Clasificación de las fuentes de alimentación y sus diferentes tipos

La fuente de alimentación es la parte del hardware que se utiliza para convertir la energía suministrada por la toma de corriente en energía que puede ser utilizada por muchas partes dentro de un dispositivo eléctrico. Cada fuente de alimentación debe accionar su carga, que está conectada a ella. Dependiendo de su diseño, una fuente de alimentación puede obtener energía de varios tipos de fuentes de energía, como sistemas de transmisión de energía eléctrica, sistemas electromecánicos como generadores y alternadores, convertidores de energía solar, dispositivos de almacenamiento de energía como baterías y pilas de combustible, u otros tipos de fuentes de alimentación. Hay dos tipos de fuentes de alimentación: las de corriente alterna y las de corriente continua. Dependiendo de las especificaciones eléctricas del aparato eléctrico, éste puede utilizar corriente alterna o continua.

¿Qué es una fuente de alimentación?

Una fuente de alimentación puede definirse como un dispositivo eléctrico utilizado para suministrar energía eléctrica a las cargas eléctricas. La función principal de este dispositivo es cambiar la corriente eléctrica de una fuente a la tensión, la frecuencia y la corriente más adecuadas para alimentar la carga. A veces estas fuentes de alimentación también pueden llamarse convertidores de energía eléctrica. Algunos tipos de fuentes de alimentación son piezas separadas de las cargas, mientras que otras están integradas en los dispositivos que controlan.

Diagrama de bloques de la fuente de alimentación

El circuito de alimentación se utiliza en diversos aparatos eléctricos y electrónicos. Los circuitos de alimentación se clasifican en diferentes tipos según la potencia que utilizan para alimentar los circuitos o dispositivos. Por ejemplo, los circuitos basados en microcontroladores suelen ser circuitos de alimentación regulada (RPS) de 5 V CC, que pueden diseñarse con la ayuda de diferentes métodos para cambiar la alimentación de 230 V CA a 5 V CC.

A continuación se muestra el diagrama de bloques de la fuente de alimentación y la conversión paso a paso de 230 V CA a 12 V CC.

• Un transformador reductor convierte los 230 V de CA en 12 V.
• Un puente rectificador se utiliza para transformar la corriente alterna en corriente continua
• Se utiliza un condensador para filtrar las ondas de CA y transmitirlas al regulador de tensión.
• Por último, el regulador de tensión ajusta la tensión a 5 V y finalmente se utiliza un diodo de bloqueo para detectar la forma de onda pulsante.

Clasificación de las fuentes de alimentación y sus diferentes tipos

Aquí hablaremos de los diferentes tipos de fuentes de alimentación que hay en el mercado. La siguiente tabla muestra los tipos básicos de fuentes de alimentación para las siguientes condiciones.

Fuente de alimentación de CA variable

Un transformador genera diferentes tensiones de corriente alterna. El transformador puede tener varios devanados o derivaciones, en cuyo caso el instrumento utiliza interruptores para seleccionar diferentes niveles de tensión. Como alternativa, se puede utilizar un transformador variable (autotransformador ajustable) para variar continuamente las tensiones. Algunas fuentes de alimentación de CA variable están equipadas con medidores para controlar la tensión, la corriente y/o la potencia.

Fuente de alimentación lineal no regulada

Las fuentes de alimentación no reguladas contienen un transformador reductor, un rectificador, un condensador de filtro y una resistencia de purga. Debido a su simplicidad, este tipo de fuente de alimentación es la menos costosa y la más fiable para las necesidades de baja potencia. El principal inconveniente es que la tensión de salida no es constante. Varía en función de la tensión de entrada y la corriente de carga, y el rizado no es adecuado para las aplicaciones electrónicas. La ondulación puede reducirse cambiando el condensador del filtro por un filtro LC (inductor-condensador), pero el coste aumenta.

Transformador de entrada

El transformador de entrada se utiliza para convertir la tensión de red entrante al nivel requerido por la fuente de alimentación. También aísla el circuito de salida de la línea de alimentación. En este caso, utilizamos un transformador reductor.

Rectificador

El rectificador se utiliza para convertir la señal de entrada de un formato de CA a CC en bruto. Los diferentes tipos de rectificadores disponibles son el rectificador de media onda y el rectificador de onda completa.

Condensador de filtro

La corriente continua pulsada del rectificador se envía al condensador del filtro. Esto elimina las ondulaciones no deseadas de la corriente continua pulsada.

Resistencia de purga

La resistencia de purga también se conoce como resistencia de descarga de potencia. Se conecta a los condensadores del filtro para descargar su carga almacenada, de modo que la alimentación del sistema no sea peligrosa.

Fuente de alimentación programable

Este tipo de fuente de alimentación permite controlar a distancia su funcionamiento a través de una entrada analógica o de interfaces digitales como GPIB o RS232. Las propiedades controladas de esta fuente de alimentación son la corriente, la tensión y la frecuencia. Este tipo de fuente de alimentación se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, como la fabricación de semiconductores, los generadores de rayos X, el control del crecimiento de los cristales y la comprobación automática de equipos.

Normalmente, estos tipos de fuentes de alimentación utilizan un microordenador esencial para controlar y supervisar el funcionamiento de una fuente de alimentación. Una fuente de alimentación con interfaz informática utiliza protocolos de comunicación estándar (o propios) y un lenguaje de control de dispositivos como el SCPI (standard-commands-for-programmable-instruments)

Fuente de alimentación del ordenador

La fuente de alimentación de un ordenador es la parte del hardware que se utiliza para transformar la energía suministrada por la toma de corriente en energía utilizable para las distintas partes del ordenador. Convierte la corriente alterna en corriente continua

También controla el sobrecalentamiento mediante el control del voltaje, que puede modificarse manual o automáticamente en función de la alimentación. La fuente de alimentación también se llama convertidor de potencia o unidad de alimentación.

