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Anatomía de Fuentes de Alimentación Conmutadas

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Bienvenidos a mi post!

Quiero compartir con ustedes un artículo muy bueno acerca de las características internas de las fuentes de alimentación de PC. Este artículo lo tomé de la página de Hardware Secrets y fue escrito por Gabriel Torres. Originalmente está en inglés pero lo traducí con el traductor de Google, lo revisé y corregí, cambiando o eliminando ciertas oraciones, de modo que quedara un texto fácil de leer. Las imágenes (muy buenas por cierto) no han sido modificadas. Espero que este aporte les sea de utilidad, tanto para los técnicos reparadores de PC, como para los gamers y para los fánáticos del hardware en general.




Anatomía de Fuentes de Alimentación Conmutadas


Introducción

Las fuentes de alimentación utilizadas en las PC se basan en una tecnología llamada "modo de conmutación" y por lo tanto también se conocen como SMPS (Switching Mode Power Supplies). En este tutorial vamos a explicar cómo funcionan y vamos a ofrecer un viaje al interior de la fuente de alimentación de PC para mostrar sus principales componentes y lo que hacen.

Hay dos diseños básicos de fuentes de alimentación: lineales y conmutadas.

Las fuentes lineales trabajan tomando 127 V o 220 V de la red eléctrica y lo bajan a un valor inferior (por ejemplo, 12 V) utilizando un transformador. Esta tensión más baja es aún CA. A continuación, la rectificación se realiza por un conjunto de diodos, transformando este voltaje de CA en voltaje pulsante (número 3 en las figuras 1 y 2). El siguiente paso es el filtrado, que se realiza mediante un condensador electrolítico, transformando este voltaje pulsante en casi CC (número 4 en las figuras 1 y 2). La CC obtenida después del condensador oscila un poco (esta oscilación se denomina ondulación), por lo que es necesaria una etapa de regulación de la tensión. Esta regulación la realiza un diodo zener (semiconductor que mantiene el voltaje constante) o un circuito integrado regulador de tensión. Después de esta etapa, la salida es tensión de CC verdadera (número 5 en las figuras 1 y 2).

Anatomía de Fuentes de Alimentación Conmutadas
Figura 1: Diagrama de bloques para un diseño lineal estándar de fuente de alimentación.


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Figura 2: Formas de onda que se encuentran en una fuente de alimentación lineal.


Aunque las fuentes de alimentación lineales funcionan muy bien para varias aplicaciones de baja potencia (teléfonos inalámbricos y consolas de videojuegos, por ejemplo), cuando se necesita alta potencia las fuentes de alimentación lineales pueden ser, literalmente, muy grande para la tarea.

El tamaño del transformador y la capacitancia (y por lo tanto el tamaño) del condensador electrolítico son inversamente proporcionales a la frecuencia de la tensión alterna de entrada: cuanto menor es la frecuencia de la tensión de CA, más grande es el tamaño de los componentes y viceversa. Dado que las fuentes de alimentación lineales todavía utilizan los 60 Hz (o 50 Hz, dependiendo del país) de frecuencia de la red eléctrica (que es una frecuencia muy baja), el transformador y el condensador son muy grandes.

También, cuanto mayor es la corriente (es decir, la potencia) exigida por el circuito alimentado por la fuente, más grande es el transformador.

La construcción de una fuente de alimentación lineal para la PC sería una locura, ya que sería muy grande y muy pesada. La solución fue utilizar el enfoque de conmutación de alta frecuencia.

En fuentes de alimentación conmutadas de alta frecuencia, el voltaje de entrada tiene su frecuencia aumentada antes de entrar en el transformador (50-60 kHz son valores típicos). Con el aumento de la frecuencia de la tensión de entrada, el transformador y el condensador electrolítico pueden ser muy pequeños. Este es el tipo de alimentación que se utiliza en la PC y otros equipos electrónicos, como reproductores de video.

