Fuentes lineales y conmutadas y otras maneras de abrazar la locura
¡Aloha mentes electrónicas! La alimentación, siempre hablando de la alimentación. Pero no de las proteínas y las grasas, sino de que si fuentes de corriente que si fuentes de voltaje, que si tensiones, que si corrientes…
¿Por qué no abandonamos la teoría y hablamos de cómo se implementa esto en la realidad? ¿Cómo son las fuentes de alimentación reales? ¿Hay opciones o es todo lo mismo? Cuántas dudas y cuán poco tiempo para resolverlas…
Tipos de fuentes de alimentación
Como ya sabes, las fuentes de alimentación se encargan de pasar de corriente alterna a corriente continua. Es decir, convierten la energía que llega de nuestro enchufe a algo que pueden utilizar nuestros dispositivos electrónicos. La razón de utilizar corriente alterna es por ser más fácil y más barata de transportar que la corriente continua.
Pero bueno, centrémonos en el tema de las fuentes de alimentación. Fuentes de alimentación hay dos tipos: fuentes lineales y fuentes conmutadas. Las fuentes lineales son simples pero su eficiencia es baja. Esto significa que son fáciles de hacer y de mantener pero que en la conversión de AC a DC (alterna a continua) se pierde mucha energía por el camino. Y eso siempre es malo.
Por otra parte, las fuentes conmutadas son más eficientes, más pequeñas… Pero mucho más complejas. Vamos, que al final hay que elegir lo que nos conviene más. ¿Hablamos un poco de las fuentes lineales?
Fuentes lineales
Las fuentes lineales siguen una estructura estricta. Primero, la señal es transformada, esto quiere decir que se convierte de una tensión a la otra que deseamos (podrían ser 5V, 12V, 24V…). Además, en este proceso se tiene muy en cuenta separar la masa (GND) y tierra. De manera que entra una señal con positivo, negativo y tierra y aparece un positivo y un negativo (Que sería GND) de la señal.
Ahora ya, con el voltaje final deseado, lo que se hace es rectificar la señal, convertir la corriente alterna en corriente continua. Pasar de una señal que oscila a una señal recta y continua.
En este punto, se pasa a una fase de filtrado, la señal pasa por un filtro para reducir el rizado. Por último pasa por una fase de regulación. En esta última fase la señal de salida se va adaptando para que sea constante aunque la entrada varíe un poco. Para ello se utiliza un transistor que actúa como si fuera una resistencia que se va adaptando. De esta manera, estamos haciendo que el exceso de energía que tenemos desaparezca convirtiéndolo en calor que sale de la resistencia.
Esto, señores, no es nada eficiente ya que la energía la utilizamos igualmente, lo que hacemos es tirarla al ambiente porque nos molesta en nuestro circuito. Y es por eso existen las fuentes conmutadas…
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Fuentes conmutadas
En las fuentes conmutadas todo cambia. En las fuentes lineales utilizábamos un transistor que se polarizaba en su región activa para crear esta resistencia variable.
Ahora lo que pasa es que tenemos varios transistores que pasan de abiertos (corte) a cerrados (en saturación) y viceversa muy rápido. La señal que sale es una cuadrada que pasa por un transformador (igual que en las lineales) de ferrita que se encarga de poner la tensión adecuada.
Con este voltaje, hay que rectificarlo para que pase de AC a DC y tener así corriente continua. Como ya sabemos, esta señal hay que filtrarla para eliminar el rizado.
Como ves, el resultado es el mismo pero nos falta el regulador. Esta regulación ya se gestiona de base mediante el conmutador, que no es más que los transistores que pasan de abiertos a cerrados y viceversa. Con esto se genera una señal PWM que es la que nos permite jugar con el nivel de la tensión según la entrada que tenemos.
Para ello se cambia el ciclo de trabajo, es decir, el tiempo que está ON y OFF la señal cuadrada.Esto hace que la eficiencia sea mucho más alta y se aproveche mucho mejor la energía.
Las bondades y maldades de cada tipo de fuente
Parece que las fuentes conmutadas son la panacea y lo que deberíamos utilizar en todos los proyectos, pero cuidado. Con estas conmutaciones tan rápidas de los transistores se genera un ruido de alta frecuencia que puede afectar a otros aparatos creándoles interferencias.
En los dispositivos comerciales, estas interferencias están vigiladas y tienen unos límites por lo que puede que todo ese ruido nos sea contraproducente.
Eso sí, si no nos importa esto porque estamos en un ambiente más maker o porque tenemos estas interferencias controladas, la verdad es que con las fuentes conmutadas vamos a tener unas fuentes más pequeñas, más eficientes (consumen menos), más baratas y que se calientan menos.
Si nos decantamos por las fuentes lineales tendremos algo más rápido, con menos interferencias y con una regulación mejor. Así que, ¿Tú qué decides?
Conmutaciones por aquí, conmutaciones por allá…
Hasta aquí hemos llegado esta semana. Espero no haberte mareado con todos los elementos que llevan las fuentes. De hecho alguna cosa me he dejado en el tintero, pero no es cuestión de marear a nadie y que la gente huya del blog despavorida…
Nos vemos la semana que viene. Mientras tanto, disfruten de la conmutación 😛
