Fuentes de alimentacin conmutadasLa eleccin del uso de una fuente de alimentacin conmutada, o una fuente lineal en un diseo particular est basada en las necesidades de la aplicacin. Ambos tipos de fuentes de alimentacin tienen sus ventajas y desventajas.

Fuentes LinealesLa fuente lineal ofrece al diseador tres ventajas principales: Simplicidad de diseo. Operacin suave y capacidad de manejar cargas. Bajo ruido de salida y una respuesta dinmica muy rpida. Para potencias menores a 10W, el costo de los componentes es mucho menor que el de las fuentes conmutadas. Las desventajas del regulador lineal es su lmite de aplicacin. Slo pueden ser reductores de tensin, lo que significa que se necesitar una cada de tensin aceptable para poder controlar la polarizacin de la etapa de potencia lineal y la regulacin en la lnea. En aplicaciones de lnea de 50Hz, debern utilizarse transformadores de linea adicionales de gran volumen, condicionando su versatilidad y practicidad. Segundo, cada regulador lineal puede tener slo una salida. Por esto, para cada salida regulada adicional necesaria, deber incrementarse el circuito de potencia. Tercero, y quizs el ms importante es su eficiencia. En aplicaciones normales, los reguladores lineales tienen una eficiencia del 30 al 60%. Esto significa que por cada Watt los costos se irn incrementando. Esta prdida llamada headroom loss, ocurre en el transistor de paso y, desafortunadamente es necesaria para polarizar la etapa de potencia y para cumplir con las especificaciones de regulacin de lnea, cuando la mayora del tiempo el regulador no funcionar en esas condiciones.

Fuentes ConmutadasLas fuentes conmutadas tienen las siguientes ventajas: La eficiencia de las fuentes conmutadas est comprendida entre el 68 y el 90%. Esto hace reducir el costo de los dispositivos de potencia. Adems, los dispositivos de potencia funcionan en el rgimen de corte y saturacin, haciendo el uso ms eficiente de un dispositivo de potencia. Debido a que la tensin de entrada es conmutada en un forma de alterna y ubicada en un elemento magntico, se puede variar la relacin de transformacin pudiendo funcionar como reductor, elevador, o inversor de tensin con mltiples salidas. No es necesario el uso del transformador de lnea, ya que el elemento magntico de transferencia de energa lo puede remplazar, funcionando no en 50/60 Hz, sino en alta frecuencia de conmutacin, reduciendo el tamao del transformador y en consecuencia, de la fuente; reduciendo el peso, y el coste. Un transformador de energa de 50/60 Hz tiene un volumen efectivo significativamente mayor que uno aplicado en una fuente conmutada, cuya frecuencia es tpicamente mayor que 15 kHz.

La desventaja de las fuentes conmutadas es su diseo ms elaborado. Un diseo de una fuente conmutada puede llevar varias semanas o meses de desarrollo y puesta a punto, dependiendo de los requerimientos. Segundo, el ruido es mayor que el de las fuentes lineales. En la salida y entrada, radia interferencia electromagntica y de radiofrecuencia. Esto puede dificultar el control y no deber ser ignorado durante la fase de diseo. Por ste motivo se debern agregar de proteccin, de arranque suave, y filtros de lnea adicionales como etapas previas. Tercero, la fuente conmutada toma proporciones de energa de la entrada en pulsos de tiempos limitados para transferirlo a la salida en otras condiciones de corriente y tensin, por lo que le llevar mayor tiempo de restablecimiento al circuito para soportar variaciones en la entrada. Esto se llama respuesta transitoria en el tiempo. Para compensar este funcionamiento lento, los capacitores de filtro de salida se debern incrementar para almacenar la energa necesaria por la carga durante el tiempo en que la fuente conmutada se est ajustando. Generalmente, la industria est optando por el uso de fuentes conmutadas en la mayora de las aplicaciones. En la baja potencia, donde es necesaria una mejor caracterstica de rizado se est optando por insertar una fuente lineal en serie con la fuente conmutada. FUENTE DE ALIMENTACIN BSICA: Existen 2 tipos de fuentes conmutadas de alimentacin, siendo las ms adecuadas para ser utilizadas en los receptores de televisin. El convertidor directo (forward converter) es el apropiado para los receptores no aislados de la lnea de alimentacin domiciliaria. El convertidor de retorno (flyback converter) conviene ms para receptores aislados de la lnea de alimentacin domiciliaria. Veamos ahora que sucede con cada una de estas fuentes. En el convertidor directo la energa es almacenada en un inductor, y simultneamente, es transferida a la carga, esto se hace durante el periodo de conduccin del transistor. Debido a que esta configuracin es parecida a un regulador de corriente directa en serie, tambin se le denomina fuente de alimentacin conmutada en serie. Figura 1