La fuente de alimentación utilizada en la PC utiliza un enfoque aún mejor: se trata de un sistema de bucle cerrado. El circuito que controla el transistor de conmutación recibe retroalimentación de las salidas de suministro de energía, aumentando o disminuyendo el ciclo de trabajo de la tensión aplicada al transformador de acuerdo con el consumo de la PC (este enfoque se denomina PWM, Pulse Width Modulation). Así la fuente de alimentación se reajusta dependiendo del consumo del dispositivo conectado a ella. Cuando su PC no está consumiendo una gran cantidad de energía, el suministro se reajusta para entregar menos corriente, haciendo que el transformador y todos los demás componentes disipen menos energía (es decir, se genera menos calor).

En fuentes de alimentación lineales, la fuente está ajustada para entregar su potencia máxima, incluso si el circuito que está conectado a ella no está tirando una gran cantidad de corriente. El resultado es que todos los componentes están funcionando a su máxima capacidad, incluso si no es necesario. El resultado es la generación de un calor mayor.


Diagrama de la fuente de alimentación conmutada

En las figuras 3 y 4 se puede ver el diagrama de bloques de una fuente de alimentación conmutada con retroalimentación PWM utilizada en las PC. En la Figura 3 se muestra el diagrama de bloques de una fuente sin circuito PFC (Power Factor Correction), utilizado por las fuentes de alimentación baratas, y en la Figura 4 se muestra el diagrama de bloques de una fuente con el circuito PFC activo, que es utilizado por fuentes de alimentación caras.

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Figura 3: Diagrama de bloques para un diseño de fuente de alimentación conmutada con PWM (sin PFC).


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Figura 4: Diagrama de bloques de un diseño de fuente de alimentación conmutada con PWM y PFC activo.


Como se puede ver, las fuentes de alimentación con PFC activo no tienen un interruptor de 110/220 V y tampoco tienen un circuito doblador de tensión, pero por supuesto que tienen el PFC activo del que vamos a hablar más adelante.

Este es un diagrama muy básico. No se incluyeron los circuitos adicionales como protección contra cortocircuitos, circuito auxiliar, generador de señal power good, etc, para hacer que el diagrama sea sencillo de entender. Si se quiere un esquema más detallado, hay que ver la Figura 5.

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Figura 5: Esquema de una fuente de alimentación ATX de gama baja típica.


El circuito PWM hace la regulación de voltaje. El voltaje de entrada se rectifica antes de pasar a los transistores de conmutación, y lo que envían al transformador es de onda cuadrada. Así que lo que tenemos en la salida del transformador es una forma de onda cuadrada, no una forma de onda sinusoidal. Dado que la forma de onda ya es cuadrada, es muy simple transformarla en un voltaje de CC. Así que después de la rectificación que está después del transformador, el voltaje ya es CC. Es por eso que algunas veces las fuentes de alimentación conmutadas son también conocidas como convertidores CC-CC.

El bucle de retorno utilizado para alimentar el circuito de control PWM es el encargado de realizar toda la regulación necesaria. Si la tensión de salida es errónea, el circuito de control de PWM cambia el ciclo de trabajo de la señal aplicada a los transistores con el fin de corregir la salida. Esto sucede cuando el consumo de energía de la PC se incrementa, situación en la que la tensión de salida tiende a caer, o cuando disminuye el consumo de energía de la PC, situación en la que la tensión de salida tiende a aumentar.

