¿Qué Es Una Fuente De Alimentación? Partes Y Clasificación

Las fuentes de alimentación se encuentran en ordenadores, cámaras IP, sistemas de control de acceso, buscapersonas IP e interfonos. Es una de las partes más infravaloradas de un sistema informático. Una fuente de alimentación es un equipo que se utiliza para convertir la energía de una toma de corriente en energía que puede utilizarse en muchas partes de un dispositivo eléctrico.

Cada fuente de alimentación debe soportar la carga conectada a ella. Dependiendo del diseño, una fuente de alimentación puede extraer energía de muchas fuentes diferentes, incluyendo sistemas de transmisión de energía, sistemas electromecánicos como generadores e inversores, inversores solares, dispositivos de almacenamiento de energía como baterías y pilas de combustible, u otras fuentes de energía.

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¿Qué es una fuente de alimentación?

Una fuente de alimentación (PSU) es un dispositivo que convierte la energía de la red en energía que puede ser utilizada por un dispositivo como un ordenador. Una fuente de alimentación convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC), proporciona un nivel constante de tensión de salida y regula o mantiene la tensión de salida en diversas condiciones de carga.

En realidad, no “alimenta” la energía, sino que la convierte o modifica para utilizarla en un dispositivo electrónico. Por ejemplo, la fuente de alimentación de un ordenador convierte 120 VAC en una tensión baja de 5 VDC o 12 VDC.

La fuente de alimentación (PSU) también debe regular la tensión de salida para que no fluctúe más que un pequeño porcentaje. También suele contener un interruptor de límite de corriente que se dispara (como un fusible) cuando se detecta una corriente de carga excesiva. Esto ayuda a proteger el cargador de daños.

Partes de una fuente de alimentación

La fuente de alimentación consta de cuatro partes principales.

  1. Transformador: Ajusta la tensión de CA a un valor adecuado a la fuente de alimentación.
  2. Rectificador: Convierte la señal de CA para que sea siempre positiva (CC).
  3. Filtro: Suprime las irregularidades de la señal.
  4. Regulador: Ajusta la tensión de salida de CC para mantener el nivel deseado (12VDC). Mantiene una tensión constante a pesar de los cambios en la carga.
Partes de una fuente de alimentación
Partes de una fuente de alimentación

Clasificación de fuentes de alimentación y sus diferentes tipos

Aquí discutiremos los diferentes tipos de fuentes de alimentación que han existido en el mercado mundial.

1. Fuente de alimentación de CA variable

El uso de un transformador permite generar varias tensiones alternas. Un transformador puede tener varios devanados o derivaciones. En este caso, el dispositivo utiliza interruptores para seleccionar diferentes niveles de tensión.

También se puede utilizar un transformador de potencia ajustable (autotransformador ajustable) para variar la tensión de forma suave. Algunas fuentes de alimentación variable de CA incluyen medidores para controlar la tensión, la corriente y/o la potencia.

Fuente de alimentación de CA variable
Fuente de alimentación de CA variable

2. Fuente de alimentación lineal no regulada

Las fuentes de alimentación no reguladas contienen un transformador reductor, un rectificador, un condensador de filtro y una resistencia de aire. Debido a su simplicidad, este tipo de fuente de alimentación es las más baratas y fiables para las pequeñas necesidades de energía.

El principal inconveniente es que la tensión de salida no es constante; varía con la tensión de entrada y la corriente de carga, y el rizado no es adecuado para aplicaciones electrónicas.  La ondulación puede reducirse sustituyendo el condensador del filtro por un filtro LC (condensador inductivo), pero el coste aumenta.

Transformador de entrada

El transformador de entrada se utiliza para convertir la tensión de línea de entrada en el nivel de potencia requerido. También aísla el circuito de salida de la red eléctrica. Aquí se utiliza un transformador reductor.

Rectificador

Se utiliza un rectificador para convertir la señal de entrada de CA a CC. Hay diferentes tipos de rectificadores, rectificador de media onda y rectificador de onda completa.

Condensador de filtro

La corriente continua pulsada procedente del rectificador se introduce en un condensador de supresión de interferencias. Elimina las pulsaciones no deseadas de la corriente continua pulsada.

Resistencia de vaciado

La resistencia al sangrado también se denomina resistencia a la pérdida de potencia. Se conecta a los condensadores de filtro para disipar la carga acumulada y no perturbar la alimentación.

3. Fuentes de alimentación programables

Este tipo de fuente de alimentación permite el control remoto a través de una entrada analógica o de interfaces digitales como GPIB o RS232. Las características controladas de esta fuente de alimentación son la corriente, la tensión y la frecuencia.

Este tipo de fuentes de alimentación se utilizan en diversas aplicaciones, como la fabricación de semiconductores, los generadores de rayos X, la supervisión del crecimiento de los cristales y las pruebas automatizadas de dispositivos.

Normalmente, estos tipos de fuentes de alimentación utilizan un microordenador importante para regular y controlar el funcionamiento de la fuente de alimentación. Una fuente de alimentación con interfaz de ordenador utiliza protocolos de comunicación estándar (o propios) y lenguajes de control de instrumentos como SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments).

