Que Es Una Fuente De Alimentación Lineal - Suavización, Rectificador. Ventajas Y Desventajas
Las fuentes de alimentación lineales son muy utilizadas debido a las ventajas que ofrecen en términos de rendimiento general, y también la tecnología está muy bien establecida porque ha estado disponible durante muchos años.
Aunque las fuentes de alimentación lineales pueden no ser tan eficientes como las fuentes de alimentación conmutadas, ofrecen el mejor rendimiento y, por tanto, se utilizan en muchas aplicaciones en las que el ruido es de gran importancia.
Un área importante en la que las fuentes de alimentación lineales se utilizan casi siempre es para aplicaciones audiovisuales, amplificadores de alta fidelidad y similares. En este caso, el ruido y los picos de conmutación de las fuentes de alimentación conmutadas pueden causar problemas; dicho esto, las SMPS mejoran su rendimiento constantemente, pero las fuentes lineales suelen utilizarse la mayoría de las veces.
Conceptos básicos de las fuentes de alimentación lineales
Las fuentes de alimentación lineales reguladas reciben su nombre del hecho de que utilizan técnicas lineales, es decir, no conmutadas, para regular la tensión de salida de la fuente de alimentación. El término fuente de alimentación lineal implica que la fuente de alimentación se regula para proporcionar la tensión correcta en la salida.
La tensión se detecta y esta señal se devuelve, normalmente a algún tipo de amplificador diferencial donde se compara con una tensión de referencia, y la señal resultante se utiliza para asegurar que la salida se mantiene en la tensión requerida.
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A veces, la detección de la tensión puede llevarse a cabo en los terminales de salida, o en algunas ocasiones puede realizarse directamente en la carga. La detección remota se utiliza cuando puede haber pérdidas óhmicas entre la fuente de alimentación y la carga. A menudo, las fuentes de alimentación de laboratorio tienen esta capacidad.
Las diferentes fuentes de alimentación lineales tendrán diferentes circuitos e incorporarán diferentes bloques de circuitos si se requieren capacidades adicionales, pero siempre incluirán los bloques básicos así como algunos adicionales opcionales.
Transformador de entrada de la fuente de alimentación
Dado que muchas fuentes de alimentación reguladas toman su fuente de alimentación de una entrada de red de CA, es común que las fuentes de alimentación lineales tengan un transformador reductor u ocasionalmente un transformador elevador. Esto también sirve para aislar la fuente de alimentación de la entrada de red por seguridad.
El transformador suele ser un componente electrónico relativamente grande, especialmente si se utiliza en una fuente de alimentación lineal regulada de mayor potencia. El transformador puede añadir un peso significativo a la fuente de alimentación, y también puede ser bastante costoso, especialmente para las de mayor potencia.
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Dependiendo del enfoque del rectificador que se adopte, el transformador puede ser de un solo secundario, o puede ser de toma central. También puede haber devanados adicionales si se necesitan más tensiones.
En el caso de las radios antiguas y otros aparatos electrónicos antiguos, los devanados secundarios múltiples eran habituales. Normalmente, el devanado secundario principal tenía una toma central para permitir la rectificación de onda completa con una válvula de doble diodo o un rectificador de tubo, y se necesitaban más devanados secundarios para los calentadores de válvula o de tubo - a menudo 5 voltios para el rectificador y luego 6,3v para las propias válvulas / tubos.
Rectificador
Como la entrada de una fuente de alimentación de CA es alterna, es necesario convertirla a un formato de CC. Existen varias formas de circuitos rectificadores.
La forma más sencilla de rectificador que podría utilizarse en una fuente de alimentación es un solo diodo, que proporciona una rectificación de media onda. Este enfoque no se utiliza normalmente porque es más difícil suavizar satisfactoriamente la salida.
Normalmente se utiliza la rectificación de onda completa, utilizando las dos mitades del ciclo. Esto proporciona una forma de onda que se puede suavizar más fácilmente.
Hay dos enfoques principales para proporcionar rectificación de media onda. Uno es utilizar un transformador con toma central y dos diodos. La otra es utilizar un solo devanado en el transformador de alimentación y utilizar un puente rectificador con cuatro diodos. Como los diodos son muy baratos y el coste de un transformador con toma central es mayor, lo más habitual es utilizar un puente rectificador.