Antes de continuar es necesario tener en claro lo siguiente:

• Todo lo que está antes del transformador se denomina "primario" y todo lo que está después se le llama "secundario".
• Las fuentes de alimentación con circuito PFC activo no tienen un interruptor de 110 V / 220 V. Asimismo, no tienen un doblador de tensión.
• En fuentes de alimentación sin PFC, si el 110 V / 220 V se fija a 110 V, la fuente de utilizará un doblador de tensión, con el fin de hacer que la tensión siempre esté alrededor de 220 V antes del puente de rectificación.
• En las fuentes de alimentación de PC dos transistores MOSFET de potencia hacen de conmutador. Se pueden utilizar varias configuraciones diferentes y vamos a hablar más sobre esto más adelante.
• La forma de onda aplicada al transformador es cuadrada. Por lo tanto la forma de onda que se encuentra en la salida del transformador es cuadrada, no sinusoidal.
• El circuito de control de PWM (que suele ser un circuito integrado) se aísla de la primaria a través de un pequeño transformador. A veces, en lugar de un transformador se utiliza un optoacoplador (un pequeño circuito integrado que contiene un LED y un fototransistor).
• Como hemos mencionado, el circuito de control PWM utiliza las salidas de la fuente de alimentación para controlar cómo se van a manejar los transistores de conmutación. Si la tensión de salida es errónea, el circuito de control de PWM cambia la forma de onda aplicada en los transistores de conmutación con el fin de corregir la salida.


Dentro de una fuente de alimentación de PC

Después de la apertura de una fuente de alimentación por primera vez (no hacerlo con su cable de alimentación conectado o se obtendrá una descarga eléctrica), podremos reconocer al menos dos cosas que ya conocemos: el ventilador de la fuente y algunos disipadores.

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Figura 6: Dentro de una fuente de alimentación de PC.


Podemos reconocer fácilmente los componentes que pertenecen a la primaria y los componentes que pertenecen a la secundaria.

En la primaria encontraremos uno (en fuentes de alimentación con un PFC activo) o dos (en las fuentes de alimentación sin PFC) grandes condensadores electrolíticos.

Por lo general, las fuentes de alimentación de PC tienen tres transformadores entre dos grandes disipadores de calor, como se puede ver en la figura 7. El transformador principal es el más grande. El transformador mediano se utiliza para generar la salida de +5 VSB y el transformador más pequeño es usado por el circuito de control de PWM para aislar la secundaria de la primaria (este es el transformador etiquetado como "isolator" en las Figuras 3 y 4). Varias fuentes de alimentación en lugar de utilizar un transformador como aislador, utilizan uno o más acopladores ópticos (se ven como pequeños circuitos integrados), así que en las fuentes de alimentación que utilizan estos componentes probablemente encontraremos sólo dos transformadores. Vamos a hablar más sobre esto más adelante.

Uno de los disipadores de calor pertenece a la primaria y la otra pertenece a la secundaria.

En el disipador de calor de la primaria se encuentran los transistores de conmutación y también los transistores y diodos de PFC, si la fuente de alimentación tiene PFC activo. Algunos fabricantes pueden optar por utilizar un disipador de calor separado para los componentes de PFC activo, entonces podemos encontrar dos disipadores de calor en la primaria.

En el disipador de calor de la secundaria se encuentran varios rectificadores. Se ven como transistores pero tienen dos diodos de potencia en el interior.

También encontraremos diversos condensadores electrolíticos más pequeños y bobinas que pertenecen a la fase de filtrado.

Una forma más fácil de encontrar el secundario y el primario es siguiendo los cables de alimentación. Los cables de salida se conectan a la secundaria, mientras que los cables de entrada (los que vienen del cable eléctrico) se conectarán a la primaria (Figura 7).

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Figura 7: Localización de la primaria y la secundaria.


Ahora vamos a hablar acerca de los componentes que se encuentran en cada fase de la fuente de alimentación.


Filtrado transitorio

La primera etapa de una fuente de alimentación de PC es el filtrado transitorio. En la figura 8 se puede ver el esquema del filtro transitorio recomendado.

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Figura 8: Filtro transitorio.


Decimos "recomendado", porque muchas fuentes de alimentación, especialmente las económicas, no van a tener todos los componentes que se muestran en la Figura 8. Así que una buena manera de comprobar si la fuente de alimentación es buena o no, es comprobando si su etapa de filtrado transitorio tiene todos los componentes recomendados o no.