4. Fuente de alimentación del ordenador

La fuente de alimentación de un ordenador es la parte de un dispositivo que convierte la energía eléctrica de una toma de corriente en energía útil para varias partes del ordenador. Convierte la corriente alterna en corriente continua.

También controla el sobrecalentamiento mediante el ajuste del voltaje, que puede cambiarse manual o automáticamente según la fuente de alimentación. Una fuente de alimentación o un convertidor de potencia también se denominan convertidores o fuentes de alimentación.

En un ordenador, los componentes internos, como el chasis, las placas base y las fuentes de alimentación, vienen en diferentes configuraciones y tamaños, lo que se denomina factor de forma. Estos tres componentes deben tener el tamaño adecuado para funcionar bien juntos.

5. Fuentes de alimentación lineales ajustables

Las fuentes de alimentación lineales ajustables son lo mismo que las fuentes de alimentación lineales no reguladas, excepto que se utiliza un regulador de 3 pines en lugar de una resistencia de aire. El objetivo principal de esta fuente de alimentación es proporcionar el nivel de tensión continua requerido por la carga.

La fuente de alimentación DC utiliza la fuente de alimentación AC como entrada. Las distintas aplicaciones requieren diferentes niveles de tensión de atribución, pero las fuentes de alimentación de CC proporcionan una tensión de salida precisa.

Esta tensión se controla mediante circuitos electrónicos para proporcionar una tensión de salida constante en un amplio rango de cargas de salida.

Características

Las principales características de esta fuente de alimentación son las siguientes.

  • La eficiencia de esta fuente de alimentación está entre el 20 y el 25%.
  • Los materiales magnéticos utilizados en esta fuente de alimentación son CRGO o núcleo de Stalloy.
  • Es más fiable, menos complicado y voluminoso.
  • Proporciona un tiempo de respuesta más rápido.

Las principales ventajas de las fuentes de alimentación lineales son la fiabilidad, la sencillez, el bajo coste y el bajo nivel de ruido. Sin embargo, aparte de estas ventajas, también hay algunas desventajas.

Son más adecuados para diversas aplicaciones con bajo consumo de energía, pero cuando se requiere una alta potencia, las desventajas se vuelven más significativas.

Las desventajas de estas fuentes de alimentación son la elevada pérdida de calor, el tamaño y la baja eficiencia. Cuando se utilizan fuentes de alimentación lineales en aplicaciones de alta potencia, se necesitan componentes de gran tamaño para manejarlas.

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Filtro

Después de rectificar una señal de CA, es necesario suavizar la corriente continua para eliminar las fluctuaciones de tensión. Para ello se suelen utilizar condensadores de gran tamaño.

Regulador de voltaje

Un regulador lineal consiste en un dispositivo activo (BJT o MOSFET) con un ancho de banda (en serie o en derivación) controlado por un amplificador diferencial de alta ganancia.

Compara la tensión de salida con una tensión de referencia precisa y ajusta el dispositivo de paso de banda para producir una tensión de salida constante. Hay dos tipos básicos de fuentes de alimentación lineales.

Regulador de serie

Este es el regulador más común utilizado en las fuentes de alimentación lineales. Como su nombre indica, el circuito incluye un componente conectado en serie y su resistencia es variada por la electrónica del regulador para proporcionar la tensión de salida correcta para la corriente que se consume.

Regulador shunt

El regulador shunt es menos utilizado como elemento principal dentro de un regulador de tensión. En él, se coloca un elemento variable a través de la carga. Hay una resistencia de fuente colocada en serie con la entrada, y el regulador shunt se varía para asegurarse de que la tensión a través de la carga permanece constante.

6. Fuente de alimentación conmutada (SMPS)

La SMPS tiene un rectificador, un condensador de filtro, un transistor en serie, un regulador y un transformador, pero es más compleja que las otras fuentes de alimentación que hemos comentado.

El diagrama anterior es un simple diagrama de bloques. La tensión alterna se rectifica a una tensión continua no regulada mediante un transistor de reactancia y un regulador. Esta tensión continua se divide en una tensión continua de alta frecuencia, lo que permite utilizar un transformador y una fuente de alimentación mucho más pequeños.

La desventaja de este tipo de fuente de alimentación es que todos los transformadores deben construirse a medida y la complejidad de la fuente de alimentación no es adecuada para aplicaciones de baja potencia o baja corriente.

Fuente de alimentación conmutada (SMPS)
Fuente de alimentación conmutada (SMPS)

7. Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI)

Un inversor es una fuente de energía de reserva que proporciona el tiempo suficiente para que un sistema se apague normalmente o para que un generador de reserva funcione en caso de apagón o sobrecarga eléctrica.

Un SAI suele estar compuesto por un paquete de baterías y circuitos de detección y acondicionamiento de la energía.

Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI)
Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI)

8. Fuente de alimentación de DC

Fuente de alimentación de DC
Fuente de alimentación de DC

Una fuente de alimentación de DC es una fuente de alimentación que proporciona una tensión de DC constante a su carga. Dependiendo del momento, una fuente de alimentación de DC puede ser suministrada desde una red de DC o desde una red de CA, como una fuente de alimentación de red.

Hablamos de diferentes tipos de fuentes de alimentación, como las fuentes de alimentación lineales, las fuentes de alimentación conmutadas y las fuentes de alimentación ininterrumpida.

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