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7/25/2019 Fuente de Alimentacin Conmutada
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[FUENTE DE ALIMENTACION CONMUTADA]
FUENTE DE ALIMENTACIN CONMUTADA
I. INTRODUCCIN
Una fuente de alimentacin es un dispositivo que convierte la corriente elctrica
alterna a corriente elctrica continua.
Tambin llamadas recticadores, transformadores, convertidores,
alimentadores, etc. o siempre correctamente pero igual utili!ados.
Fuente lineal
"as primeras fuentes de alimentacin eran lineales. Un transformador que
reduc#a la tensin de entrada de $$0%1$0 &'( a otra tensin seguida de de un
puente de diodos ) alg*n ltro para estabili!ar la salida.
Figura N1: circuito !"ico #e una $uente lineal."a fuente lineal ofrece al dise+ador tres ventaas principales-
implicidad de dise+o.
/peracin suave ) capacidad de manear cargas. ao ruido de salida )
una respuesta dinmica mu) rpida.
Para potencias menores a 10, el costo de los componentes es muc2o
menor que el de las fuentes conmutadas.
3l inconveniente de las fuentes lineales es su gran tama+o, que disipan gran
parte de la energ#a en calor.
(onsecuentemente su eciencia se reduce ) la vida de los componentes
electrnicos que puedan estar cercanas se ve se ve mermada.
II. O%&ETI'O
(onocer el funcionamiento de una fuente alimentacin conmutada.
(onocer las ventaas ) desventaas de la fuente conmutada.
4denticar su diferencia con otros tipos de fuente de alimentacin.
4denticar las aplicaciones de una fuente conmutada tanto dentro como
fuera de la industria.
5ise+ar una fuente conmutada.
III (LANTIAMIENTO DEL (RO%LEMA
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"as necesidades en la carrera aeroespacial de reducir peso ) consumo de toda
la electrnica llevo al primer desarrollo de fuentes de alimentacin conmutadas.
's# en los a+os cuarenta se dieron los primeros pasos en sistema conmutados
por parte de la ''.
"as desventaas del regulador lineal es su l#mite de aplicacin. lo pueden serreductores de tensin, lo que signica que se necesitar una ca#da de tensin
aceptable para poder controlar la polari!acin de la etapa de potencia lineal ) la
regulacin en la l#nea. 3n aplicaciones de l#nea de 607!, debern utili!arse
transformadores de l#nea adicionales de gran volumen, condicionando su
versatilidad ) practicidad.
egundo, cada regulador lineal puede tener slo una salida. Por esto, para cada
salida regulada adicional necesaria, deber incrementarse el circuito de
potencia.
Tercero, ) qui!s el ms importante es su eciencia. 3n aplicaciones normales,los reguladores lineales tienen una eciencia del 80 al 90:. 3sto signica quepor cada att los costos se irn incrementando. 3sta prdida llamada
)*ea#roo+ lo""), ocurre en el transistor de paso ), desafortunadamente esnecesaria para polari!ar la etapa de potencia ) para cumplir con
las especicaciones de regulacin de l#nea, cuando la ma)or#a del tiempo el
regulador no funcionar en esas condiciones.
(on las fuentes de conmutacin se viene a meorar el factor de eciencia 2asta
en un ;6: tericamente. Por lo cual su implementacin en equipos de
computacin ) video.
III.METODOLO,IA DE TRA%A&O
Fuente #e ali+entaci-n con+uta#a
Una fuente conmutada es un dispositivo electrnico que transforma energ#a
elctricamediante transistoresen conmutacin. 100 ?7! t#picamente@ entre corte =abiertos@ ) saturacin
=(errados@.
http://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistoreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Conmutaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transistoreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Conmutaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nico7/25/2019 Fuente de Alimentacin Conmutada
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Figura N: Diagra+a #e lo/ue" 0ara el #i"eo 0ara una $uente #e0o#er Con+uta#a con (2M
"as fuentes conmutadas tiene por esquema- recticador, conmutador,
transformador, otro recticador ) salida.
"a regulacin se obtiene con el conmutador, normalmente uncircuito P< =Pulse idt2
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transformacin pudiendo funcionar como reductor, elevador, o inversor detensin con m*ltiples salidas.
o es necesario el uso del transformador de l#nea, )a que el elementomagntico de transferencia de energ#a lo puede reempla!ar, funcionando noen 60%90 7!, sino en alta frecuencia de conmutacin, reduciendo el tama+odel transformador ) en consecuencia, de la fuenteF reduciendo el peso, ) el
costo.
