COMPARACIÓN ENTRE FUENTES CONMUTADAS Y LINEALES

-Tamaño y peso:

 las fuentes de alimentación lineales utilizan un transformador funcionando a la frecuencia de 50 o 60 hertzios. Este transformador de baja frecuencia es varias veces más grande y más pesado que un transformador correspondiente de fuente conmutada, el cual funciona en frecuencias típicas de 50 kilociclos a 1 megaciclo.La tendencia de diseño es de utilizar frecuencias cada vez mas altas mientras los transistores lo permitan para disminuir el tamaño de los componentes pasivos (capacitores inductores trasnformadores).

Voltaje de la salida – las fuentes de alimentación lineales regulan la salida usando un voltaje más alto en las etapas previas y luego disipando energía como calor para producir un voltaje más bajo, regulado. Esta caída de voltaje es necesaria y no puede ser eliminada mejorando el diseño. Las fuentes conmutadas pueden producir voltajes de salida que son más bajos que el voltaje de entrada, más altos que el voltaje e incluso inversos al voltaje de entrada, haciéndolos versátiles y mejor adaptables a voltajes de entrada variables.

-Eficiencia, calor, y energía disipada:

Una fuente lineal regula el voltaje o la corriente de la salida disipando el exceso de energía como calor, lo cual es ineficaz. Una fuente conmutada usa la señal de control para variar el ancho de pulso, tomando de la alimentación solamente la energía requerida por la carga. En todas las topologías de fuentes conmutadas, se apagan y se encienden los transistores completamente. Así, idealmente, las fuentes conmutadas son 100% eficientes. El único calor generado se da por las características no ideales de los componentes. Pérdidas en la conmutación en los transistores, resistencia directa de los transistores saturados, resistencia serie equivalente en el inductor y los condensadores, y la caída de voltaje por el rectificador bajan la eficiencia. Sin embargo, optimizando el diseño, la cantidad de energía disipada y calor pueden ser reducidos al mínimo. Un buen diseño puede tener una eficiencia de conversión de 95%. Típicamente 75-85% en fuentes de entre 10-50W.Las fuentes conmutadas mas eficientes utilizan rectificación síncrona con transistores Mosfet saturados en el momento adecuado en vez de diodos.

-Complejidad:

 un regulador lineal consiste en última instancia un transistor de potencia, un CI de regulación de voltaje y un condensador de filtro de ruido। En cambio una fuente conmutada contiene típicamente un CI regulador, uno o varios transistores y diodos de potencia como así también un transformador, inductores, y condensadores de filtro. Múltiples voltajes se pueden generar a partir del mismo núcleo de transformador. Para ello se utiliza el control por ancho de pulso de entrada aunque las diferentes salidas pueden tener dificultades para la regulación de carga. Ambos necesitan una selección cuidadosa de sus transformadores. En las fuentes conmutadas debido al funcionamiento a altas frecuencias las perdidas en las pistas del circuito impreso por inductancia de perdida y las capacidades parásitas llegan a ser importantes.

-Interferencia por radiofrecuencia:

La corriente en las fuentes conmutadas tiene cambios abruptos , y contiene una proporción grande de componentes espectrales de alta frecuencia। Cables o pistas largas entre los componentes pueden reducir la eficacia de alta frecuencia de los filtros a condensadores en la entrada y salida। Esta corriente de alta frecuencia puede generar interferencia electromagnética indeseable. Filtros EMI y blindajes de RF son necesarios para reducir la interferencia. Las fuentes de alimentación lineales no producen generalmente interferencia, y se utilizan para proveer de energía donde la interferencia de radio no debe ocurrir.

-Ruido electrónico en los terminales de salida de fuentes de alimentación lineales baratas con pobre regulación se puede experimentar un voltaje de CA Pequeño “montado” sobre la CC. de dos veces la frecuencia de alimentación (100/120 Ciclos). Esta “ondulación” (Ripple en Inglés) está generalmente en el orden de varios milivoltios, y puede ser suprimido con condensadores de filtro mas grandes o mejores reguladores de voltaje. Este voltaje de CA Pequeño puede causar problemas o interferencias en algunos circuitos; por ejemplo, cámaras fotográficas análogas de seguridad alimentadas con este tipo de fuentes pueden tener la modulación indeseada del brillo y distorsiones en el sonido que produce zumbido audible. Las fuentes de alimentación lineales de calidad suprimirán la ondulación mucho mejor. En cambio las Fuentes conmutadas no exhiben generalmente la ondulación en la frecuencia de la alimentación, sino salidas generalmente más ruidosas a altas frecuencias. El ruido está generalmente relacionado con la frecuencia de la conmutación.

-Ruido acústico:

 Las fuentes de alimentación lineales emiten típicamente un zumbido débil, en la baja frecuencia de alimentación, pero ésta es raramente audible (la vibración de las bobinas y las chapas del núcleo del transformador suelen ser las causas ). Las Fuentes conmutadas con su funcionamiento mucho más alto en frecuencia, no son generalmente audibles por los seres humanos (a menos que tengan un ventilador, como en la mayoría de las computadoras personales). El funcionamiento incorrecto de las fuentes conmutadas puede generar sonidos agudos, ya que genera ruido acústico en la frecuencia del oscilador.

