Fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS) integradas
¿Qué son las fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS)?
Una fuente de alimentación conmutada (SMPS) es un circuito electrónico que convierte la energía utilizando dispositivos de conmutación que se encienden y apagan a altas frecuencias, y componentes de almacenamiento como inductores o condensadores para suministrar energía cuando el dispositivo de conmutación está en su estado de no conducción.
En definitiva, las fuentes de alimentación conmutadas tienen una alta eficiencia y se utilizan ampliamente en una variedad de equipos electrónicos, incluyendo ordenadores y otros equipos sensibles que requieren una fuente de alimentación estable y eficiente.
También se utilizan mucho por las ventajas que ofrecen en términos de tamaño, peso, coste, eficiencia y rendimiento general.
Como resultado de su rendimiento, las fuentes de alimentación conmutadas se utilizan en todas las aplicaciones, excepto en las más exigentes, para proporcionar una fuente de energía eficiente y eficaz para la mayoría de los sistemas electrónicos.
Las fuentes de alimentación conmutadas se han convertido en una parte aceptada de la escena electrónica y a menudo se denominan convertidores de potencia conmutados, o simplemente conmutadores.
El término fuente de alimentación conmutada se utiliza generalmente para indicar un elemento que puede conectarse a la red eléctrica, o a otra fuente externa, y utilizarse para generar la fuente de alimentación. En otras palabras, es una fuente de alimentación completa.
Tipos de fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS)
Las fuentes de alimentación conmutadas se clasifican según el tipo de tensiones de entrada y salida. Las cuatro categorías principales son:
- De CA a CC
- De CC a CC
- De CC a CA
- De CA a CA
¿Cómo funcionan las fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS)?
Una fuente de alimentación conmutada aislada básica de CA a CC consta de:
- Rectificador de entrada y filtro
- Inversor formado por dispositivos de conmutación como los MOSFET
- Transformador
- Rectificador y filtro de salida
- Circuito de realimentación y control
La alimentación de CC de entrada procedente de un rectificador o de una batería se introduce en el inversor, donde se enciende y apaga a altas frecuencias de entre 20 KHz y 200 KHz mediante el MOSFET de conmutación o los transistores de potencia.
Los impulsos de tensión de alta frecuencia del inversor se introducen en el devanado primario del transformador, y la salida de CA secundaria se rectifica y suaviza para producir las tensiones de CC necesarias.
Un circuito de retroalimentación supervisa la tensión de salida y ordena al circuito de control que ajuste el ciclo de trabajo para mantener la salida en el nivel deseado.
Existen diferentes configuraciones de circuitos conocidas como topologías, cada una con características, ventajas y modos de funcionamiento únicos, que determinan cómo se transfiere la potencia de entrada a la salida.
La mayoría de las topologías más utilizadas, como flyback, push-pull, medio puente y puente completo, constan de un transformador para proporcionar aislamiento, escalado de tensión y múltiples tensiones de salida.
Las configuraciones no aisladas no tienen un transformador y la conversión de potencia la proporciona la transferencia de energía inductiva.
Beneficios de las fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS).
- Alto rendimiento: La acción de conmutación significa que el elemento regulador en serie está encendido o apagado y, por lo tanto, se dispersa poca energía en forma de calor y se pueden alcanzar niveles de eficiencia muy altos.
- Compacto: Como resultado de la alta eficiencia y los bajos niveles de disipación de calor, las fuentes de alimentación conmutadas pueden ser más compactas.
- Costes: Uno de los puntos que hace que las fuentes de alimentación conmutadas sean muy atractivas es el coste. La mayor eficiencia y la naturaleza de conmutación del diseño significa que el calor que hay que reducir es menor que el de las fuentes lineales y esto reduce los costes.
Además, la naturaleza conmutada de la fuente significa que muchos de los componentes son más baratos. - Tecnología flexible: La tecnología de fuentes de alimentación conmutadas puede utilizarse para proporcionar conversiones de tensión de alta eficiencia en aplicaciones de subida de tensión o “Boost” o de bajada “Buck”.
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