Tabla de Contenidos Introducción La evolución de nuestra sociedad está ligada a la de la electrónica. Constantemente convivimos, muchas veces sin ni si quiera darnos cuenta, con todo tipo de elementos electrónicos. A diario, se utiliza un coche, un teléono o se ve la televisión sin saber que todo ello unciona gracias a la electrónica. !a" una interminable lista de cosas que hacen la vida mucho más ácil " en las que la electrónica #uega un papel crucial. $n general casi todos los circuitos electrónicos uncionan con alimentación continua, sin embargo por su acilidad de generación, transporte, transormación " uso, la electricidad de la que se dispone, con más acilidad, es alterna, en sus diversas ormas. $s decir, no siempre disponemos de una uente eléctrica continua, por lo que nos vemos obligados a convertir la electricidad alterna. %ep&blica 'ominicana disponemos en cualquier toma de un domicilio de ()* +AC%-, +AC%-, que deben ser tratados para poder alimentar los circuitos electrónicos que contienen los equipos de m&sica, el aire acondicionado, un ordenador, un microondas, etc. $ste es el punto de partida de las uentes de alimentación " reguladores electrónicos, que son los encargados de adecuar l os valores de la red de distribución a los valores necesarios para que uncionen adecuadamente " no suran da/os dichos circuitos electrónicos, entre otros usos. 0uente de Tensión Tensión %egulada 'einición $n general, se entiende por uente de alimentación de un equipo eléctrico, la parte del mismo destinada a adecuar las caracter1sticas " parámetros de la energ1a disponible para la alimentación del mismo, o uente de alimentación primaria, con el in de proveer un uncionamiento estable " seguro. 2uesto que casi todos los circuitos electrónicos traba#an con corriente directa, es necesario realizar la conversión de la corriente alterna que se transmite en el pa1s. 2ara convertir la tensión alterna en continua se utilizan los circuitos rectiicadores. in embargo, la tensión continua disponible a la salida del iltro del rectiicador puede que no sea lo suicientemente buena, debido al rizado, para una aplicación particular o que var1e su magnitud ante determinados tipos de perturbaciones que puedan aectar al sistema como por e#emplo variaciones de la carga, de la temperatura o de la red hasta un (*3. $n estos casos se precisan circuitos de estabilización o de regulación para conseguir que la tensión continua a utilizar sea lo más constante posible. 'e aqu1, el concepto de uente regulada de alimentación, como un dispositivo electrónico encargado de suministrar un volta#e o una corriente continua, lo más estable posible, a los distintos elementos que se conecte a el. 0uente regulada de alimentación 4na uente de tensión regulada utiliza normalmente un circuito automático de control que detecta, prácticamente de un modo instantáneo, las variaciones de la tensión de salida " las corrige automáticamente. $n general, todo sistema de control requiere los siguientes elementos básicos5 $lemento de reerencia5 2ara saber si una magnitud ha variado se precisa una reerencia, que deberá ser lo más estable posible. $lemento de muestra5 u misión es detectar las variaciones de la magnitud en cuestión 6tensiones, temperaturas, presiones, etc.7. $lemento comparador5 u inalidad es comparar, en todo momento, la reerencia con la muestra de la magnitud que pretendemos controlar.
