Tipos de fuentes de alimentación

Las fuentes de alimentación reguladas generalmente se refieren a una fuente de alimentación capaz de suministrar una variedad de voltajes de salida útiles para realizar pruebas en banco de circuitos electrónicos, posiblemente con una variación continua del voltaje de salida, o simplemente algunos voltajes preestablecidos. Casi todos los dispositivos electrónicos utilizados en circuitos electrónicos necesitan una fuente de alimentación de CC para funcionar. Una fuente de alimentación regulada consiste esencialmente en una fuente de alimentación ordinaria y un dispositivo regulador de voltaje. La salida de una fuente de alimentación normal se alimenta al dispositivo regulador de voltaje que proporciona la salida final. El voltaje de salida permanece constante independientemente de las variaciones en el voltaje de entrada de CA o variaciones en la corriente de salida (o carga), pero su amplitud varía de acuerdo con el requisito de carga.

Algunos de estos tipos de fuentes de alimentación se describen a continuación.

SMPS

El impulso de la industria hacia sistemas electrónicos más diminutos, livianos y productivos ha impulsado el avance de la SMPS, nada más que una fuente de alimentación conmutada. Hay algunas topologías que se utilizan normalmente para actualizar SMPS. Una fuente de alimentación de modo conmutado es una fuente de alimentación electrónica que incorpora un regulador de conmutación para convertir la energía eléctrica de manera eficiente. En esto, al emplear altas frecuencias de conmutación, los tamaños del transformador de potencia y los componentes de filtrado asociados en el SMPS se reducen drásticamente en comparación con el lineal. Los convertidores de CC a CC y los convertidores de CC a CA pertenecen a la categoría de SMPS.

En un circuito regulador lineal, el exceso de voltaje del suministro de entrada de CC no regulado cae a través de un elemento en serie y, por lo tanto, hay una pérdida de potencia en proporción a esta caída de voltaje, mientras que en el circuito de modo conmutado la parte no regulada del voltaje se elimina modulando el servicio del interruptor proporción. Las pérdidas de conmutación en los interruptores modernos (como: MOSFET) son mucho menores en comparación con la pérdida en el elemento lineal.

La mayoría de las cargas electrónicas de CC se alimentan de fuentes de alimentación estándar. Desafortunadamente, es posible que los voltajes de fuente estándar no coincidan con los niveles requeridos por microprocesadores, motores, LED u otras cargas, especialmente cuando el voltaje de la fuente no está regulado como las fuentes de batería y otras fuentes de CC y CA.

Diagrama de bloques SMPS:

La idea principal detrás de una fuente de alimentación conmutada (SMPS) se puede entender fácilmente a partir del concepto de explicación conceptual de un convertidor CC-CC. Si la entrada del sistema es CA, la primera etapa es convertir a CC. A esto se le llama rectificación. El SMPS con entrada CC no requiere etapa de rectificación. Muchos SMPS más nuevos utilizarán un circuito especial de corrección del factor de potencia (PFC). Siguiendo la onda sinusoidal de la entrada de CA, podemos generar la corriente de entrada. Y la señal rectificada es filtrada por el condensador del depósito de entrada para producir el suministro de entrada de CC no regulado. El suministro de CC no regulado se proporciona al interruptor de alta frecuencia. Para frecuencias más altas, se requieren componentes con mayor capacitancia e inductancia. En este, los MOSFET pueden usarse como rectificadores síncronos, estos tienen caídas de voltaje de etapa de conducción aún más bajas. La alta frecuencia de conmutación cambia el voltaje de entrada a través del primario del transformador de potencia. Los pulsos de excitación son normalmente de frecuencia fija y ciclo de trabajo variable. La salida del transformador secundario se rectifica y filtra. Luego se envía a la salida de la fuente de alimentación. La regulación de la salida para proporcionar un suministro de CC estabilizado se lleva a cabo mediante el bloque de control o retroalimentación.

La mayoría de los errores de SMPS. Los sistemas operan sobre una base de modulación de ancho de pulso de frecuencia fija, donde la duración del tiempo de activación del variador al interruptor de encendido varía ciclo por ciclo. La señal de ancho de pulso dada al interruptor es inversamente proporcional a la salida del voltaje de salida. El oscilador está controlado por la retroalimentación de voltaje de un regulador de circuito cerrado. Por lo general, esto se logra mediante el uso de un pequeño transformador de pulso o un optoaislador, lo que aumenta la cantidad de componentes. En un SMPS, el flujo de corriente de salida depende de la señal de potencia de entrada, los elementos de almacenamiento y las topologías de circuito utilizadas, y también del patrón utilizado para impulsar los elementos de conmutación. Al utilizar filtros LC, se filtran las formas de onda de salida.