Su principal componente se llama MOV (Metal Oxide Varistor) o varistor, RV1 en el esquema, que es responsable de cortar los picos de voltaje (transitorios) que se encuentran en la línea de alimentación. Este es exactamente el mismo componente que se encuentra en supresores de sobretensión. El problema, sin embargo, es que las fuentes de alimentación baratas no llevan este componente con el fin de ahorrar costos. En fuentes de alimentación con un MOV, los supresores de sobretensión son inútiles, puesto que ya tienen un protector de alteraciones dentro de ellos.

L1 y L2 son bobinas de ferrita. C1 y C2 son condensadores de disco, normalmente azules. Estos condensadores también se conocen como "condensadores Y". C3 es un condensador de poliéster metalizado, normalmente con valores como 100 nF, 470 nF o 680 nF. Este condensador también se llama "condensador X". Algunas fuentes de alimentación tienen un segundo condensador X, instalado en paralelo con la línea de alimentación principal, donde está RV1 en la Figura 8.

Un condensador X es cualquier condensador que tiene sus terminales conectados en paralelo a la línea de alimentación principal. Los condensadores Y vienen en pares, necesitan ser conectados entre sí en serie con el punto de conexión entre ellos a tierra, es decir, conectado al chasis de la fuente de alimentación. Luego se conectan en paralelo a la línea de alimentación principal.

El filtro transitorio no sólo filtra los transitorios provenientes de la línea de energía, sino que también evita el ruido generado por los transistores de conmutación, que volvería a la línea de alimentación provocando interferencias en otros equipos electrónicos.

Veamos algunos ejemplos del mundo real. En la Figura 9 se ve que esta fuente simplemente no tiene un filtro transitorio. Esta fuente de alimentación es una unidad "genérica" barata. Si se presta atención se pueden ver las marcas de la placa de circuito impreso donde se deben instalar los componentes de filtrado.

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Figura 9: Esta fuente de alimentación barata "genérica" no tiene ni siquiera una etapa de filtrado transitorio.


En la Figura 10 se puede ver el filtrado transitorio de una fuente de energía barata. Como se puede ver, el MOV ha desaparecido y esta fuente de tiene una sola bobina (falta L2). Por otro lado, tiene un condensador X adicional (colocado donde está RV1 en la Figura 8).

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Figura 10: Filtrado transitorio en una fuente de energía barata.


En algunas fuentes de alimentación el filtro transitorio puede estar dividido en dos etapas separadas, una soldada al conector de alimentación de entrada y la otra en la placa de circuito impreso de alimentación, como se puede ver en la fuente que se muestra en las figuras 11 y 12.

En esta fuente de alimentación se puede encontrar un condensador X (en reemplazo de RV1 en la Figura 8) y la primera bobina de ferrita (L1) soldada en una pequeña placa de circuito impreso que se conecta al conector principal de alimentación de CA.

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Figura 11: Primera etapa de filtrado transitorio.


En la placa de circuito impreso de la fuente se encuentran los otros componentes. Como se puede ver, esta fuente tiene un MOV, a pesar de que se coloca en una posición inusual, después de la segunda bobina. Si se presta atención, esta fuente de alimentación cuenta con más de la cantidad recomendada de componentes, ya que tiene todos los componentes que se muestran en la Figura 8, además de un condensador X extra.

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Figura 12: Segunda etapa de filtrado transitorio.


Este MOV es de color amarillo, sin embargo, el color más común es azul oscuro.
También se puede encontrar un fusible cerca del filtro transitorio (F1 en la figura 8, ver también las figuras 9, 10 y 12). Si se funde el fusible hay que tener cuidado ya que por lo general indica que uno o más componentes están defectuosos. Si se sustituye el fusible, el nuevo probablemente vuele inmediatamente después de encender la computadora.