-Factor de Potencia:

 las Fuentes lineales tienen bajo factor de potencia porque la energía es obtenida en los picos de voltaje de la línea de alimentación.La corriente en las fuentes conmutadas simples no sigue la forma de onda del voltaje, sino que en forma similar a las fuentes lineales la energía es obtenida solo de la parte mas alta de la onda sinusoidal, por lo que su uso cada vez mas frecuente en computadoras personales y lámparas fluorescentes se constituyo en un problema creciente para la distribución de energía.Existen fuentes conmutadas con una etapa previa de corrección del factor de potencia que reduce grandemente este problema y son de uso obligatorio en algunos países particularmente europeos a partir de determinadas potencias.

-Ruido eléctrico:

sobre la línea de la alimentación principal puede aparecer ruido electrónico de conmutación que puede causar interferencia con equipos de A/V conectados en la misma fase. Las fuentes de alimentación lineares raramente presentan este efecto. Las fuentes conmutadas bien diseñadas poseen filtros a la entrada que minimizan la interferencia causada en la línea de alimentación principal.

PRUEBA Y PROTECCIÓN DE FUENTES CONMUTADAS

Al reparar aparatos electrónicos con fuente conmutada (llamadas también popularmente: "swichadas", derivado de su denominación en Inglés: switched power supply), en muchos casos, encontramos que resulta necesario probarlas desligadas o desconectadas del resto del equipo, para verificar si funcionan correctamente y proporcionan los voltajes adecuados.Pero ... Cuidado !! , algunas fuentes de alimentación de este tipo, no pueden ponerse a funcionar en vacío, sin carga o consumo en su salida.Por otra parte, aunque se trate de una fuente que por su diseño, puede funcionar sin carga, probarla de esa manera no nos da la seguridad, de que mantendrá su funcionamiento y voltaje adecuado cuando esté conectada al resto del equipo.

Por ello, lo recomendable, es probarlas siempre con un consumo o carga adecuada, similar a la que tendrá durante su desempeño normal en el equipo del cual forma parte.

Se describe aquí, una alternativa sencilla, pero muy utilizada para la prueba de fuentes conmutadas, especialmente en Televisores y Monitores de PC de TRC (Tubo de Rayos Catódicos o Cinescopio).Básicamente, se trata de desconectar o eliminar, temporalmente el consumo en la línea de +B (o B+), que alimenta la etapa de salida horizontal (la de mayor consumo en TV y monitores), y conectar como carga o consumo, un bombillo (bombilla, lámpara, foco) incandescente de uso corriente para iluminación domestica y de potencia adecuada (ver la tabla más adelante).

En las Figuras 1 y 2, se muestran dos maneras de realizar esto.La primera (figura 1) se puede aplicar, tanto en TV y monitores de PC. Se desconecta o "abre" el circuito o línea de +B, se conecta el bombillo o foco, como se muestra en la imagen y se procede a encender la fuente. Si funciona, el bombillo encenderá y mediante el multímetro (tester) se podrá verificar si el voltaje es el correcto para esa fuente.

El segundo método (figura 2) es aplicable solamente en televisores. Se desconecta o retira el transistor de salida horizontal (HOT) y se conecta allí el bombillo, entre los puntos donde estaban conectados el Emisor y Colector de dicho transistor. Se procede a encender la fuente y medir el voltaje que entrega.Este método es práctico, cuando se ha encontrado el transistor de salida horizontal en corto. Al retirarlo, se puede realizar la prueba para verificar si la fuente funciona y si entrega el voltaje correcto, antes de instalar el nuevo transistor.

Consideraciones importantes

En algunos casos, puede ocurrir que al encender el equipo para realizar la prueba, aparezca el voltaje y el bombillo encienda, solo por unos segundos, para luego apagarse.Esto es normal en algunos equipos, en los que por su diseño, la fuente es controlada (ON-OFF) desde el microcontrolador. Ocurre que el "micro" vigila (entre otros) los circuitos de horizontal y/o vertical y al detectar que no funcionan, apaga el equipo. Lo cual es lógico que ocurra en esos casos, pues hemos desconectado temporalmente la etapa horizontal.Sin embargo, para los fines de la prueba, esos pocos segundos de encendido, son suficientes para verificar si el voltaje que entrega la fuente es del valor correcto, especificado en el diagrama o manual de servicio del equipo, lo que nos indicará que la fuente está funcionado correctamente.

Si el voltaje medido durante la prueba, es de un valor diferente del especificado para esa fuente, se debe buscar la causa y solucionarla antes de conectarla a los circuitos que debe alimentar. (una diferencia de menos del 5%, podría ser normal)

Este método de prueba no es aplicable a algunas fuentes conmutadas que utilizan "realimentación" o pulsos de referencia desde el Flyback, como ocurre en algunos modelos de TV Sharp. Sin embargo, funciona para la gran mayoría (más del 94%) de los TV y monitores.

ETAPAS DE LAS FUENTES

Las fuentes conmutadas son de circuitos relativamente complejos, pero podemos siempre diferenciar cuatro bloques constructivos básicos:

CONFIGURACIÓN BÁSICA

En el regulador flyback se puede variar sutilmente el modo de trabajo, continuo o discontinuo.

Modo Discontinuo: es el modo Boost estrictamente, donde la energía se vacía completamente del inductor antes de que el transistor vuelva a encenderse.

Modo Continuo: antes que la bobina se vacié enciende nuevamente el transistor। La ventaja de este modo radica en que el transistor sólo necesita conmutar la mitad de un gran pico de corriente para entregar la misma potencia a la carga.

El regulador Forward difiere del Flyback en que agrega un diodo más para ser usado como diodo de libre rodado en el filtro LC y un devanado más en el transformador para lograr el reestablecimiento. Gracias a todo esto puede entregar potencia a la carga mientras el transistor está encendido. El ciclo de trabajo no puede superar el 50%.