Ampliicador de se/al de error5 La se/al de error, que no es más que la dierencia entre la reerencia " la muestra, puede ser de un nivel tan ba#o que no puedan accionar el elemento. $n este caso, debe ampliicarse. $lemento de control5 8ue interpretada l a se/al de error, ampliicada o no, de modo que contrarreste las variaciones producidas en las magnitudes de salida. $stos elementos básicos integran normalmente cualquier sistema de control, sea electrónico, mecánico, hidráulico, etcétera. Transormación de volta#e $n algunos casos, es necesario reducir o aumentar el volta#e o la corriente disponible para alimentar un circuito determinado. 2ara estos ines, se emplea un dispositivo eléctrico conocido como el transormador de poder. $9isten un sin in de tipos de transormador de poder. $l transormador permite obtener volta#es ma"ores o menores que los producidos por una uente de energ1a eléctrica de corriente alterna, por lo general entre (*: " ()* voltios %-. 4n transormador se compone de dos enrollamientos o embobinados eléctricamente aislados entre s1, devanados sobre el mismo n&cleo dehierro o de aire. 4na corriente alterna que circula por uno de los devanados genera en el n&cleo un campo magnético alterno, del cual la ma"or parte atraviesa al otro devanado e induce en él una uerza electro motriz también alterna. La potencia eléctrica es transerida as1 de un devanado a otro, por medio del lu#o magnético a través del n&cleo. $l devanado al cual se le suministra potencia se llama primario, " el que cede potencia se llama secundario. $n cualquier transormador, no todas las l1neas de lu#o están enteramente en el hierro, porque algunas de ellas vuelven a través del aire. %ectiicación 4n circuito rectiicador convierte corriente alterna en corriente directa pulsante que luego puede iltrarse en corriente directa pura, emulando la producida por las bater1as. 2ara hacerlo, el rectiicador debe conducir corriente con el m1nimo de resistencia en dirección hacia la carga " bloquear su lu#o en dirección inversa. $l diodo, dispositivo semiconductor con sus caracter1sticas de corriente unidireccional " unipolar, es mu" adecuado para rectiicar. Rectificador de media onda $l circuito para rectiicar media onda se muestra en la siguiente igura. 'urante el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en directo, permitiendo el paso de la corriente a través de él.
i el diodo es considerado como ideal, este se comporta como un cortocircuito, 6ver gráico7, entonces toda la tensión del secundario aparecerá en la resistencia de carga.
'urante el semiciclo negativo, la corriente suministrada por el transormador querrá circular en sentido opuesto a la lecha del diodo. i el diodo es considerado ideal entonces este act&a como un circuito abierto " no habrá lu#o de corriente.
La orma de onda de salida de un rectiicador de media onda será como se muestra en la siguiente igura.
Rectificador de onda completa $n este circuito con puente de diodos, los diodos, '( " '; son polarizados en directo en el semiciclo positivo, los diodos ') " '< son polarizados en sentido inverso. +er que la corriente atraviesa la carga %L.
$l semiciclo negativo, la polaridad del transormador es el inverso al caso anterior " los diodos '( " '; son polarizados en sentido inverso " ') " '< en sentido directo. La corriente como en el caso anterior también pasa por la carga %L en el mismo sentido que en el semiciclo positivo.
0iltros Los iltros son dispositivos eléctricos que tienden a adecuar una tensión alterna para utilizarla como alimentación continua de cualquier circuito. Los iltros de alimentación son sólo una de las aplicaciones de estos pero, debido a su utilidad " simplicidad, vamos a comenzar con ellos. Filtro con condensador
La tensión de salida del rectiicador de (=) onda anterior 6una onda pulsante7 no muestra con claridad un volta#e en corriente continua que se pueda aprovechar 6no es constante7. 2ero si incluimos a la salida de este " antes de la carga un condensador, este a"udará a aplanar la salida. Cuando el diodo conduce 6semiciclo positivo7 el condensador se carga al valor pico del volta#e de entrada. $n el siguiente semiciclo, cuando el diodo está polarizado en inversa " no ha" lu#o de corriente hacia la carga, es el condensador el que entrega corriente a la carga 6el condensador se descarga a través de la resistencia de carga7. $l condensador al entregar corriente a la carga se descarga 6disminu"e el volta#e en sus terminales7.
Tensión de rizado A la variación del volta#e 6>+7 en los terminales del condensador debido a la descarga de este en la resistencia de carga se le llama tensión de rizado. La magnitud de este rizado dependerá del valor de la resistencia de carga " al valor del condensador.
