Fuente de Poder de DC
En general, una fuente de poder es una fuente de energía,esta energía puede ser de varios típos, energía térmica, atómica, eléctrica,Etc. En el medio de la electrónica, la mayoria de la gente llama fuente depoder a un circuito eléctrico que convierte la electricidad de un voltaje decorriente alterna (Vca o Vac en inglés) a un voltaje de corriente directa (Vcdo Vdc en inglés).
El voltaje de corriente alterna o Vca es, por ejemplo, elque obtenemos de la toma de corriente de nuestras casas, el voltaje y lacorriente es alterna ya que su polaridad varia con una frecuencia especifica.Por ejemplo el voltaje nominal de México es de 110 volts a 60 Hz. El mismo quese usa en USA, pero diferente al que se tiene por ejemplo en Argentina, Japón oEuropa.
El voltaje directo tiene una polaridad fija sin variación defrecuencia. Este voltaje es el que usa la gran mayoria de los circuitoselectrónicos, ejemplo de este voltaje es el que se encuentra en las pilasalcalinas o las del tipo recargable que encontramos por ejemplo en el teléfonomóvil.
La mayoria de los circuitos electrónicos usa voltajedirecto, pero siempre tienen un tipo de fuente de poder que transforma el Vca aVcd, la fuente puede ser externa o interna. Un cargador debaterias se considera una fuente de poder, por que transforma el Vca a Vcd paracargar la bateria recargable.
En la ilustración se muestra un cargador típico que convierte la entrada de Vca a Vcd el cual
tiene una entrada de AC 110-240 volts con frecuencia de 50 a 60 Hz y que demanda 0.2A en la
entrada. En la salida tiene un voltaje de CD de 5 volts con 0.8 a 1 ampere de salida. La potencia
de salida máxima es de 5 watts.
El voltaje de corriente alterna se usa para transmitir laelectricidad de un punto a otro, entre mas lejano es un punto del otro, mayores la perdida de energía por la transmisión, para minimizar esta perdida, elvoltaje se aumenta a varios miles de volts con corrientes pequeñas usandotransformadores de subida. Se usan transformadores de bajada, cuando laelectricidad se acerca a su destino final.
Las fuentes de poder pueden ser muy simples o muy complejas,el tipo más simple es el cuadro negro que colocamos en la toma de corrientepara cargar nuestro teléfono móvil. Las especificaciones de estas fuentes sonel voltaje de salida, especificado en volts y la capacidad de corriente,especificada en amperes o potencia, que es el resultado de la multiplicacióndel voltaje y la corriente máxima disponible. La potencia se expresa en watts.
Las computadoras de banco usan fuentes de poder de altaeficiencia que proveen varios voltajes fijos a través de conectores estandar,estas fuentes proveen voltajes fijos de +5, +12 y -12 volts por medio variosconectores iguales que se conectan a la tarjeta principal, discos duros y otroscomponentes de la computadora.
Las personas que diseñan tarjetas electrónicas, losestudiantes de ingenieria y los investigadores suelen usar fuentes de poderpara alimentar sus circuitos o experimentos. Estas fuentes usualmente son desalida variable, se puede variar el nivel de voltaje y corriente de maneramanual con perillas independientes. Este tipo de fuentes generalmente tiene indicadoresde voltaje y corriente. El voltaje se varia para que los circuitos funcionencorrectamente, la corriente que se suple se limita para evitar daños en loscomponentes en caso de que el ensamble bajo prueba este mal ensamblado odiseñado.
En la figura se muestra una fuente de poder de cc de salida variable. La pantalla digital indica
el voltaje o la coriente de salida. Puede trabajar en modo de CC (corriente contante) o
CV (voltaje constante), un LED indica el modo en el que funciona. Hay perillas dedicada para
el ajuste de voltaje fino o grueso del voltaje o la corriente. Se tienen tres bornes de conexión.
Uno para el voltaje positivo (rojo) otro para el negativo (negro) y la conexión a tierra física
(verde).
Las fuentes de este tipo pueden trabajar en modo de voltajeconstante (CV por sus siglas en inglés) o en modo de corriente constante (CC),un indicador indica si la fuentes esta en modo CV o CC.
El modo de CC o corriente constante puede ser usado enprocesos químicos que requieren el paso de una corriente continua por unperiodo de tiempo determinado para crear una reacción.
El diseñador electrónico puede tener electrónica análoga ydigital en su circuito, y este diseñador requiere de una fuente que puedaproveer más de una fuente de voltaje al mismo tiempo. Una fuente que alimentelos circuitos de lógica digital, y otras dos fuentes que alimenten lacircuiteria analógica con dos voltajes de polaridad opuesta. Una fuente depoder común en un laboratorio de electrónica tiene tres salidas, una fija dealrededor de 5V y otras dos variables con rangos de 0-30 volts.
Fuente de poder de labotatorio típica. Se usan en escuelas y centros de investigación para
alimentar circuitos electronicos bajo prueba. Este módelo proporciona 3 salidas independientes
con rangos de 0-30 volts y 0-3 amperes, y una salida fija de 5 volts con una corriente de 0-3 A.
Estas fuentes son muy flexibles ya que las salidas variables se pueden configurar en modo serie
o paralelo para obtener el doble de voltaje o corriente en la salida.
Las salidas de una fuente de poder normalmente estánflotadas. Esto para poder referenciar el voltaje al negativo del circuito, que podriaser diferente a la tierra física de la instalación eléctrica. Otra razón por laque las salidas de las fuentes son flotadas es para poder invertir lapolaridad, o para conectarlas de manera serial o de paralela para doblar la capacidad de voltajeen el primer caso o la capacidad de corriente en el segundo caso.