CONVERTIDOR DIRECTO NO AISLADO DE LA LNEA En el convertidor de retorno la energa se almacena en el inductor durante el tiempo de conduccin del transistor y se transfiere a la carga durante el retorno o periodo de no conduccin del transistor. Al convertidor de retorno tambin se le denomina fuente de alimentacin conmutada en paralelo. Figura 2

CONVERTIDOR DE RETORNO NO AISLADO DE LA LNEA CONVERTIDOR DIRECTO: En la figura 1 se muestra el diagrama del circuito bsico de este convertidor. Cuando el transistor conduce, el diodo se encuentra polarizado en sentido inverso, el capacitor de salida se carga y la energa es almacenada en el inductor. En el momento que el transito deja de conducir, el voltaje en el inductor se invierte, el diodo conduce y la energa que se encuentra almacenada en el inductor se convierte en una carga electrosttica en el capacitor de salida. Tomando en cuenta esto, se puede agregar al inductor un devanado secundario para as obtener una separacin galvnica (aislamiento de la lnea) entre la etapa de entrada y la salida de la fuente de alimentacin conmutada. Bajo estas circunstancias la oscilacin transitoria de la tensin colector - emisor del transistor puede ser reducida al mnimo disminuyendo la inductancia de fuga entre los devanados del inductor (acoplamiento estrecho), esto sirve tambin para mejorar la regulacin del circuito. La impedancia interna del convertidor se minimiza, siendo suficientemente alta la impedancia del inductor, con esto se asegura que el diodo jams se polarice en sentido inverso antes de que el transistor inicie su conduccin. Si comparamos el convertidor de retorno aislado de la lnea con el convertidor directo no aislado, resulta que aislar de la lnea a las fuentes de alimentacin conmutadas, conlleva las siguientes consecuencias: 1. Se necesita un inductor (transformador) ms grande; esto debido a que toda la energa se almacena inicialmente en el inductor y por requerimientos de seguridad, los devanadores deben de estar fsicamente separados. 2. El capacitor de salida debe de ser capar de manejar una corriente alta de rizo, dado que el capacitor se carga nicamente cuando el transistor no conduce. 3. Debe de tener un transistor conmutador de mayor tamao, un producto VA ms o menos 3

veces ms alto que el que se necesitara si no se requiriera aislamiento de la lnea. Variando el tiempo de conduccin del transistor, se puede controlar la cantidad de energa almacenada en el inductor y por ende el nivel del voltaje de salida. Por el motivo que el diodo permite que se contine transfiriendo energa al capacitor de salida cuando el transistor ya no conduce, se le denomina como diodo de efecto volante (flywheel). Ya que el voltaje a travs del inductor es igual al voltaje de salida estabilizada (Vo) cuando el diodo de efecto volante conduce, se pueden obtener alimentaciones estabilizadas de baja tensin agregando al inductor un devanado secundario y un diodo rectificador. Si esto se hace, no hay que olvidar que cualquier carga en la alimentacin auxiliar reducir la cantidad de energas que se puedan transferir al capacitor de salida. La impedancia interna del convertidor se reduce, no polarizando el diodo de efecto volante en sentido inverso antes de que el transistor inicie su conduccin. Por este motivo la inductancia mnima del inductor deber ser aquella que limite el valor pico a pico de la corriente de rizo del inductor al doble de la mnima corriente promedio de salida que se necesite.