Doblador de tensión y rectificador primario

En las fuentes de alimentación sin circuito PCF activo se encuentra un doblador de tensión. El doblador de tensión utiliza dos condensadores electrolíticos grandes. Así que los condensadores más grandes que se encuentran en la fuente de alimentación pertenecen a esta etapa. Como mencionamos antes, el doblador de tensión sólo se utiliza si se va a conectar la fuente a una red eléctrica de 127 V.

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Figura 13: Condensadores electrolíticos del doblador de tensión.


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Figura 14: Condensadores electrolíticos del doblador de tensión retirados de la fuente de alimentación.


Al lado de los dos condensadores electrolíticos se encuentra un puente rectificador. Este puente puede estar formado por cuatro diodos o por un único componente (ver Figura 15). En las fuentes de alimentación de alto rendimiento este puente rectificador está conectado a un disipador de calor.

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Figura 15: Puente de rectificación.


En la primaria también se encuentra un termistor NTC, que es una resistencia que cambia su valor de acuerdo a la temperatura. Se utiliza para reconfigurar la fuente después de que se utiliza por un tiempo y se calienta. NTC significa coeficiente negativo de temperatura. Este componente se asemeja a un condensador de disco de cerámica y es por lo general verde oliva.


PFC activo

Obviamente este circuito sólo se encuentra en las fuentes de alimentación que tienen PFC activo. En la Figura 16 se puede estudiar el circuito PFC activo típico.

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Figura 16: PFC Activo.


El circuito PFC activo normalmente utiliza dos transistores de potencia MOSFET. Estos transistores están unidos al disipador de calor que se encuentra en la etapa primaria de la fuente de alimentación. Para una mejor comprensión, etiquetamos el nombre de cada terminal MOSFET, S para surtidor, D para drenador y G para compuerta.

El diodo PFC es un diodo de potencia que por lo general utiliza un empaquetado similar a los transistores de potencia (pero tiene sólo dos terminales), y también está unido al disipador de calor que se encuentra en la etapa primaria de la fuente de alimentación.

La bobina de PFC que se muestra en la Figura 16 es la más grande de las bobinas en la fuente de alimentación.

El condensador electrolítico es el gran condensador que se encuentra en la sección primaria de las fuentes de alimentación con PFC activo.

La resistencia que se muestra es un termistor NTC.

El circuito de control PFC activo generalmente se basa en un circuito integrado. A veces, este circuito integrado también se encarga de controlar el circuito PWM (utilizado para controlar los transistores de conmutación). Este tipo de circuito integrado se denomina "combo PFC / PWM".

Veamos ahora algunos ejemplos del mundo real. En la figura 17 hemos eliminado el disipador de calor principal para que se puedan ver mejor los componentes. En el lado derecho se aprecian los componentes de filtrado transitorio que ya hemos discutido. En el lado izquierdo se puede ver los componentes de PFC activo. Dado que hemos eliminado el disipador de calor, los transistores y el diodo PFC faltan en esta figura. Si se presta atención, se ve que esta fuente de alimentación utiliza un condensador X entre el puente rectificador y el circuito PFC activo (componente de color marrón por debajo del disipador de calor del puente rectificador). Por lo general, el termistor, que se asemeja a un condensador de cerámica del disco y es de color verde oliva, utiliza una protección de goma, como se puede ver. Como hemos mencionado, la bobina más grande de la fuente de alimentación es generalmente la bobina del PFC activo.

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Figura 17: Componentes PFC Activo.


En la Figura 18 se pueden ver los componentes que están conectados al disipador de calor que se encuentra en la sección primaria de la fuente de alimentación, representado en la figura 17. Podemos ver los dos transistores MOSFET de potencia y el diodo de potencia del circuito PFC activo.

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Figura 18: Componentes conectados al disipador de calor primario.


En la Figura 18 también se pueden ver los dos transistores de conmutación utilizados por esta fuente, que es nuestro próximo tema.


