FUENTES DE PODER

el

Articulo leido en el programa para Radioadficionados del domingo 28 Septiembtre 2015

Nosotros, como radioaficionados, usamos actualmente transceptores (transmisor-Receptor) que requieren el suministro de 13,8 voltios de corriente continua para trabajar. Como el suministro de electricidad, común en nuestras casas, es de 110 voltios de corriente alterna, entonces utilizamos una caja o dispositivo llamado la “La Fuente” por abreviación de fuente de poder encargada de convertir 110 VAC a 13,8 VDC.
La fuente tiene algunos requerimientos: El consumo de corriente, cuando estamos en posición de recepción, el consumo puede ser menos de un amperio pero si pasamos a transmitir, el consumo varia continuamente teniendo picos de 15 a 20 amperios para un equipo común de 100 vatios.
El otro requerimiento importante es que el voltaje debe ser regulado, esto quiere decir que debemos garantizar 13,8 voltios independiente que el consumo sea 1 o 20 amperios o mas.
En general las fuentes están constituidas de un “transformador” que se encarga de cambiar los 110 voltios de corriente alterna a 13 voltios de corriente alterna también. Los 13 VAC se entregan a una etapa de rectificación que los convierte en 13 voltios de corriente continua y finalmente se pasa por circuito de regulación que monitores el voltaje de salida y ajusta el circuito para mantenerlo estable.
Dibujo1
En las fuentes tradicionales, el elemento más voluminoso y pesado es el transformador. Si se requiere un circuito de regulación, este se hace con transistores de tamaño grande que disipan calor generado durante la regulación de altas corrientes. El número de transistores de regulación depende de la máxima corriente que puede suministrar la fuente.
El desarrollo de la electrónica siempre tiende a hacer dispositivos más livianos, más pequeños y más eficientes y las fuentes no se han escapado a esta tendencia.
Para lograr fuentes más livianas y pequeñas se requiere que su transformador sea más liviano y pequeño. El transformador tradicionalmente hecho de láminas de hierro que es relativamente pesadas.
Un transformador convierte la corriente del primario a un flujo magnético en el núcleo del transformador que a su vez produce corriente en el secundario. Es decir que el flujo magnético del núcleo del transformador es el intermediario. Toda la potencia que la fuente debe suministrar pasa por el flujo magnético del núcleo.
El flujo magnético depende de la permeabilidad magnética del núcleo. A frecuencias de 60 Hz es necesario recurrir a núcleo de hierro para lograr un buen flujo magnético en el núcleo del transformador.
Si se aumenta la potencia, se mejora la permeabilidad magnética, tanto así que para frecuencias del orden de varios mega Hertz el aire es suficiente como núcleo de transformador. Pueden observar en el interior de un transmisor se utilizan bobinas de núcleo de aire, que no son otra cosa que transformadores.
Entonces, la clave para disminuir el tamaño de los transformadores es aumentar la frecuencia a que trabajan para reducir los requerimientos de permeabilidad del núcleo. Si el suministro de electricidad de alta frecuencia, los transformadores seria de núcleo de aire y no pesarían mayor cosa, pero la realidad es que la frecuencia es de solo 60 Hz (50 Hz en Europa) y eso nos fuerza a utilizar pesados núcleos de hierro.
Pero los inventos de la industria electrónica han creado un material llamado “Ferritas” que no es otra cosa que un polvo de hierro mezclado con material cerámico para darle solides. Las Ferritas nos permiten tener núcleos magnéticos adecuados a la frecuencia. Para usar frecuencias bajas como 60 Hz, las ferritas, contienen mucho polvo de hierro, en cambio a frecuencias superiores la ferrita contiene muy poco hierro.
Volviendo a nuestro tema de las fuentes, si usáramos una frecuencia de 10 a 15 KHz entonces podemos usar un transformador hecho con núcleo de ferrita y con un peso y tamaño que son una fracción de los transformadores hechos con hierro.
Las fuentes de diseño moderno están basadas en esta idea, transformadores de ferrita trabajando a frecuencias de varios kilohertzios. Para lograr esta frecuencia se recurre a un switch o conmutador que opera a lata frecuencia por lo cual el nombre genérico con que se conocen son fuentes “Swictchadas” o “Conmutadas”.
¿Cómo se hace esto?
Recordemos que la entrada es de 110 VAC a 60 Hz. Lo primero que se hace es rectificar directamente los 110 VAC para convertir a corriente continua de 110 VDC. Este voltaje continuo de 110 voltios se suministra al transformador de ferrita atreves de un transistor que trabaja físicamente como un interruptor o switch, es decir permito o no permite el paso de la corriente.
El transistor es controlado por un oscilador por un oscilador interno que le ordena ciclos de conducción/no conducción de 10 a 15 veces por segundo. El voltaje conmutado alimenta al primario del transformador que tiene un secundario con una relación de vueltas en el secundario adecuado para bajar de 110 voltios, en el primario, a unos 13 voltios en el secundario.
El voltaje en el secundario será de unos 13 voltios pero es una corriente alterna de 10 a 15 kHz igual a la que se está pasando por el transformador. Como queremos es corriente continua, entonces, simplemente se rectifica y se pasa por unos filtros (condensadores electrolíticos) para que la salida sea lo más limpia posible.
Dibujo14
Este proceso: rectificar, conmutar, transformar, rectificar y filtrar parece complejo pero los componentes electrónicos modernos lo permiten y además aporta una ventaja muy importante y es la regulación dinámica.
La fuente se tiene un circuito que monitorea cual es el voltaje de salida en nuestro caso 13 voltios. Este circuito de monitor re alimenta la información del oscilador que controla el transistor (o transistores) que conmutan. El oscilador con la información recibida controla el ancho del pulso que ordena conducir al transistor, es decir el tiempo que el transistor esta ON.
Si el voltaje de salida disminuye (porque el consumo de amperios aumenta) entonces el oscilador permite mas tiempo el transistor conduciendo. En cambio si el voltaje de salida aumenta, entonces oscilador disminuye el tiempo de conducción.
El rango de regulación conseguido por este medio es tan grande que estas fuentes switchadas (conmutadas) pueden soportar voltajes de entrada entre 100 a 250 voltios y entregar la salida perfectamente estable en 13 voltios.

Anuncios

Un comentario Agrega el tuyo

  1. Oscar Robledo dice:

    El hecho que una fuente conmutada acepte una entrada entre 100 a 240 voltios AC, hace que sea llamada UNIVERSAL, porque permite el uso en cualquier parte del mundo, como ocurre con los adaptadores para las videocámaras y los computadores portátiles, por ejemplo.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s