Cla"i3caci-n"as fuentes conmutadas pueden ser clasicadas en cuatro tipos-
'limentacin (', salida ((- recticador, conmutador, transformador,recticador de salida, ltro
=3emplo- fuente de alimentacin de ordenador de mesa@
'limentacin (', salida ('- &ariador de frecuencia, conversor de Grecuencia.=3emplo- variador de motor@
'limentacin ((, salida ('- 4nversor=3emplo- generar $$0v%60ciclos a partir de una bater#a de 1$v@
'limentacin ((, salida ((- conversor de voltae o de corriente.=3emplo- cargador de bater#as de celulares para auto@
DI4E5O
E"tu#io 6 #i+en"iona+iento #e lo" ele+ento".Una ve! elegida la topolog#a Pus2>Pull como la ms apropiada procederemos a
anali!ar cada uno de los bloques constituidos en el sistema, como se muestra
Gigura $, a continuacin se listan los cuatro bloques ms importantes-
1. Aecticador de entrada.
$. (ircuito inversor Pus2>Pull
8. Aecticadores de salida
H. (ontrolador T"H;H
1. Recti3ca#or #e entra#a.(omo sabemos una parte esencial de las fuentes conmutadas es el bus 5( que
se obtiene al tomar la tensin de la red ='(@ que en Per* es de $$0 &rms a 90
7! ) convertirla en corriente continua =5(@ a travs de un circuito de potencia
llamado recticador, para esto se 2a elegido una recticacin no controlada,
adems en esta recticacin se utili!an cuatro diodos en una conguracin
llamada en puente completo como se ve en la Gigura $.8 de esta manera
siempre trabaan $ diodos simultneamente dependiendo de la polari!acin,
esta conguracin es ms costosa en comparacin con una recticacin de
media onda con un solo diodo, debido a su n*mero de componentes, pero
eIisten encapsulados que )a traen los cuatro diodos en un solo paquete.
http://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inversorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inversor7/25/2019 Fuente de Alimentacin Conmutada
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Figura N7: Con3guraci-n en 0uente co+0leto
3n esta conguracin se obtiene una componente continua alrededor del 98:
del valor de pico, ) un rendimiento aproIimado del E1:.Por claras ra!ones el
rendimiento de esa conguracin es el doble que el recticador de media
onda, es por esta ra!n que se 2a planteado utili!ar este tipo de recticador,
que adems contar con un ltrado con capacitor.
Para dic2o proceso se uso un puente recticador ?"006 )a que se puede usar
un solo encapsulado permitindonos ocupar menos espacio en la placa =P(@.
' continuacin se presenta la Gigura $.H que es el esquema de dic2a
conguracin a utili!ar en la fuente.
Figura N8
'2ora debemos determinar los valores del voltae pico inverso de bloqueo del
puente recticador, para esto sabemos que es el doble de la tensin recticada
3l puente recticador que vamos a utili!ar deber soportar un &oltae en
polari!acin inversa sin entrar en avalanc2a
V
( D )
que es el doble del
voltae pico = 2VI establecido por la siguiente ecuacin-
VD=22VI=22220=622 .254V
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Filtra#o'dems para la parte de ltrado se uso un condensador electrol#tico )a que
poseen altas capacidades para as# poder reducir al mIimo el ri!ado de salida.
3l condensador utili!ado es de HJ0uG
Figura N9: Ca0acitor (ana"onic 8;u$.
'dems de la capacitancia debemos tener en cuenta el voltae al cual el
condensador debe trabaar, sta ser igual al voltae de recticacin.
VC=2VI=2220=311.127V
5onde-VC - es voltae en la carga en este caso ser el voltae mIimo que tendr
que soportar el condensador.
VI: 3s el voltae de la l#nea =$$0v@.
Figura N
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Figura N: ,ra3ca #e o"cilo"co0io #e la recti3caci-n #e entra#a.
Figura N=: 'alore" +e#i#o" #el >olta?e 6 corriente en larecti3caci-n #e entra#a.
. In>er"or."a conguracin Pus2>Pull es la cual vamos a utili!ar como inversor partiendo
del bus 5( para obtener un voltae alterno a la salida del secundario del
transformador.
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Figura N@: E"/ue+a #elcircuito in>er"or.
(omo se puede observar eIisten cuatro partes importantes dentro de esteproceso.
5river
4KT
Aed nubber
Transformador
Dri>er
Proporcionar aislamiento entre los circuitos de control ) los altos niveles de
tensin ) corriente maneados por los dispositivos electrnicos de control
de potencia.
Kenerar las formas de onda de voltae ) corriente necesarias para que los
dispositivos de potencia operen 2asta en las condiciones mIimas de
voltae ) corriente denidas por el fabricante.
Proporcionar proteccin local contra fallas.