ComparacinHay dos tipos principales de fuentes de alimentacin reguladas disponibles: Conmutadas y lineales. Las razones por las cuales elegir un tipo o el otro se pueden resumir como sigue. Tamao y peso las fuentes de alimentacin lineales utilizan un transformador funcionando a la frecuencia de 50 o 60 hertzios. Este transformador de baja frecuencia es varias veces ms grande y ms pesado que un transformador correspondiente de fuente conmutada, el cual funciona en frecuencias tpicas de 50 kilociclos a 1 megaciclo. La tendencia de diseo es de utilizar frecuencias cada vez ms altas mientras los transistores lo permitan para disminuir el tamao de los componentes pasivos (condensadores, inductores, transformadores). Voltaje de la salida las fuentes de alimentacin lineales regulan la salida usando un voltaje ms alto en las etapas previas y luego disipando energa como calor para producir un voltaje ms bajo, regulado. Esta cada de voltaje es necesaria y no puede ser eliminada mejorando el diseo. Las fuentes conmutadas pueden producir voltajes de salida que son ms bajos que el voltaje de entrada, ms altos que el voltaje e incluso inversos al voltaje de entrada, hacindolos verstiles y mejor adaptables a voltajes de entrada variables. Eficiencia, calor, y energa disipada - Una fuente lineal regula el voltaje o la corriente de la salida disipando el exceso de energa como calor, lo cual es ineficaz. Una fuente conmutada usa la seal de control para variar el ancho de pulso, tomando de la alimentacin solamente la energa requerida por la carga. En todas las topologas de fuentes conmutadas, se apagan y se encienden los transistores completamente. As, idealmente, las fuentes conmutadas son 100% eficientes. El nico calor generado se da por las caractersticas no ideales de los componentes. Prdidas en la conmutacin en los transistores, resistencia directa de los transistores saturados, resistencia serie equivalente en el inductor y los condensadores, y la cada de voltaje por el rectificador bajan la eficiencia. Sin embargo, optimizando el diseo, la cantidad de energa disipada y calor pueden ser reducidos al mnimo. Un buen diseo puede tener una eficiencia de conversin de 95%. Tpicamente 75-85% en fuentes de entre 10-50W. Las fuentes conmutadas ms eficientes utilizan

