Fuentes de alimentación: características y funciones
Antes de comenzar, debemos definir qué es una
fuente de alimentación. La misma consiste en un equipo encargado de transformar la
corriente alterna (AC), la cual proviene directamente de la corriente eléctrica, en corriente continua (DC). Esta última es la que precisan la mayoría de los dispositivos para funcionar correctamente. El ejemplo más común de dispositivo que precisa una fuente de alimentación continua es el cargador del celular.
Ahora bien, existen dos tipos de fuentes de alimentación. Estas son las lineales y las conmutadas.
Las fuentes de alimentación lineales son sencillas, pero poseen una eficiencia baja, ya que pierden mucha energía en el proceso de conversión de corriente alterna a continua.
Si observamos una fuente de alimentación lineal paso a paso, en una primera instancia la señal pasa por un transformador, reduciendo la tensión de entrada a niveles más bajos. Luego, la señal pasa por un rectificador, el cual elimina las ondas negativas, llamado rectificador de media onda, o las convierte en positivas, llamado rectificador de onda completa.
En una tercera instancia, la señal pasa por un filtro, encargado de reducir el rizado de la señal. Por último, la señal pasa por un regulador. Este paso permite adaptar la señal a una tensión constante y la convierte en corriente continua (DC). Para conseguir eliminar el poco rizado que queda a la corriente después de pasar por el filtro, se utiliza un transistor. El transistor actúa como una resistencia, y permite expulsar el exceso de energía en forma de calor.
Como se puede observar, este tipo de fuente de alimentación desecha el exceso de energía en forma de calor, no siendo eficientes, y es por ello que surgieron las fuentes de alimentación conmutadas.
Las fuentes de alimentación conmutadas son de menor tamaño y mucho más complejas, y según para qué sirva o dónde vayan instaladas, precisarán distintos tipos de fuente.
Las fuentes de alimentación conmutadas surgieron principalmente debido a lo costoso del transformador de las fuentes de alimentación, dado que se trata de un componente caro por los materiales que lo conforman, como el cobre. Así, para abaratar costos, se realizaron transformadores más pequeños.
Primero de todo, la tensión alterna de red, por ejemplo 230V, pasa a través del filtro de entrada. Este protege la fuente de interferencias y de los posibles picos de tensión de la fuente hacia la red eléctrica.
Luego, la corriente eléctrica pasa por un rectificador que elimina o convierte las frecuencias negativas en positivas. La tensión llega después al transformador que es modulado por un transistor, también llamado conmutador. De aquí el nombre de fuentes de alimentación conmutadas.
El transistor permite el paso de corriente o lo corta de forma que crea una onda rectangular con una frecuencia fija y definida. Esto es lo que llamamos modulación por ancho de pulsos (PWM).
Se trata de un circuito circular, con lo que el transformador se controla por medio del circuito de retroalimentación compuesto por un optoacoplador y un controlador (driver).
El sistema comprueba cuál es la tensión de salida y, dependiendo de si aumenta o disminuye, cambia el ancho del pulso (duración) controlando el transistor y ajustando de manera que la tensión de salida sea siempre constante.
Finalmente, la tensión rectangular en la salida del transformador se rectifica y luego pasa a través del filtro de salida que debe «bloquear» las armónicas superiores e interferencias generadas por el funcionamiento del convertidor.
En la salida de la fuente conmutada se obtiene la tensión continua estabilizada.