Transistores de conmutación

La sección de conmutación de fuentes de alimentación conmutadas se puede construir utilizando varias configuraciones diferentes. Se resumieron los más comunes en la siguiente tabla.

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Por supuesto sólo estamos analizando el número de componentes necesarios, hay otros aspectos que los ingenieros deben tener en cuenta al momento de decidir qué configuración utilizar.

Las dos configuraciones más comunes para fuentes de alimentación de PC son la de dos transistores adelante y la de push-pull, y ambas utilizan dos transistores de conmutación. Estos están unidos al disipador de calor que se encuentra en la sección primaria de la fuente.

A continuación mostramos los esquemas para cada una de estas cinco configuraciones.

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Figura 19: Configuración de un transistor adelante.


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Figura 20: Configuración de dos transistores adelante.


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Figura 21: Configuración de medio puente.


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Figura 22: Configuración de puente completo.


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Figura 23: Configuración push-pull.



Transformadores y circuito de control PWM

Como hemos mencionado anteriormente, una fuente de alimentación de PC típica tiene tres transformadores. El grande es el que se muestra en nuestro diagrama de bloques (Figuras 3 y 4) y esquemas (Figuras 19 a 23), donde su primaria está conectada a los transistores de conmutación y su secundaria está conectada a los diodos rectificadores y circuitos de filtrado que proporcionarán las salidas de la fuente de alimentación de CC (+12 V, +5 V, +3,3 V, -12 V y -5 V). El segundo transformador se utiliza para generar la salida de +5 VSB. Un circuito independiente genera esta salida, también conocida como "energía de reserva". La razón de esto es porque esta salida siempre está encendida, incluso cuando la fuente se "apaga" (es decir, está en modo de espera). El tercer transformador es un transformador aislador, que conecta el circuito de control PWM con los transistores de conmutación (descrito como "isolator" en nuestro diagrama de bloques). Este tercer transformador puede no existir, siendo sustituido por uno o más optoacopladores, que lucen como un pequeño circuito integrado (ver la Figura 25).

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Figura 24: Transformadores de la fuente.


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Figura 25: Esta fuente de alimentación utiliza acopladores ópticos en lugar de utilizar un transformador para aislar el circuito PWM.


El circuito de control de PWM se basa en un circuito integrado. Las fuentes de alimentación sin PFC activo por lo general utilizan un circuito integrado TL494 (en la fuente de alimentación representada en la figura 26 se utilizó una parte compatible, DBL494). En fuentes de alimentación con PFC activo a veces se utiliza un circuito integrado que combina PWM y control PFC. CM6800 es un buen ejemplo de circuito integrado combinado PWM / PFC. Otro circuito integrado se utiliza generalmente en la fuente para generar la señal de power good. Vamos a hablar más sobre ello más tarde.

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Figura 26: Circuito de control PWM.



La etapa secundaria

Por último, la etapa secundaria. Aquí las salidas del transformador principal se rectifican y filtran y luego son entregadas a la PC. La rectificación de los voltajes negativos (-5 V y -12 V) se hace mediante diodos convencionales, ya que no requieren una gran cantidad de energía y corriente. Sin embargo, la rectificación de los voltajes positivos (+3,3 V, +5 V y +12 V) se realiza mediante rectificadores Schottky de potencia, que son componentes de tres terminales que se parecen a los transistores de potencia pero tienen dos diodos de potencia en el interior. La forma en que se realiza la rectificación depende del modelo de fuente de alimentación y son posibles dos configuraciones, que se muestran en la Figura 27.

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Figura 27: Configuraciones de rectificación.


La configuración "A" es la más utilizada por las fuentes de alimentación de gama baja. Como se puede ver, esta configuración necesita tres clavijas del transformador. La configuración "B" es más utilizada por las fuentes de alimentación de alta gama. Aquí sólo se utilizan dos pines del transformador, sin embargo, la bobina de ferrita debe ser físicamente más grande y por lo tanto más cara, y esa es una de las principales razones por las que las fuentes de alimentación de gama baja no utilizan esta configuración.

