Fuentes de alimentación conmutadas: principios, regulación y averías comunes

A. Principio de Funcionamiento

En una fuente de alimentación conmutada, la tensión que llega de la red eléctrica se rectifica directamente, sin utilizar un transformador de entrada. Este rectificador entrega una señal pulsatoria a un filtro, que suaviza la onda para obtener un nivel más estable. Una vez reducido su valor mediante resistencias, alimenta al oscilador y al comparador. Al recibir alimentación, el oscilador comienza a generar una onda que se aplica al modulador PWM (Modulación por Ancho de Pulsos). Este modulador genera un pulso que se aplica al conmutador, enviando impulsos de alta frecuencia y elevada tensión al transformador.

Utilizamos un transformador para adaptar la tensión de entrada a las requeridas por los circuitos a alimentar. Para obtener la tensión continua de alimentación, empleamos una segunda red de rectificación y filtrado.

B. Técnicas de Regulación en Fuentes Conmutadas

Un lazo de realimentación se forma a partir de la tensión del secundario del transformador, del cual se obtiene una muestra para conocer los cambios que se produzcan en la tensión de salida. Esto se puede lograr de dos modos distintos:

1. Los transformadores, cuando se les aplica una frecuencia mayor, ofrecen un mayor rendimiento.
2. El condensador necesario es mucho más pequeño porque el periodo es 100 veces menor, es decir, la frecuencia es 100 veces mayor.

a) Variando la Frecuencia de la Señal

Si aplicamos una señal de frecuencia variable al conmutador, estaremos modificando la cantidad de energía que se inyecta al transformador. Una señal de alta frecuencia tendrá al conmutador activado durante poco tiempo, y la energía transmitida será pequeña. Si disminuimos la frecuencia, tendremos mayor duración y aumentará la energía que recibe el transformador.

b) Variando la Duración de los Pulsos (PWM)

Consiste en variar el ciclo de trabajo de la señal de control del conmutador. Aunque la frecuencia no varíe, si mantenemos más tiempo el pulso a nivel alto, pasará más corriente. Por lo tanto, una señal de anchura variable (PWM) podrá ser adecuada para regular la cantidad de energía que se aplica sobre el transformador, manteniendo estable la tensión de salida de la fuente.

C. Extracción de la Muestra

Hay 3 métodos para extraer la muestra de la tensión de salida:

1. Mediante un secundario específico: Se tendrá una referencia de la energía que circula por el transformador, y al tomar la señal mediante un campo magnético generado por el primario, no existirá contacto con el resto de secundarios.
2. Mediante un transformador separador: Podemos colocar un pequeño transformador que transfiera la señal hacia el comparador. Así tendremos la separación entre las dos áreas del circuito.
3. Mediante un optoacoplador: Para transferir una señal sin contacto físico, podemos optar por convertirla en señales luminosas y, al transferirlas, devolverla en el plano eléctrico. A diferencia de los otros métodos, la muestra se tomará desde la salida de la fuente.

Convertidor DC/DC

A. Principio de Funcionamiento

Un convertidor DC/DC es una fuente de alimentación conmutada a la cual se le ha suprimido la fuente de alimentación primaria. Esta modulación estará controlada por la comparación de una muestra de la salida respecto a una tensión interna. Al partir de una tensión de bajo valor, el transformador se encargará de elevar el nivel de la tensión de entrada hasta la que se necesite en los circuitos que alimentará.

Averías Comunes en Fuentes de Alimentación Conmutadas

1. El equipo no arranca, el fusible de red está fundido: Ante este síntoma, siempre deberemos pensar que el fusible es la consecuencia última de la avería, y nunca su causa. Para localizar el fallo, deberemos buscar componentes cuya avería suponga un incremento brusco en la corriente que se absorbe de la red, extrayendo componentes de la placa y midiéndolos individualmente.
2. La fuente tiene "hipo": Este curioso síntoma es muy frecuente en fuentes conmutadas. Cuando el comparador detecta un consumo excesivo, su sistema de protección detiene la salida de impulsos para evitar que dañe al conmutador.
3. Ondulaciones sobre la pantalla: Este síntoma se manifiesta en los monitores de televisión como una ondulación de los bordes verticales de la imagen. La causa es un filtrado deficiente en la fuente de alimentación, que provoca un rizado excesivo y que, por tanto, sufra variaciones demasiado grandes.