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Para el circuito de disparo o driver,
se 2a utili!ando el circuito
integrado 4L5490HP4 como se
muestra en la gura $.11. Ma que este driver pueden alimentar dos er IDIerIDI 10Q '
(orriente de salida 4/UT > R '
Tala 1: caracter"tica" #ri>er IDI
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"a eficiencia =V@ estimada en un convertidor Pus2>Pull es de J6: ) un ciclo de
trabao mIimo =5maI@ es de 0.; (on este valor, se puede estimar la mIima
potencia de entrada.
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5onde es la potencia estimada de salida 60S, la V es la eciencia )a
especicada.
P=
50W
0.75=66.66
w
Para el clculo de los valores del 4KT para un convertidor Pus2>Pull
5onde &in 10 '
Potencia de
disipacin total a
P5 > 190 S
Tala : Caracter"tica" #e I,%T ,T,9N1;%ND
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Re# 4nuer3n la conmutacin, cuando el 4KT se apaga eIiste un alto voltae en el
colector debido a la inductancia de dispersin del transformador, que puede
provocar un mal funcionamiento del interruptor. Por tanto, se necesita de un
camino alternativo para descargar esa energ#a, cu)a funcin cumple la red
nubber A( .
Figura N17: Re# "nuer RC 0ara I,%T
3l obetivo es encontrar una red A( capas de atenuar el pico de tensin en el
instante que este se da, debido a que el periodo donde aparece este pico que
es para nuestro caso en particular un aproIimado de 0.6: de un ciclo de
trabao total de 88.888Qs, que en nuestro caso es 0.19996 Qs, por esta ra!n el
valor del capacitor ) resistencia deben de ser de valores mu) baos para
alcan!ar este tiempo, pero mientras ms bao el valor de la resistencia eIiste
ms disipacin de potencia, entonces debemos elegir un capacitor estndar
para snubber que adems de ser del rango de los nano faradios debe soportar
un voltae de al menos 1?v como es com*n en capacitores dise+ados para
este propsito, para la resistencia calculamos dependiendo de la constante de
tiempo que requerimos
5onde A( el producto de la resistencia ) la capacitancia ) ? es una constante
que viene eIpresada en segundos=s@
? X0.19996Qs (X1.1nf
3ntonces-
R=K
C=
0.16665
1.1nf =150ohms
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&4
'1; ' 8;; ';.1alor #e la
0otencia #i"i0a#a 0or la re"i"tencia.
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eg*n los valores simulados se establecen una potencia estimada de8.HJ0 Por ende los valore de la red snubber queda de la siguientemanera-
CX 1.1nf Z 1?v RX 160[ > 6S
Tran"$or+a#or3l transformador utili!ado es un Pus2>Pull J60E11880 de SeZ
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Figura N18: Rectificador de salida con filtrado LC
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Dio#o 4c*ottG6.5ebido a que en la recticacin de salida se necesita menos ca#da de tensin )
prdidas de potencia producidas por el n*mero de diodos se opt por una
recticacin de media onda. 'dems dic2os diodos deben ser capaces de
recticar a altas frecuencias ) tener baa ca#da de tensin nodo ctodo, porello se planteo la utili!acin de unos diodos sc2ott)
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que la inductancia si cumple con lo establecido ) as# el inductor adquirido es
un T(7$0>$9 de n*cleo de ferrita como se ve en la Gigura $.$$ apto para
aplicaciones de fuentes sSitc2eadas.
Figura N1 In#uctor toroi#al TC; AC=
I
fVr=
0.5A
30000Hz0.075V 220uf
Figura N: Circuito "i+ulaci-n "ali#a" H19>
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Figura N7: O"cilo"co0io >olta?e #e "ali#a H19>
eg*n los clculos ) las simulaciones debemos adquirir los capacitores
correspondientes tomando en cuenta cada una de las caracter#sticas
necesarias, entonces elegimos los capacitores cermicos de T75 series de4PP/ (73 (/ Gigura $.80 \2oa de datos del fabricante] que estn
fabricados espec#camente para fuentes sSitc2eadas-
Figura N8: Ca0acitor cer!+ico TD
8. De"cri0ci-n #el Controla#or Utilia#o
3l integrado usado para el control es el T"H;H que es un controlador por
anc2o de pulso P< de frecuencia a mu) utili!ado en el dise+o de fuentes
conmutadas, posee dos salidas complementadas entre s# lo que resulta
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ptimo para reali!ar la conguracin Pus2>Pull.
3n la Gigura $.81 se puede apreciar la distribucin de pines con los que cuenta
este controlador.
Figura N9: Di"triuci-n #e 0ine" #el controla#or TL8@8
Caracter"tica" #el TL8@8.3l controlador utili!ado para la construccin de la fuente consta con 19 pines,
conocer la funcin que cumplen cada uno de ellos dentro de la operacin de
este es de suma importancia puesto que por medio de ellos se pueden alterar
el comportamiento del controlador ) tambin es *til para aprovec2arlo al
mIimo en la aplicacin a ser utili!ado.