$n el semiciclo positivo el transormador entrega corriente, a través del diodo, al condensador C " a la resistencia %. $n el semiciclo negativo es el condensador el que entrega corriente a la resistencia 6se descarga7. i el condensador es grande signiica menos rizado, pero a&n cumpliéndose esta condición el rizado podr1a ser grande si la resistencia de carga es mu" peque/a 6corriente en la carga es grande7. Filtrado de onda completa La salida del rectiicador de onda completa es pulsante " para >aplanarla> se pone un condensador en paralelo con la carga. $ste condensador se carga a la tensión má9ima " se descargará en %L mientras que la tensión de salida del secundario del transormador disminu"e a cero 6>*>7 voltios, " el ciclo se repite.
0iltro %C
La igura muestra dos iltros %C entre el condensador de entrada " la resistencia de carga. $l rizado aparece en las resistencias en serie en lugar de hacerlo en la carga. 4nos buenos valores para las resistencias " los condensadores ser1an5 % ? @, ohmios C ? (*** micro aradios Con estos valores cada sección aten&a el ri zado en un actor de (*, " pueden ser empleadas varias etapas en cascada. La desventa#a principal del iltro %C es la pérdida de tensión en cada resistencia. $sto quiere decir que el iltro %C es adecuado solamente para cargas peque/as. $s mu" &til cuando tienes un circuito digital controlando relés, en ocasiones estos relés crean ruidos en la alimentación provocando el mal uncionamiento del circuito digital, con una sección de este iltro para la alimentación digital queda solucionado el problema. 0iltro LC
Cuando la corriente por la carga es grande, los iltros LC de la igura presentan una me#ora con respecto a los iltros %C. 'e nuevo, la idea es hacer que el rizado aparezca en los componentes en serie, las bobinas en este caso. Además, la ca1da de tensión continua en las bobinas es mucho menos porque solo intervienen la resistencia de los arrollamientos. Los condensadores pueden ser de (*** B0 " las bobinas cuanto más grandes me#or. ormalmente estas <imas suelen ocupar casi tanto como el transormador ", de hecho, parecen transormadores, menos mal que con una sola sección "a podemos reducir el rizado hasta niveles ba#1simos. %egulación $l concepto de uente de alimentación engloba el con#unto de transormación, rectiicación " regulación de la uente eléctrica primaria. $l regulador es el componente de la uente que se intercala entre la uente de alimentación con salida no regulada, es decir rectiicada " iltrada, " la carga. $l regulador es un dispositivo activo en el que se producen los cambios pertinentes para que la salida permanezca estable. $sto se consigue comparando la salida con una reerencia de buena estabilidad " utilizando el resultado de dicha comparación para producir los cambios internos precisos. $l regulador opera, por lo tanto, como un servomecanismo cu"o tiempo de respuesta es inito " cu"o error en la estabilidad es unción de la ganancia del bucle de realimentación. Clasificación y tipos de reguladores $9isten undamentalmente dos clases de reguladores5 •
%eguladores lineales
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%eguladores conmutados
Los reguladores lineales operan con corriente continua a la entrada de un nivel siempre superior a la salida deseada, " equivalen a una resistencia cu"o valor se a#usta automáticamente, " está conectada entre la entrada " la salida que, por eecto Doule, disipa en orma de calor el e9ceso de potencia eléctrica disponible en la uente primaria, lógicamente siempre superior a la que e9ige la carga. u rendimiento energético es por tanto siempre inerior a la unidad, pues lo contrario signiicar1a la ine9istencia del regulador.
Los reguladores conmutados operan de orma absolutamente dierente, con el in de no desperdiciar energ1a en orma de calor. 2ara ello se hace intervenir un parámetro no eléctrico5 el tiempo. Como su nombre indica, su principio de uncionamiento está basado en un conmutador que interrumpe el suministro de corriente en la uente primaria, a intervalos de duración variable con respecto a los de conducción, haciendo automáticamente que el valor medio de la energ1a conducida coincida con las necesidades de la carga. Como no e9iste en ellos ninguna pérdida intencionada de energ1a, el rendimiento teórico será la unidad. Además, en algunos casos, pueden uncionar con corriente continua pulsante como es una se/al alterna rectiicada sin iltrar. Los reguladores conmutados pueden uncionar a recuencia i#a o variable, pues lo importante es la relación de tiempos de conducción " bloqueo. o obstante, su control resulta más ácil si la recuencia es constante, de un valor que en principio puede ser cualquiera. Cuando se utiliza la red como uente primaria, resulta mu" cómodo utilizar su recuencia, que "a está disponible, " como la simpliicación es importante, se debe proceder a la rectiicación simultáneamente con la regulación.