Las fuentes de laboratorio para probar prototipos son debaja potencia, con rango de 80 a 300 watts, con una a cuatro salidasindividuales para mayor flexibilidad.
Para aplicaciones que requieren mayor potencia y rangos masamplios de voltaje y corriente se tienen las fuentes de alta potencia, las haydesde 600W de salida, hasta varias decenas de kilowatts. Las aplicaciones paraestas fuentes se pueden encontrar en manofactura, donde se requiere alimentarvarios circuitos al mismo tiempo, o simular baterias de alta corriente como lasque encontramos en los autos o en aviones. A veces estas fuentes de altapotencia se usan para proceso químicos como el cromado o la ionizacion.
Las fuentes de alta potencia y gran eficiencia para el uso de procesos de manofactura se
diseñan para ser montadas en rack, ya que son parte de un panel de instrumentos. Esta fuente
tiene control de voltaje y corriente del tipo lock que evita que los parámetros sean movidos
por alguien ajeno al proceso o por equivocación. Esta fuente tiene hasta 3 KW o KVA de salida.
El control de las fuentes se puede hacer variandomanualmente las perillas de voltaje y corriente. Pero en una planta demanofactura, por ejemplo, se requiere que un controlador o computadora secomunique con la fuente para controlarla remotamente. Existen varias formas decontrolar remotamente una fuente de poder, entre las opciones de control remotopodemos mencionar RS232, GPIB, USB y LAN con puerto Ethernet. Hay algunosmétodos análogos que controlan la salida usando una señal de control análogaproporcional a la salida de voltaje deseada, y una señal para el encendido oapagado de la salida.
Una aplicación donde se usa el control remoto usando unacomputadora es en una fábrica de breakers donde checan cada uno de los breakersaplicando la corriente necesaria para hacer que el breaker actue cortando lacorriente, un sistema automático puede incrementar la corriente hasta ciertopunto y sensar con que corriente el breaker actua, una señal del controladorpuede mandar el breaker a lote de breakers bueno o separarlo por defectuoso.
Arriba se muestra la parte trasera de la fuente de poder mencionada en la figura anterior.
De izquierda a derecha y de arriba a abajo podemos notar primero los bornes de conexión de la
salida de CD (corriente directa). En las fuentes de alta potencia de salida se requiere una
instalación electrica profesional donde se usan tres fases indicadas aqui como L1/F1, L2/F2
y L3/F3, cada phase con su respectivo fusible de protección. Abajo a la derecha se ve el
conector tipo D para control remoto, útil para controlar la fuente con un PLC. Los dos cables
blancos que van a un conector J11 en la parte de abajo. Esta es la conexión de sensado que ayuda
a compensar la caida de voltaje en los cables de la salida, por default se conectan directamente
a la salida, pero se pueden conectar a la carga para compensar caidas de voltaje.
Las fuentes de poder de laboratorio tambien suelen tenerterminales de sensado, en inglés denominadas sense, una terminal positiva yotra negativa, estas terminales se usan para compensar la caida de voltaje quese presenta en los cables que van de la fuente de poder al ensamble bajoprueba.
Existen también fuentes de poder de corriente alterna, laentrada de estas fuentes es también voltaje de C.A. La diferencia es que unafuente de laboratorio de CA puede variar su voltaje de salida con muchaexactitud, variar su frecuencia, y en algunos casos inclusive variar elcontenido armónico para estresar diseños de fuentes que transforman VCA a VCD oprobar maquinas que funcionan con voltaje alterno, como los motores de CA, queusan una o varias fases.
Figura 1: Fuente de alimentacion
También conocida como Fuentede Alimentación (powersupply en ingles) se pueden definir como circuitos que transforman laalimentación de entrada, ya sea AC o DC; en salida de alimentación AC o DC.
Esta definición excluye la Fuente de energía basada en el principio de una maquinarotatoria y la distingue la Fuente dealimentación de la mayoría de las Fuentesde energía que obtienen su alimentación de otras formas de energía.
Existen cuatro clasificaciones generales para la Fuente de alimentación:
1.Entrada AC – Salida AC: Reguladores de línea ycambiadores de frecuencia
2.Entrada DC – Salida DC: Convertidores yReguladores de DC
3.Entrada DC – Salida AC: Inversores
4.Entrada AC – Salida DC
La última categoría es la más común de todas y es a la cualusualmente nos referimos como Fuentede alimentación.
Existen también cuatro modos de operación que la fuente de alimentacióncon salida de DC puede proveer:
Las técnicas de regulación más conocidas son:
a)Regulación lineal
b)Pre regulacióno regulación en serie
c)Conmutada
d)A travésde SCR
La fuente de poder puede ser programable, por mediode una computadora con puertos de comunicación USB, Ethernet (LXI), GPIB oRS232.
Estas interfaces se usan en sistemas automatizadosde prueba y medición.
Algunas fuentes de alimentación pueden ser programadas desde su panel frontalcon una rutina de trabajo específica, como las series SGI de Sorensen.
La potencia de salida de una fuente se obtiene al multiplicar su capacidadmáxima de voltaje y corriente. Así, una fuente que genera un voltaje de salidade DC de 300 volts a 10 amperes tendrá una potencia de (300 x 10) 3000 Watts o3 KW (Kilo-Watts).
