¿Qué Es Una Fuente De Alimentación Digital? - Ventajas E Implementación.

Las fuentes de alimentación digitales se utilizan cada vez más porque son capaces de ofrecer niveles de rendimiento superiores a los de las fuentes de alimentación más tradicionales. Muchas empresas utilizan los términos fuente de alimentación digital y alimentación digital para describir sus nuevos productos de alimentación.

La energía digital y la fuente de alimentación digital pueden significar cosas diferentes para cada persona. Para algunos, el término fuente de alimentación digital puede referirse vagamente a una fuente de alimentación que utiliza tecnología de conmutación, es decir, una fuente de alimentación conmutada.

Pero el término fuente de alimentación digital o fuente de alimentación digital se refiere realmente a una fuente de alimentación en la que se utiliza la tecnología digital dentro del bucle de retroalimentación y para el control de la fuente. En otras palabras, una fuente de alimentación digital utiliza tecnología digital para el control y la supervisión de la salida, así como para otros aspectos del funcionamiento de la fuente.

Qué es la alimentación digital: una definición

Mucha gente puede preguntarse: ¿qué es la alimentación digital? La respuesta a esta pregunta es ofrecer inicialmente una definición de potencia digital y luego profundizar en el tema para completar los detalles.

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La energía digital puede definirse como las aplicaciones de energía que utilizan soluciones gestionadas y controladas digitalmente para proporcionar funciones de configuración, monitorización, retroalimentación y supervisión o control que se extienden hasta el control de bucle completo utilizando algoritmos de hardware y software digitales.

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Conceptos básicos de la alimentación digital

El objetivo de una fuente de alimentación es convertir una tensión de entrada fija o variable en una tensión de salida fija.

Para proporcionar salidas de tensión precisas y reguladas, las fuentes de alimentación utilizan la retroalimentación negativa para detectar el error de la salida requerida, medido con respecto a una referencia establecida, y devolver esta tensión de error a la entrada para corregir el error.

La forma tradicional de llevar a cabo esta retroalimentación es utilizando técnicas analógicas, pero también puede llevarse a cabo utilizando técnicas digitales. Esto permite un nivel de flexibilidad mucho mayor y ofrece la posibilidad de mejorar el rendimiento.

Las técnicas digitales de alimentación suelen aplicarse a las fuentes de alimentación conmutadas. Éstas funcionan con un transistor de paso en serie que se enciende y apaga. Cuanto más tiempo permanezca encendido, más podrá cargarse el condensador de salida y, por tanto, mayor será la tensión de salida. En otras palabras, el interruptor está modulado por el ancho de pulso.

El ciclo de trabajo de la modulación del ancho de pulso es controlado por el bucle de retroalimentación dentro de la fuente de alimentación. Si la tensión de salida cae demasiado, o la carga aumenta, la anchura del impulso se incrementa para permitir que se extraiga más carga del condensador de salida sin que la tensión caiga. Del mismo modo, si la carga se reduce, la anchura del impulso también se reduce para mantener la misma tensión de salida.

En el caso de una fuente de alimentación digital, el bucle de retroalimentación utilizado para controlar la modulación de la anchura del pulso es digital.

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Para ello, la señal de realimentación se convierte en un número digital mediante un convertidor analógico-digital.

El número de la señal de retroalimentación resultante se compara digitalmente con un número de referencia establecido de la tensión requerida y se genera un término de error.

El término de error se introduce en un equivalente digital de un filtro de bucle. Esto se conoce como filtro Proporcional-Integral-Derivado, o PID. Los tres términos corresponden a tres elementos del filtro que actúan en paralelo:

• Proporcional: Este elemento de la retroalimentación de la fuente de alimentación digital proporciona la ganancia para la señal de error. Si la ganancia se ajusta a un valor alto, la tensión de salida de la fuente volverá a su valor requerido rápidamente.
• Integral: La ruta integral dentro del bucle de realimentación de la fuente de alimentación digital es la integral temporal de las tensiones de error pasadas y permite mantener una tensión de salida constante incluso cuando la señal de error es cero.
• Derivada: Esta ruta dentro del bucle de retroalimentación de la fuente de alimentación digital establece la tasa de cambio de la señal de error. A medida que la salida de la fuente de alimentación se acerca al valor requerido, la tasa de cambio se reduce y, de este modo, el rebasamiento se reduce considerablemente.

