¿Busca un suministro de energía que pueda convertir energía de CA o CC a uno o más niveles de CC? Entonces necesita un suministro de energía de modo conmutado. Su funcionamiento es el siguiente.
Comúnmente denominados "conmutadores", estos dispositivos apagarán y encenderán las fuentes de energía muchas veces por segundo. Esta conmutación genera una frecuencia de entrada eficaz que generalmente alcanza el rango de megahertz.
¿Qué significa el "modo de conmutación"?
El "conmutador" de un suministro de energía conmutado es realmente un semiconductor (un MOSFET que está apagado o encendido) que llega a su rango de saturación para transferir energía cerca de una resistencia cero. Lo hace miles de veces por segundo, por lo que crea el intermediario de CA de alta frecuencia. Dado que el semiconductor llega a la saturación, demuestra prácticamente cero resistencia, lo que tiene como resultado una alta eficiencia y poca generación de calor. Por el contrario, un suministro de energía lineal se denomina de este modo porque sus rectificadores operan en un rango lineal. Esto significa que cuando conducen energía, lo hacen sobre la resistencia, con toda la pérdida de energía y la generación de calor que son intrínsecos al proceso.
Cualquiera sea la frecuencia con que el semiconductor se enciende y se apaga, el tiempo que transcurre entre los comienzos de cada pulso de encendido se define como período de conmutación. El tiempo de encendido, como fracción de período de conmutación, se denomina ciclo de trabajo. La tensión de salida se controla mediante la variación del ciclo de trabajo. Cambiar el ciclo de trabajo "sobre la marcha" mantiene la tensión en el objetivo.
¿Cuáles son las desventajas de SMPS?
Alta eficacia: generan mucho menos calor. Las unidades con menor potencia frecuentemente no requieren una protección térmica, lo que significa que se pueden montar directamente sobre PCB.
Factor de forma compacto: Ya que los conmutadores operan a una alta frecuencia, el valor, y por lo tanto el tamaño de los inductores y capacitores de filtro asociados, será menor y la unidad en general ocupará menos espacio.
Diseño versátil: Los conmutadores se pueden diseñar para que aumenten la tensión (Boost) o la disminuyan (Buck), según lo necesite la aplicación.
Cómo diseñar para suministros de energía de modo conmutado
Terminología
Los conmutadores se suelen describir en términos de ladrillos, medios ladrillos y cuartos de ladrillos. Un ladrillo completo tiene las dimensiones en pulgadas, 4.6 x 2.4 x 0.5; medio ladrillo mide 2.3 x 2.4 x 0.35; y un cuatro de ladrillo mide 2.3 x 1.45 x 0.35. Estas definiciones se aceptan ampliamente, pero no se adhiere a ellas de manera uniforme. La especificación también incluye el pin de salida, por lo que cuando se usan conmutadores que adhieren al estándar, es muy fácil sustituir un producto cuando el diseñador lo necesita o decide hacerlo. El nuevo modelo de suministros de energía de un cuarto de ladrillo puede suministrar 250 W y más. Esta es una gran mejora con relación a la cantidad de espacio necesaria anteriormente para la energía, ya que libera espacio para incluir más características en el producto que se está diseñando.
Construcción
Las ecuaciones que describen la física de los conmutadores son engañosamente sencillas. Las realidades prácticas de lidiar con amperios, a diferencia de los microamperios con los que lidian la mayoría de los ingenieros eléctricos, pueden causar retrasos, gastos adicionales, e incluso la falla completa de un producto. Siempre es mejor dejar el diseño de un conmutador en manos del especialista en potencia, y este es un escenario en el que casi siempre es mejor comprar que construir.
Los ingenieros tienen dos opciones principales diseñar con suministros de energía conmutados. El primero es un suministro de energía único que genera toda la tensión necesaria para el sistema que se está alimentando. La segunda involucra una unidad en interfaz con la CA externa, pero con solo una salida de CC, generalmente de 12, 24 o 48 voltios. En este caso, la tensión producida por el suministro eléctrico principal es la máxima necesaria. Si en alguna otra parte del sistema se requiere una tensión menor, puede emplearse un convertidor buck para realizar la conversión descendente de CC a CC.
Los convertidores Buck son extremadamente eficientes: tienen pérdidas de solo el 5 por ciento o aún menos. Con frecuencia se los describe como reguladores de conmutación. De forma similar a todos los conmutadores, la parte central del convertidor Buck es un conmutador semiconductor que enciende y apaga la tensión fuente miles de veces por segundo o más.
Gracias a sus ventajas de diseño, los suministros de energía de modo conmutado se han convertido rápidamente en el estándar para casi todas las aplicaciones. Los diseños se continúan mejorando constantemente en términos de eficiencia, menor tamaño y menor peso. ¿Está buscando más consejos acerca del suministro de energía? Profundice con nuestro análisis de los principales tipos de convertidores conmutadores de CC a CC. Aprenda también cuándo usar un sistema de alimentación ininterrumpida y cómo elegir la solución de CA a CC correcta.