Ventajas de SMPS:

• Mayor eficiencia porque el transistor de conmutación disipa poca energía
• Menor generación de calor debido a una mayor eficiencia
• De menor tamaño
• Peso más ligero
• Retroalimentación armónica reducida en la línea de suministro

Aplicaciones de SMPS:

• Computadoras personales
• Industrias de máquinas herramienta
• Sistemas de seguridad

Junto con SMPS, a continuación se analiza otro circuito para suministro regulado y propósito de respaldo.

Fuentes de alimentación lineales

Fuente de alimentación para banco de trabajo con respaldo

Una fuente de alimentación de banco de trabajo es una unidad de fuente de alimentación de CC que puede proporcionar diferentes voltajes de CC regulados que se utilizan con el fin de realizar pruebas o solucionar problemas. Se ha diseñado un circuito simple de fuente de alimentación regulada con respaldo de batería que se puede utilizar como fuente de alimentación de banco de trabajo. Proporciona CC regulada de 12 voltios, 9 voltios y 5 voltios para alimentar prototipos durante las pruebas o la resolución de problemas. También tiene una batería de respaldo para continuar el trabajo si falla la energía. También se proporciona una indicación de batería baja para confirmar el estado de la batería.

Consta de tres secciones principales:

Un rectificador y una unidad de filtro que convierte la señal de CA en una señal de CC regulada utilizando la combinación de transformador, diodos y condensadores.

Una batería utilizada como alternativa, que puede recargarse durante la alimentación principal y utilizarse como fuente de alimentación en caso de ausencia de alimentación principal.

Un indicador de carga de la batería que da una indicación de la carga y descarga de la batería.

Un transformador de 14-0-14, 500 mA, diodos rectificadores D1, D2 y condensador de suavizado C1 la sección de fuente de alimentación . Cuando la energía de la red está disponible, D3 polariza hacia adelante y proporciona más de 14 voltios de CC a IC1, que luego proporciona 12 voltios regulados que se pueden aprovechar desde su salida. Al mismo tiempo, IC2 proporciona 9 voltios regulados e IC3 5 voltios regulados de sus salidas.

Una batería recargable de 12 voltios y 7,5 Ah se utiliza como respaldo. Cuando la red eléctrica está disponible, se carga a través de D3 y R1. R1 limita la corriente de carga. Para evitar la sobrecarga, si la fuente de alimentación se cambia durante mucho tiempo y la batería no se está usando, el modo de carga lenta es seguro. La corriente de carga rondará los 100-150 mA. Cuando falla la alimentación de red, D3 polariza hacia atrás y D4 hacia adelante y la batería asume la carga. Una batería de UPS es una opción ideal.

El diodo Zener ZD y el transistor PNP T1 forman el indicador de batería baja. Este tipo de disposición se utiliza en inversores para indicar el estado de batería baja. Cuando el voltaje de la batería es superior a 11 voltios, Zener conduce y mantiene alta la base de T1 para que permanezca apagada. Cuando el voltaje de la batería cae por debajo de los 11 voltios, el Zener se apaga y T1 se polariza hacia adelante. (El diodo Zener conduce solo cuando el voltaje a través de él es superior a 1 voltio o superior a su voltaje nominal. Por lo tanto, aquí el zener de 10 voltios conduce solo si el voltaje es superior a 11 voltios). El LED se enciende para indicar la necesidad de cargar la batería. VR1 ajusta el punto de apagado correcto del Zener. Cargue la batería completamente y mida su voltaje terminal. Si está por encima de 12 voltios, ajuste el limpiador del VR1 preestablecido en la posición media y gírelo ligeramente hasta que el LED se apague. No gire el Preset hasta los extremos. La batería siempre debe contener suficiente voltaje por encima de 12 voltios (la batería completamente cargada mostrará alrededor de 13,8 voltios), entonces solo IC1 obtiene suficiente voltaje de entrada.

Diagrama de circuito libre de fuente de alimentación autoconmutable

En este diagrama de circuito, dado un circuito de suministro de energía regulado que a través de un regulador de voltaje fijo U1-LM7805 no solo da una variable sino también apagado automático Características. Esto se logra mediante un potenciómetro que está conectado entre el terminal común IC del regulador y tierra. Por cada incremento de 100 ohmios en el valor en circuito de la resistencia del potenciómetro RV1, el voltaje de salida aumenta en 1 voltio. Por lo tanto, la salida varía de 3,7 V a 8,7 V (teniendo en cuenta la caída de 1,3 voltios en los diodos D7 y D8).