También en fuentes de alimentación de alta gama, con el fin de aumentar la corriente máxima que la fuente puede entregar, se pueden conectar en paralelo dos diodos de potencia, duplicando así la corriente máxima que el circuito puede manejar.

Todas las fuentes de alimentación tienen un circuito completo de rectificación y filtrado para las salidas de +12 V y +5 V, por lo que todas las fuentes de alimentación tienen al menos dos circuitos como los que se muestran en la Figura 27.

Sin embargo, para la salida de +3,3 V, se pueden utilizar tres opciones:

• Adición de un regulador de voltaje de +3,3 V a la salida de +5 V. Esta es la opción más común en las fuentes de alimentación de gama baja.
• Adición de un circuito completo de rectificación y filtrado como el que se muestra en la Figura 27 para la salida de +3,3 V, pero compartiendo la misma salida del transformador utilizado por el circuito de rectificación de +5 V. Esta es la opción más común para las fuentes de alimentación de alta gama.
• Uso de un circuito completo e independiente de rectificación y filtrado para la salida de +3,3 V. Esto es muy raro y se encuentra en fuentes caras y de muy alta calidad.

Debido a que la salida de +3,3 V por lo general utiliza el circuito de +5 V total (en las fuentes de gama baja) o en parte (en las fuentes de gama alta), la salida de +3,3 V está limitada por la salida de +5 V y viceversa. Es por eso que las fuentes tienen una calificación de "poder combinado", que indica la potencia máxima que estas dos salidas pueden reunir juntas, además de la potencia máxima de cada salida (el poder combinado es menor que la suma de potencias de las líneas de +3,3 V y +5 V).

En la figura 28 se tiene una visión general de la etapa secundaria de una fuente de alimentación de gama baja. Aquí se puede ver el circuito integrado encargado de generar la señal de power good. Por lo general, las fuentes de gama baja utilizan un LM339 o equivalente para esta tarea.

Encontraremos varios condensadores electrolíticos (mucho más pequeño que los que se encuentran en el duplicador de voltaje o circuito PFC activo) y varias bobinas. Ellas están a cargo de la etapa de filtrado (ver Figura 27).

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Figura 28: Etapa secundaria de la fuente.


Para una mejor visión cortamos todos los cables y retiramos las dos grandes bobinas de filtrado. En la Figura 29, se pueden ver los diodos más pequeños utilizados en la rectificación de las líneas de -12 V y -5 V, que tienen valores de corriente (y por lo tanto de potencia) más pequeños (0,5 A cada uno en esta fuente de alimentación específica). Las otras salidas de tensión tienen necesidades de corriente muy por encima de 1 A, requiriendo diodos de potencia para llevar a cabo la rectificación.

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Figura 29: Diodos de rectificación para las líneas de -12 V y -5V.


En la figura 30 tenemos un ejemplo de los componentes que están conectados al disipador de calor que se encuentra en la etapa secundaria de una fuente de alimentación de gama baja.

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Figura 30: Componentes que se encuentran en el disipador secundario de una fuente de alimentación de gama baja.


De izquierda a derecha, se puede encontrar:

