����������� Fuentes de voltaje Switcheadas o� conmutadas

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����������� Introducci�n

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����������� Actualmente la �nica forma de distribuir la energ�a el�ctrica, es en forma de voltaje y corriente alterna, sin embargo muchos aparatos electr�nicos operan con energ�a el�ctrica en forma de corriente y voltaje directo. Lo que implica la necesidad de convertir el voltaje y corriente alterno en voltaje y corriente directo.

����������� �A este tipo de convertidores de V_CA a V_CC se les conoce generalmente como fuentes de alimentaci�n y de las cuales destacan actualmente las llamadas fuentes lineales o reguladas serie y las fuentes de conmutaci�n o de switcheo. Ambos tipos de fuentes cumplen perfectamente con el prop�sito b�sico de conversi�n de V_CA a V_CC, con ciertas ventajas y desventajas caracter�sticas de cada una de ellas.

����������� Fuentes Lineales

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����������� Las fuentes lineales se caracterizan por implementar un mecanismo de regulaci�n basad en un elemento de paso serie, que consiste generalmente de uno o varios transistores, que trabajan como resistencias variables que disipan el exceso de energ�a en forma de calor, por lo que se dice que tienen un regulador disipativo y que a su vez implica una baja eficiencia, para ilustrar esto supongamos que tenemos una fuente lineal regulada serie como la mostrada en la figura 4.1, donde el transformador de entrada se encarga de aislar la carga y de adecuar el voltaje de entrada, al elemento de paso o regulador el cual consumir� potencia de forma proporcional al producto de la corriente de carga I_C por la diferencia de voltaje de entrada y el de salida V_O del regulador, es decir que esta potencia representa perdidas para el sistema, litando la cantidad de potencia disponible para la carga o de la diferencia de voltaje, por lo que la eficiencia del regulador esta dado por la siguiente ecuaci�n:

����������� De la relaci�n anterior se ve que para obtener la m�xima eficiencia, el voltaje de salida deber� ser lo m�s cercano posible al voltaje de entrada. Como se menciono anteriormente la perdida de potencia en el regulador (V_I-V_O)I totalmente se disipa en forma de calor, lo que implica una cuidadosa secci�n de un enfriador adecuado del elemento de paso, adem�s de ubicar en las fuentes lineales en aplicaciones de � y baja potencia por lo general menos de 100 Watts.

Por otro lado del punto de vista de regulaci�n estabilidad, bajo nivel de rizo, baja impedancia de salida en las fuentes lineales es excelente, adem�s de poseer una baja susceptibilidad electromagn�tica en un factor de 10 a 20 son mejores que las conmutadas.

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Figura 4.1

Fuentes conmutadas

����������� Las fuentes lineales proporcionan una salida de voltaje constante para una entrada variable, pero lo hace ineficientemente. El medio m�s eficiente de regulaci�n de voltaje es el implementado en las fuentes de conmutaci�n, de hecho se trata de los mismos elementos de paso (transistores), pero en lugar de utilizarlos como una resistencia variable, ahora es encendido y apagado dependiendo de que tanto voltaje de salida se desea, es decir, ahora el elemento de paso se comporta como un switch, que se abre y se cierra a una frecuencia relativamente alta, generando as� una forma de onda cuadrada o casi cuadrada que a su vez es alimentada por un filtro pasa bajas, resultando as� una corriente continua controlable en amplitud, la eficiencia de este m�todo de regulaci�n es usualmente alta entre un 70% y 95%.

����������� De hecho las fuentes, son sobre todo por el funcionamiento del elemento de paso convertidores CD a CD de un solo cuadrante, esto recuerda mucho la forma de operaci�n de un troceador o un inversor, dependiendo as� si est�n o no acoplados del trasformador o la carga.

����������� Este tipo de fuente se les puede llamar configuraciones tipo T debido a que est�n formadas por tres elementos principalmente que son:

o        Un transistor (interruptor)

o        Un Inductor

o        Un diodo de carga

El voltaje de salida puede ser variado por medio de una relaci�n que se llama ciclo de trabajo (ciclo de servicio).

Donde pueden ser variados los tiempos de encendido o bien los tiempos de frecuencia.

����������� El V_O puede ser variado por el ciclo de trabajo.

Modulaciones para obtener el voltaje de salida.

PWM (t_on variable y T constante)

Frecuencia (t_on constante y T variable)

Tipo Buck (Step - Down)

Tipo Boost� (Step – Up)

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����������� Tipo Buck Boost ( Fly – Back )

����������� D.D. = Diodo de descarga

����������� DV_o = Voltaje de rizo de salida de pico a pico (valor peque�o)

����������� I_o = Corriente de salida

����������� Otra variaci�n de este tipo de fuentes es la del circuito conectado en configuraci�n push-pull que trabaja en base a dos transistores conectados a un devanado de un primario de un trasformador, generando as� un voltaje de corriente alterno en el secundario del transformador. Pero a una frecuencia relativamente alta; cabe mencionar que neutro del transformador es alimentado por un voltaje de DC y que los colectores de los transistores van conectados a cada uno de las partes del primario del transformador. Los transistores trabajan defasados 180� uno del otro y a continuaci�n se muestra el circuito:

����������� Frecuencia de operaci�n entre 10 y 20 Khz, necesariamente transformador de ferrita

����������� Calculo del trasformador de ferrita:

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Tabla comparativa entre una fuente lineal y una conmutada

����������� Calcular L y L_o, el ciclo de trabajo de una fuente tipo Buck, una tipo Boost y una tipo Buck-Boost, donde la frecuencia de operaci�n es de 20 kHz, el V_in a 32v, en la fuente Buck se pretende que el voltaje sea 5v, en la Boost 64v y en la Buck-Boost de –5v. El DV_o es de 0.1 volts, la corriente de 2 Amperes; para estos valores de voltaje de salida determine en donde esta el ciclo de trabajo t_on y t_off.