El uso de los tres elementos en el bucle de retroalimentación de la fuente de alimentación digital permite mantener la estabilidad del bucle y, al mismo tiempo, un error de desviación cero.

Ventajas de la alimentación digital

Hay muchas razones para utilizar fuentes de alimentación digitales; las ventajas de la alimentación digital tienen mucho que ofrecer.

• Los parámetros pueden modificarse durante el funcionamiento: Las fuentes de alimentación digitales ofrecen una gran flexibilidad. Una de las formas en que esto puede aprovecharse es cambiando las características de la fuente de alimentación mientras está en funcionamiento. Esto podría utilizarse, por ejemplo, para cambiar las características si la carga cambiara de plena carga a muy pequeña, o si la temperatura cambiara, etc.
• Compensación de la deriva de los componentes: Se puede introducir un algoritmo en una fuente de alimentación digital para compensar los cambios en los valores de los componentes debido al aumento de la temperatura, las variaciones de tolerancia e incluso el envejecimiento.
• Funcionamiento coordinado: Muchas fuentes de alimentación tienen muchas salidas diferentes. El uso de una fuente de alimentación digital puede facilitar la adaptación de la respuesta de las fuentes de forma que los cambios en una puedan afectar a la salida de las demás. Un ejemplo sencillo puede ser que una de las fuentes se active después de las otras en determinadas situaciones. Aunque un ejemplo sencillo como éste podría implementarse utilizando una fuente analógica, las funciones más complicadas pueden implementarse mucho más fácilmente utilizando una fuente de alimentación digital.

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• Bucle de retroalimentación más rápido: El uso de un bucle de retroalimentación analógico con sus condensadores inherentes, etc., tiende a ralentizar el tiempo de respuesta de la fuente de alimentación global a cualquier cambio. El uso de una fuente de alimentación digital puede mejorar su tiempo de respuesta a cualquier cambio.
• Mejorar el rendimiento de la EMI: La EMI es un aspecto importante de cualquier diseño, y en el caso de las fuentes de alimentación conmutadas puede ser un problema importante, ya que los picos de conmutación pueden hacer que aumenten las emisiones radiadas. La tecnología de las fuentes de alimentación digitales puede ayudar a esto cambiando la velocidad de giro de encendido del MOSFET de potencia en serie en respuesta a los cambios en la carga.

El uso de la tecnología de fuentes de alimentación digitales tiene muchas ventajas. Por ello, esta tecnología se utiliza cada vez más en los diseños de fuentes de alimentación de todo tipo.

Implementación de la alimentación digital

Las fuentes de alimentación digitales se construyen generalmente en torno a circuitos integrados de alimentación digital que han sido diseñados específicamente para estas aplicaciones.

Varias empresas de gestión de la energía han desarrollado una nueva clase de chips de alimentación digital que constituyen la base de las fuentes de alimentación resultantes. Ya se ha realizado gran parte del trabajo de desarrollo y se dispone de kits de desarrollo que permiten sacar los diseños al mercado con mayor rapidez.

Las fuentes de alimentación digitales se ven cada vez más en el mercado. Además, muchos utilizan el término de forma indiscriminada para describir una fuente que puede ser simplemente una fuente de alimentación conmutada. A veces es necesario examinar detenidamente las especificaciones de la fuente para asegurarse de que se trata de una verdadera fuente de alimentación digital y de que ofrece mejores prestaciones que otros tipos más tradicionales.