Cómo funcionan los circuitos de fuente de alimentación conmutada (SMPS)

Cómo funcionan los circuitos de fuente de alimentación conmutada (SMPS)

SMPS es el acrónimo de la palabra Switch Mode Power Supply. El nombre sugiere claramente que el concepto tiene algo o totalmente que ver con los pulsos o la conmutación de los dispositivos empleados. Aprendamos cómo funcionan los adaptadores SMPS para convertir el voltaje de la red a un voltaje de CC más bajo.



Ventaja de la topología SMPS

En los adaptadores SMPS, la idea es cambiar la tensión de entrada de la red en el devanado primario de un transformador de modo que se pueda obtener un voltaje de CC de menor valor en el devanado secundario del transformador.

Sin embargo, la pregunta es, se puede hacer lo mismo con un transformador ordinario, entonces, ¿cuál es la necesidad de una configuración tan complicada cuando el funcionamiento se puede implementar simplemente a través de transformadores ordinarios?





Bueno, el concepto fue desarrollado precisamente para eliminar el uso de transformadores pesados ​​y voluminosos con versiones mucho eficientes de Circuitos de suministro de energía SMPS .

Aunque el principio de funcionamiento es bastante similar, los resultados son enormemente diferentes.



Nuestra tensión de red también es una tensión pulsante o una CA que normalmente se alimenta al transformador ordinario para las conversiones requeridas, pero no podemos hacer que el transformador sea más pequeño incluso con una corriente tan baja como 500 mA.

La razón detrás de esto es la frecuencia muy baja involucrada con nuestras entradas de red de CA.
A 50 Hz o 60 Hz, el valor es tremendamente bajo para implementarlos en salidas de alta corriente CC utilizando transformadores más pequeños.

Esto se debe a que a medida que disminuye la frecuencia, aumentan las pérdidas por corrientes parásitas con la magnetización del transformador, lo que da como resultado una gran pérdida de corriente a través del calor y, posteriormente, todo el proceso se vuelve muy ineficaz.

Para compensar la pérdida anterior, se involucran núcleos de transformador relativamente más grandes con un grado relevante de grosor del cable, lo que hace que toda la unidad sea pesada y engorrosa.

Un circuito de alimentación de modo de conmutación aborda este problema de manera muy inteligente.

Si una frecuencia más baja aumenta las pérdidas por corrientes parásitas, significa que un aumento en la frecuencia haría exactamente lo contrario.

Lo que significa que si se aumenta la frecuencia, el transformador podría hacerse mucho más pequeño pero proporcionaría una corriente más alta en sus salidas.

Eso es exactamente lo que hacemos con un Circuito SMPS . Entendamos el funcionamiento con los siguientes puntos:

Cómo funcionan los adaptadores SMPS

En un diagrama de circuito de suministro de energía en modo de conmutación, la CA de entrada se rectifica y filtra primero para producir una magnitud relevante de CC.

La CC anterior se aplica a una configuración de oscilador que comprende un transistor de alto voltaje o un mosfet, acoplado a un devanado primario de transformador de ferrita pequeño bien dimensionado.

El circuito se convierte en un tipo de configuración auto-oscilante que comienza a oscilar a una frecuencia predeterminada establecida por otros componentes pasivos como condensadores y resistencias.

La frecuencia suele estar por encima de los 50 Khz.

Esta frecuencia induce una tensión y una corriente equivalentes en el devanado secundario del transformador, determinada por el número de vueltas y el SWG del cable.

Debido a la participación de altas frecuencias, las pérdidas por corrientes parásitas se vuelven insignificantes y la salida de CC de alta corriente se puede derivar a través de transformadores con núcleo de ferrita más pequeños y devanados de alambre relativamente más delgados.

Sin embargo, el voltaje secundario también estará en la frecuencia primaria, por lo tanto, una vez más se rectifica y filtra utilizando un diodo de recuperación rápida y un condensador de alto valor.

El resultado en la salida es una CC baja perfectamente filtrada, que se puede utilizar eficazmente para operar cualquier circuito electrónico.

En las versiones modernas de SMPS, se emplean circuitos integrados de alta gama en lugar de transistores en la entrada.
Los circuitos integrados están equipados con un mosfet de alto voltaje incorporado para sostener oscilaciones de alta frecuencia y muchas otras características de protección.

Qué protecciones integradas tienen las SMPS

Estos circuitos integrados tienen un circuito de protección integrado adecuado, como protección contra avalanchas, protección contra sobrecalentamiento y protección contra sobretensión de salida, y también una función de modo de ráfaga.

La protección contra avalanchas asegura que el IC no se dañe durante la corriente de encendido del interruptor de encendido.

La protección contra sobrecalentamiento asegura que el IC se apague automáticamente si el transformador no se enrolla correctamente y extrae más corriente del IC, lo que lo hace peligrosamente caliente.

El modo de ráfaga es una característica interesante incluida con las unidades SMPS modernas.

Aquí, la salida DC se retroalimenta a una entrada de detección del IC. Si por alguna razón, normalmente debido a un devanado secundario incorrecto o una selección de resistencias, el voltaje de salida aumenta por encima de un cierto valor predeterminado, el IC apaga la conmutación de entrada y omite la conmutación en ráfagas intermitentes.

Esto ayuda a controlar el voltaje en la salida y también la corriente en la salida.

La función también asegura que si el voltaje de salida se ajusta a algún punto alto y la salida no está cargada, el IC cambia al modo de ráfaga asegurándose de que la unidad se opere de forma intermitente hasta que la salida se cargue adecuadamente, esto ahorra energía de la unidad en condiciones de espera o cuando la salida no está operativa.

La retroalimentación de la sección de salida al IC se implementa a través de un optoacoplador para que la salida permanezca bien alejada de la entrada de CA de la red de alto voltaje, evitando choques peligrosos.




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