel para las Pentium 4, se conecta a la placa madre y es reservado exclusivamente a la alimentación del procesador, sin él es imposible iniciar el PC. 

El mismo conectores separado en dos:

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El conector tipo “MOLEX

Fuente de poder AT

AT son las siglas de ("Advanced Technology") ó tecnología avanzada, que se refiere a un estándar de dispositivos introducidos al mercado a inicios de los años 80´s que reemplazo a una tecnología denominada XT ("eXtended Technology") ó tecnología extendida. 

La fuente AT es un dispositivo que se acopla en el gabinete de la computadora y que se encarga básicamente de transformar la corriente alterna de la línea eléctrica del enchufe de pared en corriente directa; la cuál es utilizada por los elementos electrónicos y eléctricos de la computadora con un menor voltaje. Otras funciones son  las de suministrar la cantidad de corriente y voltaje que los dispositivos requieren así como protegerlos de problemas en el suministro eléctrico como subidas de voltaje. Se le puede llamar fuente de poder AT, fuente de alimentación AT, fuente analógica, fuente de encendido mecánico,  entre otros nombres.

Características generales de la fuente AT:

• Para su encendido y apagado, cuenta con un interruptor mecánico.
• Algunos modelos integraban un conector de tres terminales para alimentar adicionalmente al monitor CRT desde la misma fuente.
• Este tipo de fuentes se integran desde equipos tan antiguos con microprocesador Intel® 8026 hasta equipos con microprocesador Intel® Pentium MMX.
• Es una fuente ahorradora de electricidad, ya que no se queda en modo "Stand by" ó en estado de espera; esto porque al oprimir el interruptor se corta totalmente el suministro.
• Es una fuente segura, ya que al oprimir el botón de encendido se interrumpe la electricidad dentro de los circuitos, evitando problemas de cortos al manipular su interior.
• Aunque si el usuario manipula directamente el interruptor para realizar alguna modificación, corre el riesgo de choque eléctrico, ya que esa parte trabaja directamente con la electricidad de la red eléctrica.

Partes que componen la fuente AT:

1.- Ventilador: expulsa el aire caliente del interior de la fuente y del gabinete, para mantener frescos los circuitos.

2.- Conector de alimentación: recibe el cable de corriente desde el enchufe de pared.

3.- Selector de voltaje: permite seleccionar el voltaje de 127V ó 240V.

4.-  Conector de suministro a otros dispositivos: permite alimentar cierto tipo de monitores CRT.

5.- Conector AT: alimenta de electricidad a la tarjeta principal.

6.- Conector de 4 terminales MOLEX: utilizado para alimentar los discos duros y las unidades ópticas.

7.- Conector de 4 terminales para BERG: alimenta las disqueteras.

8.- Interruptor manual: permite encender la fuente de manera mecánica.

Fuente de poder ATX

TIPOS DE FUENTES (ATX-AT)

 ATX son las siglas de ("Advanced Technology eXtended") ó tecnología avanzada extendida, que es una segunda generación de fuentes de alimentación introducidas al mercado para computadoras con microprocesador Intel® Pentium MMX, y a partir de ese momento, se extiende su uso.

La fuente ATX es un dispositivo que se acopla internamente en el gabinete de la computadora, el cuál se encarga básicamente de transformar la corriente alterna de la línea eléctrica comercial en corriente directa; así como reducir su voltaje. Esta corriente es utilizada por los elementos electrónicos y eléctricos de la computadora. 

Fuente ATX sin cubierta:

 Características generales de la fuente ATX:

• Es de encendido digital, es decir, tiene un pulsador en lugar de un interruptor mecánico como sus antecesoras.
• Algunos modelos integran un interruptor mecánico trasero para evitar consumo innecesario de energía eléctrico, evitando el estado de reposo "Stand By" durante la cuál consumen cantidades mínimas de electricidad.
• Este tipo de fuentes se integran desde los equipos con microprocesador Intel® Pentium MMX hasta los equipos con los mas modernos microprocesadores.
• El apagado de este tipo de fuentes puede ser manipulado con software.

Partes que componen la fuente ATX:

Internamente cuenta con una serie de circuitos encargados de transformar la electricidad para que esta sea suministrada de manera correcta a los dispositivos. Externamente consta de los siguientes elementos:

1.- Ventilador: expulsa el aire caliente del interior de la fuente y del gabinete, para mantener frescos los circuitos.

2.- Interruptor de seguridad: permite encender la fuente de manera mecánica.

3.- Conector de alimentación: recibe el cable de corriente desde el enchufe de pared.

4.- Selector de voltaje: permite seleccionar el voltaje de 127V ó 240V.

5.- Conector SATA: utilizado para alimentar los discos duros y las unidades ópticas tipos SATA.

6.- Conector de 4 terminales: utilizado para alimentar de manera directa al microprocesador.

7.- Conector ATX: alimenta de electricidad a la tarjeta principal.

8.- Conector de 4 terminales MOLEX: utilizado para alimentar los discos duros y las unidades ópticas.

9.- Conector de 4 terminales BERG: alimenta las disqueteras.

Proceso de transformación de la corriente eléctrica dentro de la fuente de alimentación.

La función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión continua y lo mas estable posible, para esto se realiza el siguiente proceso 1.- Transformador de entrada; 2.- Rectificador a diodos; 3.- Filtro para el rizado; 4.- Regulador (o estabilizador) lineal. este último no es imprescindible.

Transformador de entrada:

El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 220 o 120 V) a otra tensión mas adecuada para ser tratada. Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas. esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también.

Rectificador a diodos

El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo.

El filtro:

La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.

El regulador:

Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos. En esta sección nos centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que son los mas sencillos y baratos que hay, en la mayoría de los casos son la mejor opción.

Clasificación

Las fuentes de alimentación para dispositivos electrónicos, pueden clasificarse básicamente como fuentes de alimentación lineales y conmutadas. Las lineales tienen un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser más complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin embargo su regulación de tensión es poco eficiente.