En un ordenador, los componentes internos, como las carcasas, las placas base y las fuentes de alimentación, vienen en diferentes configuraciones y tamaños, conocidos como factores de forma. Estos tres componentes deben estar bien combinados para que funcionen correctamente.

Fuente de alimentación regulada linealmente

Las fuentes de alimentación lineales reguladas son lo mismo que las fuentes de alimentación lineales no reguladas, salvo que se utiliza un regulador de 3 terminales en lugar de una resistencia de purga. El objetivo principal de esta fuente de alimentación es suministrar el nivel de potencia de CC necesario a la carga. La fuente de alimentación de CC utiliza una fuente de alimentación de CA como entrada. Diferentes aplicaciones requieren diferentes niveles de tensión de alimentación, pero hoy en día, las fuentes de alimentación de CC proporcionan una tensión de salida precisa. Esta tensión se regula mediante un circuito electrónico para proporcionar una tensión de salida constante en una amplia gama de cargas de salida.

El siguiente es el esquema básico de la fuente de alimentación lineal regulada.

Las principales características de esta fuente de alimentación son las siguientes

• La eficiencia de esta fuente de alimentación está entre el 20 y el 25%
• Los materiales magnéticos utilizados en esta fuente de alimentación son el núcleo CRGO o la aleación de acero.
• Es más fiable, menos complejo y más voluminoso.
• Proporciona una respuesta más rápida.

Las principales ventajas de las fuentes de alimentación lineales son la fiabilidad, la sencillez, el bajo coste y el bajo nivel de ruido. Además de estas ventajas, existen algunos inconvenientes como

Estas fuentes de alimentación son ideales para aplicaciones de baja potencia, pero cuando se necesita una potencia elevada, los inconvenientes se hacen más evidentes. Las desventajas de este tipo de fuente de alimentación son la elevada pérdida de calor, el tamaño y la baja eficiencia. Cuando la fuente de alimentación lineal se utiliza en aplicaciones de alta potencia, requiere grandes componentes para manejar la potencia.

Alisar

Una vez rectificada por una señal de CA, la corriente continua debe suavizarse para eliminar las variaciones de tensión. Para ello se suelen utilizar condensadores de gran valor.

Regulador de tensión

Un regulador lineal tiene un dispositivo de paso activo (BJT o MOSFET) (en serie o en derivación) controlado por un amplificador diferencial de alta ganancia. Compara la tensión de salida con una tensión de referencia precisa y ajusta el dispositivo de paso para mantener un nivel de tensión de salida constante. Hay dos tipos principales de fuentes de alimentación lineales. Lee más sobre Diferentes tipos de reguladores de tensión con su principio de funcionamiento.

Regulador en serie

Es el regulador más utilizado para las fuentes de alimentación lineales. Como su nombre indica, se introduce un elemento en serie en el circuito, como se muestra en la figura siguiente, y su resistencia se varía a través de la electrónica de control para garantizar que se genera la tensión de salida correcta para la corriente consumida.

Regulador de derivación

El regulador shunt se utiliza menos como elemento principal de un regulador de tensión. En este caso, se coloca un elemento variable a través de la carga, como se muestra a continuación. Hay una resistencia de arranque colocada en serie con la entrada y el regulador en derivación se varía para garantizar que la tensión a través de la carga permanezca constante.

Fuente de alimentación conmutada (SMPS)

La SMPS tiene un rectificador, un condensador de filtro, un transistor en serie, un regulador y un transformador, pero es más complicada que las otras fuentes de alimentación de las que hemos hablado.

El diagrama anterior es un simple diagrama de bloques. El transistor en serie y el regulador rectifican la tensión alterna en una tensión continua no regulada. Esta corriente continua se corta en una tensión constante de alta frecuencia, lo que reduce drásticamente el tamaño del transformador y hace que la fuente de alimentación sea mucho más pequeña. Las desventajas de este tipo de fuente de alimentación son que todos los transformadores deben fabricarse a medida y que la complejidad de la fuente de alimentación no se presta a aplicaciones de baja potencia o rendimiento. Consulta este enlace para saber todo sobre el SMPS.

Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI)

Un SAI es una fuente de energía de reserva que, en caso de fallo o fluctuación del suministro eléctrico, da tiempo a un apagado ordenado del sistema o a la puesta en marcha de un generador de reserva. El SAI suele estar formado por un banco de baterías recargables y circuitos de detección y acondicionamiento de energía. Consulta este enlace para saber más sobre el diagrama del circuito del SAI y los diferentes tipos de SAI.

Fuente de alimentación de CC

Una fuente de alimentación de CC es una fuente de alimentación que proporciona una tensión de CC constante a su carga. Dependiendo de su diseño, una fuente de alimentación de CC puede ser controlada por una fuente de alimentación de CC o por una fuente de alimentación de CA, como la red eléctrica.

Este artículo trata de los diferentes tipos de fuentes de alimentación, como las fuentes de alimentación lineales, las fuentes de alimentación conmutadas y las fuentes de alimentación ininterrumpida. Además, si quieres realizar proyectos de electrónica y electrotecnia o quieres información sobre los tipos de fuentes de alimentación, no dudes en dar tus sugerencias y comentarios en la sección de comentarios de abajo.