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Incluso para los reguladores alimentados por corriente continua, se puede colocar un rectificador en la entrada para evitar la conexión inversa de la alimentación.
Suavización de la fuente de alimentación
Una vez rectificada la señal de CA, es necesario suavizar la CC para eliminar las variaciones del nivel de tensión. Para ello se utilizan grandes condensadores de reserva.
El elemento de suavización del circuito utiliza un gran condensador. Éste se carga a medida que la forma de onda entrante del rectificador alcanza su pico. A medida que la tensión de la forma de onda rectificada cae, una vez que la tensión está por debajo de la del condensador, éste comienza a suministrar carga, manteniendo la tensión hasta la siguiente forma de onda ascendente del rectificador.
El suavizado no es perfecto, y siempre habrá alguna ondulación residual, pero permite eliminar las enormes variaciones de tensión.
Reguladores lineales para fuentes de alimentación
La mayoría de las fuentes de alimentación actuales ofrecen una salida regulada. Con la electrónica moderna es bastante fácil y no demasiado costoso incluir un regulador de tensión lineal. Esto proporciona una salida de tensión constante independientemente de la carga, dentro de los límites especificados.
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Con muchos componentes electrónicos y dispositivos electrónicos, etc. que requieren suministros mantenidos con precisión, una fuente de alimentación regulada es una necesidad.
Hay dos tipos principales de fuentes de alimentación lineales:
Regulador shunt: El regulador shunt es el menos utilizado como elemento principal dentro de un regulador de tensión lineal. En esta forma de fuente de alimentación lineal, se coloca un elemento variable a través de la carga. Hay una resistencia de fuente colocada en serie con la entrada, y el regulador de derivación se varía para garantizar que la tensión a través de la carga permanezca constante.
La fuente de alimentación está diseñada para una corriente determinada, y con la carga aplicada, el regulador shunt absorbe la corriente no requerida por la carga para que se mantenga la tensión de salida.
Regulador en serie: Es el formato más utilizado para un regulador de tensión lineal. Como su nombre indica, se coloca un elemento en serie en el circuito y se varía su resistencia a través de la electrónica de control para asegurar que se genera la tensión de salida correcta para la corriente tomada.
En este diagrama de bloques, se utiliza una tensión de referencia para controlar el elemento de paso en serie, que puede ser un transistor bipolar o un FET. La referencia puede ser simplemente una tensión tomada de una fuente de tensión de referencia, por ejemplo, un componente electrónico como un diodo Zener.
El enfoque más habitual consiste en muestrear la tensión de salida y alimentar un amplificador diferencial para comparar la salida con una referencia, y luego utilizarla para accionar los circuitos del elemento de paso final.
Ventajas / desventajas de las fuentes de alimentación lineales
El uso de cualquier tecnología suele ser un cuidadoso equilibrio entre varias ventajas y desventajas. Esto es lo que ocurre con las fuentes de alimentación lineales, que ofrecen algunas ventajas claras, pero también tienen sus inconvenientes.
Ventajas de las fuentes de alimentación lineales
- Tecnología consolidada: Las fuentes de alimentación lineales se utilizan desde hace muchos años y su tecnología está bien establecida y comprendida.
- Bajo nivel de ruido: El uso de la tecnología lineal sin ningún elemento de conmutación significa que el ruido se mantiene al mínimo y los molestos picos que se encuentran en las fuentes de alimentación de conmutación ya no se encuentran.
Desventajas de las fuentes de alimentación lineales
- Eficiencia: Dado que una fuente de alimentación lineal utiliza tecnología lineal, no es especialmente eficiente. No son infrecuentes las eficiencias de alrededor del 50%, y en algunas condiciones pueden ofrecer niveles mucho más bajos.
- Disipación de calor: El uso de un elemento de regulación en serie o en paralelo (menos común) implica la disipación de cantidades significativas de calor que es necesario eliminar.
Tamaño: El uso de tecnología lineal significa que el tamaño de una fuente de alimentación lineal tiende a ser mayor que otras formas de alimentación.
A pesar de las desventajas, la tecnología de fuentes de alimentación reguladas lineales sigue siendo ampliamente utilizada, aunque se usa más cuando se necesita un bajo nivel de ruido y una buena regulación. Una aplicación típica es la de los amplificadores de audio, donde la fuente lineal es capaz de proporcionar un rendimiento óptimo para alimentar todas las etapas del amplificador.
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