rectificacin sncrona (transistores Mosfet saturados durante el semiciclo adecuado reemplazando diodos). Complejidad - un regulador lineal consiste en ltima instancia un transistor de potencia, un CI de regulacin de voltaje y un condensador de filtro de ruido. En cambio una fuente conmutada contiene tpicamente un CI regulador, uno o varios transistores y diodos de potencia como as tambin un transformador, inductores, y condensadores de filtro. Mltiples voltajes se pueden generar a partir del mismo ncleo de transformador. Para ello se utiliza el control por ancho de pulso de entrada aunque las diferentes salidas pueden tener dificultades para la regulacin de carga. Ambos necesitan una seleccin cuidadosa de sus transformadores. En las fuentes conmutadas debido al funcionamiento a altas frecuencias las prdidas en las pistas del circuito impreso por inductancia de perdida y las capacidades parsitas llegan a ser importantes. Interferencia por radiofrecuencia - La corriente en las fuentes conmutadas tiene cambios abruptos, y contiene una proporcin 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 electromagntica indeseable. Filtros EMI y blindajes de RF son necesarios para reducir la interferencia. Las fuentes de alimentacin lineales no producen generalmente interferencia, y se utilizan para proveer de energa donde la interferencia de radio no debe ocurrir. Ruido electrnico en los terminales de salida de fuentes de alimentacin lineales baratas con pobre regulacin se puede experimentar un voltaje de CA Pequeo montado sobre la CC. de dos veces la frecuencia de alimentacin (100/120 Ciclos). Esta ondulacin (Ripple en Ingls) est generalmente en el orden de varios milivoltios, y puede ser suprimido con condensadores de filtro ms grandes o mejores reguladores de voltaje. Este voltaje de CA Pequeo puede causar problemas o interferencias en algunos circuitos; por ejemplo, cmaras fotogrficas anlogas de seguridad alimentadas con este tipo de fuentes pueden tener la modulacin indeseada del brillo y distorsiones en el sonido que produce zumbido audible. Las fuentes de alimentacin lineales de calidad suprimirn la ondulacin mucho mejor. En cambio las Fuentes conmutadas no exhiben generalmente la ondulacin en la frecuencia de la alimentacin, sino salidas generalmente ms ruidosas a altas frecuencias. El ruido est generalmente relacionado con la frecuencia de la conmutacin. Ruido acstico - Las fuentes de alimentacin lineales emiten tpicamente un zumbido dbil, en la baja frecuencia de alimentacin, pero sta es raramente audible (la vibracin de las bobinas y las chapas del ncleo del transformador suelen ser las causas). Las Fuentes conmutadas con su funcionamiento mucho ms alto en frecuencia, no son generalmente audibles por los seres humanos (a menos que tengan un ventilador, como en la mayora de las computadoras personales). El funcionamiento incorrecto de las fuentes conmutadas puede generar sonidos agudos, ya que genera ruido acstico en frecuencia sub-armnico del oscilador. Factor de Potencia las Fuentes lineales tienen bajo factor de potencia porque la energa es obtenida en los picos de voltaje de la lnea de alimentacin. 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 energa es obtenida solo de la parte ms alta de la onda sinusoidal, por lo que su uso cada vez ms frecuente en computadoras personales y lmparas fluorescentes se constituy en un problema creciente para la distribucin de energa. Existen fuentes conmutadas con una etapa previa de correccin del factor de potencia que reduce grandemente este problema y son de uso obligatorio en algunos pases particularmente europeos a partir de determinadas potencias.

Ruido elctrico sobre la lnea de la alimentacin principal puede aparecer ruido electrnico de conmutacin que puede causar interferencia con equipos de A/V conectados en la misma fase. Las fuentes de alimentacin lineales raramente presentan este efecto. Las fuentes conmutadas bien diseadas poseen filtros a la entrada que minimizan la interferencia causada en la lnea de alimentacin principal.

Inductancia mutuaCuando movemos un imn permanente por el interior de una bobina solenoide formada por un enrollado de alambre de cobre con ncleo de aire, el campo magntico del imn provoca en las espiras del alambre la aparicin de una fuerza electromotriz (FEM) o flujo de corriente de electrones. Este fenmeno se conoce como induccin magntica. La electrosttica (denominada tambin electricidad esttica) es la rama de la fsica que estudia los fenmenos elctricos producidos por distribuciones de cargas estticas, esto es, el campo electrosttico de un cuerpo cargado. La carga elctrica es una propiedad intrnseca de algunas partculas sub-atmicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnticas entre ellas Ley de Coulomb es el siguiente: La magnitud de cada una de las fuerzas elctricas con que interactan dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Esta ley es vlida slo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximacin, el movimiento se realiza a velocidades bajas y trayectorias rectilneas uniformes. F=K (q_1 q_2)/r^2 El campo elctrico es una propiedad del espacio, debido a la cual una carga elctrica puntual de valor q sufrir los efectos de una fuerza F que vendr dada por la siguiente ecuacin: Donde E es el mencionado campo elctrico, que es, por tanto una magnitud vectorial. Ley de Gauss En? fsica y en anlisis matemtico, la ley de Gauss relaciona el flujo elctrico a travs de una superficie cerrada y la carga elctrica encerrada en esta superficie. De esta misma forma, tambin relaciona la divergencia del campo elctrico con la densidad de carga. El Potencial Elctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza elctrica (ley de Coulomb) para mover una carga unitaria q desde ese punto hasta el infinito, donde el potencial es cero. Dicho de otra forma es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde el infinito hasta el punto considerado en contra de la fuerza elctrica. Matemticamente se expresa por:V=W/q Capacitares: es un dispositivo formado por ocho conductores o arcenes, generalmente en forma de tablas, esferas o lminas, separados por un material derivado de la plata dielctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo elctrico, ya que acta como aislante) o por el vaco, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga elctrica. El valor de la capacidad viene definido por la frmula siguiente: C=Q/V En donde: C: Capacidad Q: Carga elctrica V: Diferencia de potencial Electrodinmica es la rama del electromagnetismo que trata de la evolucin temporal en sistemas donde interactan campos elctricos y magnticos con cargas en movimiento.

