Fuentes conmutadas

Fuentes conmutadas

Las fuentes conmutadas o tambien llamadas SMPS por sus siglas en inglés (switch mode power supply ) Se caracterizan principalmente por su gran eficiencia en comparación a la fuentes clásicas lineales que usan un transformador de núcleo ferromagnético. 

Mi propósito es explicar de forma simple todos los factores a considerar al momento de realizar una fuente conmutada. Realmente son circuitos complejos y hasta cierto punto difícil de hacer, sin embargo, basado en mi experiencia creo que podemos hacer algo bonito.

Lo que voy a hacer es algo que siempre he querido hacer desde hace años y lo he dejado a un lado, pero ya es el momento de hacer una fuente dc-dc para sonido. Siempre me ha gustado el sound car, y me parece sumamente interesante cómo hacen que de un sistema tan pequeño salga sonido tan potente y con tanta calidad, pues resulta que el corazón de todo este sistema de sonido es una fuente conmutada la cual eleva el voltaje de 12V hasta +/-80V en algunos casos, entregando hasta 3000W de potencia pico.


No voy a hacer algo tan potente, pero sí, lo suficiente para tener para mover unos bajos bien profundos, Tratare de hacerlo todo con dispositivos que se consigan en cualquier tienda de electrónica, de forma que todos los puedan hacer también. 

Etapas de una fuente conmutada

Explicar la etapas de una fuente conmutada en esta época es casi como un cliché, sin embargo tengo que decirlo. Lo he mencionado de forma generar en un artículo donde explicaba como hacer el PCB de una fuente conmutada integrada. 

Las fuentes conmutadas están compuestas de varias etapas, mencionaré sólo las etapas para la fuente que usaremos nosotros que es una DC-DC, esto lo que quiere decir es que vamos a alimentar con 12V dc y saldrá voltaje también en DC.

A la entrada tendremos una batería de 12V. que puede ser una batería de carro o de mato, la etapa de conmutación es una de las etapas más complejas, sin embargo, ya existen circuitos integrados que facilitan un poco el trabajo (TL494 y MC34063)

La etapa de conmutación es la encargada de excitar el transformador con pulsos de voltaje que se transmiten a través de mosfet. Esto lo explicare mas adelante con más detalle.

Para estas fuentes se usan transformadores de ferrita, son esos cuadrados amarillos que vemos en las fuentes de computadora, pero no vamos a usar estos, debido a que son dificil de conseguir la información sobre sus pines, además no nos va a dar el voltaje que queremos. Por esta razón vamos a usar transformadores toroidales. si, aunque no lo creas son más fáciles de conseguir y de armar, y son más eficientes.

Estos transformadores los puedes conseguir en cualquier lugar donde monten sonido para carro, por lo general tienen placas tiradas y no saben qué hacer con esos transformadores. a mi incluso me los han regalado.

La etapa de filtrado es similar a la etapa de filtrado de una fuente lineal con algunas consideraciones adicionales, su función es eliminar el rizado producido en la señal de salida. 

Y por ultimo esta la etapa de Control, esta etapa lo que hace es decirle al conmutador que “conmute” más rápido o más lento según la necesidad de corriente que se necesite, esto está formado por un simple optoacoplador, el objetivo de usar un optoacoplador es evitar que el ruido producido por las oscilaciones se reflejan en la salida.

Bueno, estas son las etapas de una fuente conmutada, ahora comenzare a explicar detalladamente cada una de sus etapas y sus configuraciones, lo que viene es interesante. así que mucha atención!!! 

Etapa de control

Es una de las etapas más complejas debido a que se deben consideran parámetros en los circuitos que por lo general ignoramos, como por ejemplo la capacitancia que se forma en la compuerta de los transistores Mosfet.

Para la etapa de control use hace años un par de integrados que eran los que más se usaban en las fuentes ATX de computadoras. los cuales son SG3525 y el TL494 y he buscado y aun se siguen usando. En mi país en la tienda de electronica del barrio conseguí los 2.

SG3525

1.6 USD

TL494

0.39 USD


¿Porque tanta diferencia? vamos a averiguarlo. 

Conozcamos cada uno de estos circuitos primero. 

SG3525

Básicamente es un  modulador de ancho de pulso hecho por STMicroelectronics el cual puede oscilar entre 100 Hz y 500 KHz. esta frecuencia se ajusta con un arreglo de resistencia y capacitor igual que se hace con un 555. tiene dos salidas complementarias las cuales entregan una tensión igual a la tensión de alimentación del integrado o una específica.

En la siguiente imagen pueden entender mejor lo que digo.

Este integrado cuenta con arranque suave, el cual permite esperar un pequeño tiempo antes de que el PWM comience a funcionar.

No hay mas nada relevante que pueda decir sobre este integrado, solo que el integrado comercializa desde el año 2000, es muy simple.

TL494

Este circuito integrado está diseñado por Texas Instruments y la verdad su información está bastante completa y ya he descubierto porque es tan barato, la razón es que al SG3525 solo lo conectas y ya comienza a funcionar a diferencia de este, hay que agregarle varios componentes adicionales y hay que hacer más cálculos.

Este circuito nos ofrece mucho control, digamos que tienes mas parametros configurables, la cuestión es que es más complejo. Sin embargo, los productos de Texas nunca me han decepcionado, así que, basándome en que ambos circuitos sirven para la misma cosa, pero este lo hace mejor con un poco de esfuerzo, escogeré este circuito para hacer la fuente conmutada. 

Este circuito integrado cuenta con dos amplificadores operacionales con los cuales se puede controlar el error, y esto significa que puedo controlar el ancho de pulso de acuerdo a la necesidad de la carca incluso limitar la corriente si esta se excede.

También tiene salidas de colector abierto las cuales se pueden configurar en paralelo o complementarias.

Bueno, hay mucho que hacer con este circuito, así que por ahora me espero he iré  a la tienda a comprar mi circuito TL494.

Fuente DC DC con MC34063

Como usar el TL494

Como usar el SG3524

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