'iagrama de bloques de una uente de alimentación con regulador electrónico lineal
'iagrama de bloques de una uente de alimentación con regulador electrónico conmutado Reguladores lineales básicos $9isten dos tipos5 •
%eguladores lineales en serie con la carga
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%eguladores lineales en paralelo con la carga
Aunque ambos reguladores operan con la misma eicacia, ba#o consideraciones energéticas e9iste entre ellos una dierencia undamental. -ientras que en el regulador serie la energ1a sobrante, disipada intencionadamente en orma de calor, aumenta en proporción directa con la carga a que es sometida la uenteE en el regulador paralelo la energ1a disipada en el regulador disminu"e cuando aumenta la carga. $sto es un contrasentido cuando se demande de la uente una carga mu" inerior a sus posibilidades. Además, el regulador paralelo tiene un elemento más que también disipa calor, una resistencia por la que circulan las corrientes de carga " del propio regulador.
'iagrama de bloques de un regulador electrónico serie " otro paralelo 2or tanto, sea cual sea la situación, una uente primaria con un regulador paralelo entrega siempre una potencia igual o superior a una uente primaria con un regulador serie uncionado en las mismas condiciones, es decir el rendimiento del primero es inerior o igual al del segundo. $sto se debe a que en la resistencia que acompa/a al regulador paralelo, se disipa la misma potencia que en el regulador serie. 2or otro lado, el regulador paralelo impide que las variaciones de corriente de la carga aparezcan en la uente primaria. $sto le proporciona una acultad de aislamiento entre la carga " la uente primaria que es importante en ciertos casos en que se mane#an recuencia elevadas " dierentes cargas. $n caso de sobrecarga, los reguladores serie reciben el impacto directo de dicha sobrecarga por lo que son más rágiles que los reguladores paralelo. 2rácticamente los reguladores en paralelo se ven relegados a un segundo plano, usándose sólo en casos de ba#o consumo de energ1a o cuando es mu" importante la interacción entre equipos o secciones del mismo alimentadas por una &nica uente primaria. $l caso más conocido es el de un circuito regulador con diodo zéner. %egulación -ediante Circuitos Integrados 6IC7 $n la actualidad e9isten pastillas de circuito integrado 6C.I.7, que uncionan como reguladores de tensión. $sto representa una gran venta#a rente a los circuitos discretos en cuanto a menor precio, menores dimensiones, ma"or iabilidad, dise/o más sencillo " gran versatilidad. $9isten reguladores monol1ticos con tensiones de salida de apenas unos voltios hasta algunos Filovoltios, " con elementos e9ternos la corriente puede alcanzar varias decenas de amperios. $l circuito regulador monol1tico es sustancialmente más comple#o que uno con elementos discretos. $sta ma"or comple#idad se debe al hecho de que es relativamente ácil a/adir diodos " transistores en un chip monol1tico, para realizar con más precisión " iabilidad las unciones, sin aumentar signiicativamente su coste. La tensión de salida puede ser i#a o variable, estando en este <imo caso controlada por elementos e9ternos. Clasificación general de los CI reguladores Los reguladores de tensión comunes se clasiican en general por el n&mero de terminales o pines del integrado, por el tipo de tensión de salida 6i#a o variable, positiva o negativa7 " por la intensidad má9ima de salida5 %egulador de tensión de tres terminales5
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%egulador de tensión i#o5 o
%egulador de tensión de salida positiva.
o
%egulador de tensión de salida negativa.
