Fuente conmutada: qué es, diferencias con la lineal, y para qué sirve

fuente conmutada

Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico capaz de transformar energía eléctrica mediante una serie de componentes eléctricos, como los transistores, reguladores de tensión, etc. Es decir, es una fuente de alimentación, pero con diferencias respecto a las lineales. Estas fuentes son conocidas también como SMPS (Switch Mode Power Supply), y actualmente se emplean para multitud de aplicaciones…

Qué es una fuente de alimentación

fuente ATX

Una fuente de alimentación, o PSU (Power Supply Unit), es un dispositivo empleado para hacer llegar la electricidad de forma adecuada a diferentes componentes o sistemas. Su cometido es recibir la energía de la red eléctrica y convertirla a una tensión y corriente adecuada para que el los componentes conectados puedan funcionar adecuadamente.

La fuente de alimentación no solo modificará el voltaje de su salida respecto a su entrada, sino que también puede modificar su intensidad, rectificarla y estabilizarla para transformar de corriente alterna a corriente continua. Eso es lo que sucede en una fuente de un PC, por ejemplo, o en el adaptador para cargar una batería. En estos casos, la CA pasará de los 50 Hz y 220/240v habituales, a una CC a 3.3v, 5v, 6v, 12v, y similares…

Fuentes lineales vs fuentes conmutadas: diferencias

fuente conmutada

Si recuerdas los adaptadores o cargadores de los teléfonos más antiguos, eran de mayor tamaño y pesado. Esos eran fuentes de alimentación lineales, mientras que los actuales más ligeros y compactos son fuentes de alimentación conmutadas. Las diferencias:

  • En una fuente lineal se reduce la tensión de la corriente eléctrica mediante un transformador, para luego ser rectificada por diosos. También tendrá otra etapa con condensadores electrolíticos u otros estabilizadores de tensión. El problema de este tipo de transformadores es la pérdida de energía en forma de calor debido al transformador. Además, este transformador no solo tiene un núcleo metálico pesado y voluminoso, sino que para corrientes de salida altas necesitarán un bobinado con hilo de cobre muy grueso, por lo que también aumenta el peso y tamaño.
  • Las fuentes conmutadas usan un principio similar para el proceso, pero tiene diferencias. Por ejemplo, en estos casos hacen crecer la frecuencia de la corriente, pasando de los 50 Hz (en Europa), a los 100 Khz. Eso hace que se reduzcan las pérdidas y se consiga reducir mucho el tamaño del transformador, por lo que serán más ligeros y compactos. Para que eso sea posible, transforman la CA en CC, después de CC a CA con una frecuencia diferente a la inicial, y después vuelven a transformar dicha CA a CC.

Actualmente, las fuentes de alimentación lineales prácticamente han desaparecido, debido a su peso y tamaño. Ahora se usan más las conmutadas en todo tipo de aplicaciones.

Por tanto, las puntos destacados según la forma de funcionar básica, son:

  • El tamaño y peso de las lineales puede ser significativo, con hasta 10 Kg en algunos casos. Mientras que las conmutadas el peso puede ser de solo unos gramos.
  • En el caso del voltaje de salida, las fuentes lineales regulan la salida usando voltajes más altos de etapas previas y luego producir más bajos a su salida. En el caso de la conmutada pueden ser iguales, inferiores, e incluso invertidos a los de la entrada, por lo que es más versátil.
  • La eficiencia y disipación también difiere, ya que las conmutadas son más eficientes, aprovechando mejor la energía, y no disipan tanto calor, por lo que no necesitarán sistemas de refrigeración tan grandes.
  • La complejidad es algo mayor en las conmutadas debido al mayor número de etapas.
  • Las fuentes lineales no producen interferencias generalmente, por lo que son mejores cuando las interferencias no deben ocurrir. La conmutada trabaja con más altas frecuencias, y por eso no es tan buena en este sentido.
  • El factor de potencia de las fuentes lineales es bajo, porque se obtiene energía en los picos de voltaje de la línea de alimentación. Esto no es así en las conmutadas, aunque se han agregado etapas previas para corregir este problema en gran metida, especialmente en los aparatos vendidos en Europa.

Funcionamiento

fuente conmutada

Fuente: Avnet

Para comprender bien el funcionamiento de la fuente conmutada, se debe esquematizar sus diferentes etapas como bloques, como se puede comprobar en la imagen anterior. Estos bloques tienen su función específica:

  • Filtro 1: se encarga de eliminar los problemas de la red eléctrica, como el ruido, armónicos, transitorios, etc. Todo esto puede interferir en el funcionamiento de los componentes alimentados.
  • Rectificador: su función es evitar que la parte de la señal sinusoidal pase, es decir, que la corriente solo pase en un sentido, generando una onda en forma de pulso.
  • Corrector del factor de potencia: si la corriente está desfasada respecto a la tensión, no se aprovechará bien toda la potencia de la red, y este corrector solventa este problema.
  • Condensador: los condensadores harán que amortigüen la señal de pulsos que sale de la etapa anterior, almacenando la carga y haciendo que salga mucho más plana, casi como una señal continua.
  • Transistor/Controlador: actúa como control del paso de corriente, cortando y activando el paso, lo que vuelve a transformar la corriente casi plana anterior en pulsante. Todo estará controlado por el controlador, que también puede actuar como elemento protector.
  • Transformador: reduce la tensión de su entrada para adaptarla a un voltaje inferior (o varios voltajes inferiores) a su salida.
  • Diodo: convertirá la corriente alterna que sale del transformador en corriente pulsante.
  • Filtro 2: pasa de corriente pulsante a nuevamente en una continua.
  • Optoacoplador: enlazará la salida de la fuente con el circuito de control para la correcta regulación, una especie de feedback.

Tipos de fuentes

Señal de una fuente de alimentación

Las fuentes conmutada puede clasificarse en cuatro tipos fundamentales:

  • Entrada CA / Salida CC: se compone de un rectificador, conmutador, transformador, rectificador de salida y filtro. Por ejemplo, la fuente de alimentación de un PC.
  • Entrada CA / Salida CA: simplemente se compone por un variador de frecuencia y de un conversor de frecuencia. Un ejemplo de aplicación sería un variador de motor eléctrico.
  • Entrada CC / Salida CA: se conoce como inversor, y no son tan frecuentes como las anteriores. Por ejemplo, se pueden encontrar en generadores de 220v a 50Hz a partir de una batería.
  • Entrada CC / Salida CC: se trata de un conversor de voltaje o de corriente. Por ejemplo, como algunos cargadores de baterías para dispositivos móviles usados en automóviles.

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