Cuando no hay carga conectada a través de sus terminales de salida, entonces el suministro es que se apaga. Esto se logra con la ayuda de los transistores Q1 y Q2, los diodos D7 y D8 y el condensador C2. Cuando se conecta una carga a la salida, la caída de potencial entre los diodos D7 y D8 (aproximadamente 1.3V) es suficiente para que los transistores Q2 y Q1 conduzcan. Como resultado, el relé se energiza y permanece en ese estado mientras la carga permanezca conectada. Al mismo tiempo, el condensador C2 se carga a un potencial de aproximadamente 7-8 voltios a través del transistor Q2. Pero cuando se desconecta la carga (una lámpara aquí en serie con S2), el transistor Q2 se corta. Sin embargo, el condensador C2 todavía está cargado y comienza a descargarse a través de la base del transistor Q1. Después de un tiempo (que está básicamente determinado por el valor de C2), el relé RL1 se desenergiza, lo que apaga la entrada de red al primario del transformador TR1. Para reanudar la energía nuevamente, el botón pulsador del interruptor S1 debe presionarse momentáneamente. El retraso en el apagado de la fuente de alimentación varía directamente con el valor del condensador.

Se utilizó un transformador con un voltaje secundario de 12V-0V, 250mA, sin embargo, se puede cambiar según los requisitos del usuario (hasta 30V como máximo y corriente nominal de 1 amperio). Para consumir más de 300 mA de corriente, el regulador IC debe estar equipado con un pequeño disipador de calor sobre un aislante de mica. Cuando el voltaje secundario del transformador aumenta más allá de los 12 voltios (RMS), el potenciómetro RV1 debe ser redimensionado. Además, la clasificación de voltaje del relé debe estar predeterminada.

Fuente de alimentación variable con LM338

A menudo se requiere una fuente de alimentación de CC para alimentar dispositivos electrónicos. Si bien algunos requieren una fuente de alimentación regulada, hay muchas aplicaciones en las que es necesario variar el voltaje de salida. La fuente de alimentación variable es aquella en la que podemos ajustar el voltaje de salida según los requisitos. La fuente de alimentación variable se puede usar en muchas aplicaciones, como aplicar voltaje variable a motores de CC, aplicar voltajes variables a convertidores CC-CC de alto voltaje para ajustar la ganancia, etc. Se usa principalmente en prueba de proyectos electrónicos .

El componente principal de una fuente de alimentación variable es cualquier regulador cuya salida se pueda ajustar utilizando cualquier medio, como una resistencia variable. Los circuitos integrados reguladores como el LM317 proporcionan un voltaje ajustable de 1,25 a 30 V. Otra forma es usar LM33 IC.

Aquí se utiliza un circuito de fuente de alimentación variable simple que usa LM33, que es un regulador de voltaje de alta corriente.

LM 338 es el regulador de voltaje de alta corriente que puede suministrar un exceso de corriente de 5 amperios a la carga. El voltaje de salida del regulador se puede ajustar de 1,2 voltios a 30 voltios. Requiere solo dos resistencias externas para configurar el voltaje de salida. LM 338 pertenece a la familia LM 138 que está disponible en paquete de 3 terminales. Se puede utilizar en aplicaciones como fuente de alimentación ajustable, regulador de corriente constante, cargadores de batería, etc. Un suministro variable de alta corriente es esencial para probar circuitos amplificadores de alta potencia, durante la resolución de problemas o el servicio. Esto permite que la fuente de alimentación se utilice con altas cargas transitorias y las velocidades se inician en condiciones de carga completa. La protección contra sobrecarga permanece funcional incluso si el pin de ajuste se desconecta accidentalmente.

Descripción del circuito

El circuito básico consta de las siguientes partes:

1. Un transformador reductor para provocar una caída en el voltaje de CA de 230V.
2. Un módulo rectificador para rectificar la señal de CA.
3. Un condensador de electrolito suavizante para filtrar la señal de CC y eliminar las ondulaciones de CA.
4. LM338
5. Una resistencia variable

Funcionamiento del circuito

La fuente de alimentación variable que utiliza el regulador de voltaje positivo LM338 se muestra a continuación. La energía se deriva de un transformador reductor de 0-30 voltios y 5 amperios. El módulo rectificador de 10 amperios rectifica la CA a CC de bajo voltaje que se libera de ondulaciones gracias al condensador de suavizado C1. El condensador C2 y C3 mejora las respuestas transitorias. El voltaje de salida se puede ajustar a través del Pot VR1 al voltaje deseado de 1.2 voltios a 28 voltios. D1 protege contra C4 y D2 protege contra C3 cuando está apagado. El regulador requiere disipador de calor.

Vout = 1.2V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.