%egulador de tensión variable5 o
%egulador de tensión de salida positiva.
o
%egulador de tensión de salida negativa.
%eguladores de tensión de más de tres terminales 2arámetros undamentales de los CI reguladores Los parámetros que caracterizan a los reguladores integrados " que aparecen generalmente en las ho#as de caracter1sticas del abricante son5 Máxima y mínima tensión de entrada La má9ima tensión de entrada es aquella que puede aplicarse entre el terminal de entrada 6I24T, véase igura7 " el de masa 6CG--G7 en unción de la má9ima disipación de potencia sin deteriorar el dispositivo. La m1nima tensión de entrada es aquella con la que se garantiza la estabilidad de la tensión de salida, es decir mantiene la regulación de l1nea. Máxima corriente de salida $s la má9ima corriente que puede suministrarse sin que la tensión de salida disminu"a o el integrado sura da/os. in embargo, ha" que tener en cuenta que la corriente má9ima disponible disminu"e con el aumento de la tensión de entrada. $sto se hace para limitar automáticamente la má9ima potencia disipada a un valor prácticamente constante. $s decir, tensión de entrada, corriente má9ima de salida " potencia son tres parámetros que están 1ntimamente relacionados. Los l1mites, que dependen del dispositivo, var1an entre (** mA " de *,: A. a *,@ A. para corrientes ba#as. 'e ( A a (,: A para los más corrientes, como los de las series AH** " L-;<* u otros equivalentes, hasta llegar a (* A. para reguladores de corrientes elevadas. 2ara el L-H-*: la má9ima corriente de salida es de :** mA. !emos de tener en cuenta también que el tipo de encapsulado 6plástico, metálico, etc.7 inlu"e en la má9ima intensidad de salida que se puede obtener. Rechazo al rizado $l rizado es una ondulación superpuesta a la tensión continua. 2or otro lado, se entiende por rechazo, la capacidad de reducir la inluencia que produce esta luctuación de la tensión de alimentación sobre la salida. $l rechazo al rizado se e9presa en decibelios " va desde <* d para las tensiones más elevadas 6;* d en los casos más desavorables7, a @: d para las más ba#as como : " @ voltios, e incluso a * d " más en los circuitos reguladores de elevadas prestaciones. 2ara traducir los valores de este parámetro a valores comprensibles, la cira en decibelios debe dividirse por )* " el resultado emplearlo como e9ponente de (*, obteniéndose as1 el n&mero de veces que queda atenuado el valor de la tensión de rizado con respecto al de la entrada. 'icha órmula es5 Atenuación ?
Tolerancia de la tensión de salida -uchas veces es &til saber cuáles son las tolerancias de los valores nominales de las tensiones de salida de los reguladores de tres terminales. $n general, se indican las tensiones má9ima " m1nima. in embargo, como se trata de dar una inormación de carácter general, es preerible dar valores porcentuales, que son independientes de los valores nominales " que var1an, seg&n la amilia de dispositivos, entre J)3 " J:3. $n nuestro caso la tolerancia de la tensión de salida de la serie L-HL**AC es del J:3 dentro del rango de temperaturas de traba#o. eri!ación de la tensión de salida e entiende por deriva, la variación que sure la tensión de salida, principalmente por dos causas5 la temperatura " el enve#ecimiento. La primera causa, la temperatura, contribu"e apro9imadamente en un *,*(3=KC, o sea que por cada grado cent1grado de aumento de la temperatura del circuito integrado, la tensión de salida aumenta un *,*(3. Como puede observarse, el porcenta#e de la deriva es ba#o, pero no ha" que olvidar que, durante el uncionamiento, se pueden pasar de disipaciones prácticamente nulas a picos considerables, lo que puede producir variaciones de temperatura de varias decenas de grados. Máxima potencia disipable Los abricantes suministran gráicos que indican la má9ima potencia disipable en unción de la temperatura del dispositivo " de la resistencia térmica del disipador si se utiliza, o bien la má9ima potencia absoluta, con " sin disipador. ota5 Casi todos los C.I. reguladores tienen un sensor térmico que los protege de e9cesivas temperaturas debidas a la disipación de potencia, es lo que se conoce como parada térmica. 