Corriente elctrica es el flujo de portadores de carga elctrica, normalmente a travs de un cable metlico o cualquier otro conductor elctrico, debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente. Densidad de corriente elctrica se define como una magnitud vectorial que tiene unidades de corriente elctrica por unidad de superficie. Resistividad grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos. Se designa por la letra griega rho minscula () y se mide en ohmios por metro (m, a veces tambin en mm/m). Conductividad elctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente elctrica a travs de s. Resistencia elctrica, R, de una sustancia, a la oposicin que encuentra la corriente elctrica durante su recorrido Electromagnetismo: rama de la Fsica que estudia y unifica los fenmenos elctricos y magnticos en una sola teora, es una teora de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes fsicas vectoriales dependientes de la posicin en el espacio y del tiempo Ley De Ohm En un conductor recorrido por una corriente elctrica, el cociente entre la diferencia de potencial aplicada a los extremos del conductor y la intensidad de la corriente que por l circula, es una cantidad constante, que depende del conductor, denominada resistencia. V=IR I = Intensidad en amperios (A),V = Diferencia de potencial en voltios (V),R = Resistencia en ohmios (). Ley de los nodos o ley de corrientes de Kirchhoff: En todo nodo, donde la densidad de la carga no vare en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes. Ley de las mallas o ley de tensiones de Kirchhoff: En toda malla la suma de todas las cadas de tensin es igual a la suma de todas las subidas de tensin. Divisin de corrientes en resistencias en paralelo: Cuando una corriente se desplaza por un circuito de resistencias en paralelo, la corriente total se divide pasando una parte por una resistencia y la otra parte por la otra. La cantidad de corriente que pasa por una resistencia depende del valor que esta tenga. Para poder saber cual es la cantidad de corriente que pasa por cada una de ellas, puede utilizar la siguiente frmula: IR = CI / CR x IT Ley de Joule podemos determinar la cantidad de calor que es capaz de entregar una resistencia, esta cantidad de calor depender de la intensidad de corriente que por ella circule y de la cantidad de tiempo que est conectada Potencia cantidad de trabajo realizado por una corriente elctrica Electromagnetismo: Es una rama de la Fsica que estudia y unifica los fenmenos elctricos y magnticos en una sola teora. El electromagnetismo es una teora de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes fsicas vectoriales dependientes de la posicin en el espacio y del tiempo. El Electromagnetismo describe los fenmenos fsicos macroscpicos en los cuales intervienen cargas elctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos elctricos y magnticos y sus efectos sobre las sustancias slidas, lquidas y gaseosas.

Campo magntico es una propiedad del espacio por la cual una carga elctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad La ley de Biot-Savart calcula el campo producido por un elemento dl de la corriente de intensidad I en un punto P distante r de dicho elemento. Ley de Ampere, tambin conocida como efecto Oersted, relaciona un campo magntico esttico con la causa que la produce, es decir, una corriente elctrica estacionaria. Es anloga a ley de Gauss. Ley de Lenz nos dice que las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas sern de un sentido tal que se opongan a la variacin del flujo magntico Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones que describen por completo los fenmenos electromagnticos Inductancia: campo magntico que crea una corriente elctrica al pasar a travs de una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. Energa asociada al campo magntico: La fem inducida por un inductor impide a la batera establecer instantneamente una corriente. Por lo tanto, la batera tiene que realizar un trabajo contra el inductor para generar una corriente