Figura N($: Diagra/a de !lo,ues del Controlador %L#9#
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3n el diagrama de bloques de la Gigura $6 se puede observar los diversos
componentes con los que cuenta el T"H;H.
3ste integrado posee dos amplicadores de error cu)os ingresos seencuentran ubicados en los pines 1, $, 19 ) 16F puesto que solo
tendremos una se+al de retroalimentacin se utili!a un amplicador deerror ) el otro se lo in2abilita, esto se consigue conectandodirectamente estos ingresos a tierra. 3l amplicador de error tiene lafuncin de reali!ar la comparacin entre una se+al de referencia=partidor de tensin formado con dos resistencias ) la alimentacin dereferencia@ ) la se+al deseada =toma directa de tensin de una de lassalidas del secundario@F ) generar una se+al de error en caso de eIistirdiferencia entre las dos se+ales.
3l pin denominado /utput (ontrol =pin 18@ tiene la nalidad deestablecer las condiciones de funcionamiento para los dos transistoresde salida ^1 ^$, si este pin es conectado a K5 los transistores se
comportan como una salida paralela lo que quiere decir que los dos seactivan en los mismos lapsos de tiempoF si se conecta el pin al voltaede referencia, la cual es la condicin usada, los transistores funcionanen una conguracin normal Pus2>Pull es decir solo uno a la ve!, esto asu ve! in_u)e en la frecuencia a la que trabaan los transistores ^1 )^$, )a que si est en conguracin Pus2>Pull la frecuencia dada por elproducto de (t ) At se divide para dos .
"os transistores de salida que se pueden observar en el diagrama debloques son los encargados de generar las se+ales P< que controlana los elementos de potencia, estos son de tipo open colector ra!n porla que necesitan la a)uda de una resistencia en el colector que en
nuestro caso se coloc resistencias de $.$[ a 0.6S )a que la corrientenecesaria para activar al driver debe ser un m#nimo de 10Q'.CONCLU4IONE4:
(omprendemos el funcionamiento de la fuente con alimentacin
conmutada sus principales ventaas para la aplicacin en la industria
gracias a su gran eciencia 2ace que esta fuente tenga aplicaciones
m*ltiples ) necesaria en el desarrollo de la industria para de esa
manera tener una opcin ms para meorar la productividad de una
industria relacionado o anes.3ste trabao proporciono las caracter#sticas de las fuentes
conmutadas, su funcionamiento, dise+o, construccin, aplicaciones.Tambin nos se+al las principales diferencias entre una fuente
conmutada ) una fuente com*n. 4ndico la utilidad ) ecacia de una
fuente conmutada.
%I%LIO,RAFJA:
>2ttp-%%destec.com%blog%fuentes>de>alimentacion>conmutadas>01%
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> 2ttp-%%procesadordisipador.blogspot.pe%$01$%11%memoria>ram>)>fuente>de>alimentacion.2tml> 2ttp-%%a)udaelectronica.com%fuente>lineal>vs>fuente>conmutada%> 2ttp-%%cosasdeaudio.com%fuentes>de>alimentacion>reguladas>)>no>reguladas%> 2ttp-%%SSS.!onamaer.com%electronica%intro>electronica%instrumentacion%fuente>de>alimentacion
http://procesadordisipador.blogspot.pe/2012/11/memoria-ram-y-fuente-de-alimentacion.htmlhttp://procesadordisipador.blogspot.pe/2012/11/memoria-ram-y-fuente-de-alimentacion.htmlhttp://ayudaelectronica.com/fuente-lineal-vs-fuente-conmutada/http://cosasdeaudio.com/fuentes-de-alimentacion-reguladas-y-no-reguladas/http://www.zonamaker.com/electronica/intro-electronica/instrumentacion/fuente-de-alimentacionhttp://www.zonamaker.com/electronica/intro-electronica/instrumentacion/fuente-de-alimentacionhttp://procesadordisipador.blogspot.pe/2012/11/memoria-ram-y-fuente-de-alimentacion.htmlhttp://procesadordisipador.blogspot.pe/2012/11/memoria-ram-y-fuente-de-alimentacion.htmlhttp://ayudaelectronica.com/fuente-lineal-vs-fuente-conmutada/http://cosasdeaudio.com/fuentes-de-alimentacion-reguladas-y-no-reguladas/http://www.zonamaker.com/electronica/intro-electronica/instrumentacion/fuente-de-alimentacionhttp://www.zonamaker.com/electronica/intro-electronica/instrumentacion/fuente-de-alimentacion