2ara más inormación véase apartado .(. Algunos tipos de encapsulado para reguladores de tres terminales5 TG))*, TG;, TG). Como indicador general, puede decirse que la potencia má9ima está comprendida entre *.: " *.@ M para los reguladores con cápsulas de plástico TG) 6véase igura 7, ) M para los del tipo TG))*, " ; M para las cápsulas TG;, todos sin disipador. Con disipadores se llegan hasta (: M para las TG))* " a ): M para las TG;. %egulación de l1nea5 $s la variación que e9perimenta la tensión de salida cuando var1a la tensión de entrada del regulador. %egulación de carga5 $s la variación que e9perimenta la tensión de salida cuando var1a la carga. Conclusión $n resumen, una uente de tensión regulada se compone básicamente de las siguientes de cuatro etapas undamentales para su correcto uncionamiento, las cuales se describen en el siguiente diagrama5 2rimera etapa5 transormador de poder Como puede notarse la primera etapa de la uente corresponde al transormador de poder. $9isten un sin in de tipos de transormador de poder. $l transormador es un dispositivo que permite obtener volta#es ma"ores o menores que los producidos por una uente de energ1a eléctrica de corriente alterna 6CA7. 4n transormador se compone de dos enrollamientos o embobinados eléctricamente aislados entre s1, devanados sobre el mismo n&cleo dehierro o de aire. 4na corriente alterna que circula por uno de los devanados genera en el n&cleo un campo magnético alterno, del cual la ma"or parte atraviesa al otro
devanado e induce en él una uerza electro motriz también alterna. La potencia eléctrica es transerida as1 de un devanado a otro, por medio del lu#o magnético a través del n&cleo. $l devanado al cual se le suministra potencia se llama primario, " el que cede potencia se llama secundario. $n cualquier transormador, no todas las l1neas de lu#o están enteramente en el hierro, porque algunas de ellas vuelven a través del aire. La parte de lu#o que atraviesa al primario " al secundario es la Llamada lu#o mutuo, la parte que sólo atraviesa al primario es el lu#o ligado al primario " la que atraviesa sólo al secundario, se le llama lu#o liga do al secundario. $n este caso, la potencia eléctrica obtenida 6potencia de salida7 en el transormador será menor a la potencia de entrada o suministrada al mismo, debido a las inevitables pérdidas por calentamiento en el primario " secundario, mismas que se denominan perdidas del cobre, a demás, puesto que como se muestra en el diagrama el primario es ma"or al secundario, la tensión de salida será menor a la de entrada, puesto que los requerimientos necesitados nos dan que la medición de salida entre estos puntos será de () v CA. egunda etapa5 rectiicación.
La segunda etapa de nuestra uente de alimentación es la que queda constituida por la rectiicación, en este punto, la se/al inducida al secundario, será nuevamente inducida pero ahora a una se/al directa.
uestra uente que es nuestro tema de estudio, en este caso posee una rectiicación a base de < diodos, por lo que su rectiicación será de onda completa " esta conectado en >tipo puente>. Tercera $tapa5 0iltro
$sta etapa, tiene como unción, >suavizar> o >alisar> o >reducir> a un m1nimo la componente de rizo " elevar el valor promedio de tensión directa. $l que a continuación describiremos es el ocupado por la uente causa de nuestro estudio, " es a base precisamente de elementos pasivos como es el condensador. uestra uente tiene un condensador de
$n muchas ocasiones necesitamos una uente de alimentación que nos proporcione más de (A " esto puede convertirse en un problema que aumenta, si además queremos, por seguridad, que se pueda cortocircuitar. La solución es dopar 6a/adir7 un transistor de potencia o los que sean necesarios para que nos proporcione la corriente deseada. ibliogra1a