• Un circuito integrado regulador de tensión (a pesar de que cuenta con tres terminales y se ve como un transistor, es un circuito integrado). En el caso de esta fuente era un 7805 (regulador de 5 V), a cargo de la regulación de la salida de +5 VSB. Como mencionamos antes, esta salida utiliza un circuito que es independiente de la línea +5 V estándar (ver la Figura 5 para un mejor entendimiento), ya que seguirá entregando energía a la salida de +5 VSB, incluso cuando su PC está "apagada" (modo de espera). Es por eso que esta salida también se denomina "energía en espera". El 7805 puede entregar hasta 1 A.
• Un transistor MOSFET de potencia para la regulación de la salida de +3,3 V. En esta fuente el utilizado fue un PHP45N03LT, que puede manejar hasta 45 A. Como mencionamos antes, sólo las fuentes de alimentación de gama baja utilizan un regulador de voltaje para la salida de +3,3 V (que se conecta a la línea +5 V).
• Un rectificador de potencia Schottky, que no es más que dos diodos pegados en el mismo paquete. En este caso el utilizado era un STPR1620CT, que puede manejar hasta 8 A para cada diodo (16 en total). Este rectificador se utiliza para la línea de +12 V.
• Otro rectificador de potencia Schottky. En esta fuente el utilizado fue un E83-004, que puede manejar hasta 60 A. Este rectificador de potencia específico se utiliza para las líneas de +5 V y +3,3 V. Ya que estas líneas utilizan el mismo rectificador, su corriente agregada no puede ser mayor que la corriente máxima del rectificador. Este concepto se denomina poder combinado. En otras palabras, la línea de +3,3 V está generada a partir de la de +5 V; el transformador no tiene una salida de +3,3 V, a diferencia de lo que ocurre con todas las otras tensiones proporcionadas por la fuente de alimentación. Esta configuración sólo se utiliza en las fuentes de gama baja. En cambio las de gama alta utilizan rectificadores separados para +3,3 V y +5 V.

Ahora echemos un vistazo a los principales componentes utilizados en la etapa secundaria de una fuente de alimentación de gama alta.

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Figura 31: Componentes que se encuentran en el disipador secundario de una fuente de alimentación de gama alta.


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Figura 32: Componentes que se encuentran en el disipador secundario de una fuente de alimentación de alta gama.


Aquí podemos encontrar:

• Dos rectificadores de potencia Schottky para la salida de +12 V conectados en paralelo, en lugar de sólo uno como en las fuentes de alimentación de gama baja. Esta configuración duplica la cantidad máxima de corriente (y por tanto la potencia) que la salida +12 V puede ofrecer. Esta fuente de alimentación utiliza dos STPS6045CW, que pueden entregar hasta 60 A cada uno.
• Un rectificador de potencia Schottky para la salida de +5 V. En esta fuente se utilizó un STPS60L30CW, que soporta hasta 60 A.
• Un rectificador de potencia Schottky para la salida de +3,3 V, siendo la principal diferencia entre las fuentes de gama alta y de gama baja. En esta fuente el circuito utilizado fue un STPS30L30CT, que soporta hasta 30 A.
• Un regulador de tensión del circuito de protección de la fuente. Este tipo de característica varía en función del modelo de fuente.

Hay que tener en cuenta que las corrientes máximas que publicamos son sólo para los componentes. La corriente máxima que la fuente de alimentación en realidad puede entregar dependerá de los otros componentes que se unen a ellos, como las bobinas, el transformador, la sección de los hilos utilizados e incluso la anchura de las pistas del circuito impreso.

A modo de ejercicio, se puede calcular la potencia máxima teórica para cada salida, multiplicando la corriente máxima del rectificador por el voltaje de salida. Por ejemplo, para la fuente de alimentación representada en la figura 30, su potencia teórica máxima para su salida de +12 V es de 192 W (16 A x 12 V). Pero hay que tener cuenta lo que acabamos de decir en el párrafo anterior.


FIN DEL POST

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5 comentarios - Anatomía de Fuentes de Alimentación Conmutadas

@armandoquito2011
aportazo! te dejo 10 mas tarde, lo pongo en favs y lo recomiendo
@chafaringa
Excelente, gran aporte, mas de estos post y menos de "hice una dibujo y te lo muestro" xD
+10
+reco
@nahuel915
Hola muy bueno el post!, no se ven las imagenes las podrias subir de nuevo?, gracias saludos