Eliminadores y fuentes conmutadas - 330ohms

Diariamente energizamos nuestros aparatos para usarlos y trabajar con ellos. Todos estos objetos requieren de un cierto voltaje y determinada corriente para poder funcionar correctamente; lo mismo ocurre para energizar elementos y dispositivos que lo requieren cuando está realizándose algún proyecto, y para poder proporcionarles esa energía eléctrica recurrimos al uso de eliminadores y de fuentes conmutadas, según sea el caso y el aparato que esté usándose.

Eliminadores

Los eliminadores -también conocidos como adaptadores- son dispositivos que convierten una corriente alterna (CA) en una corriente directa (CD) a un voltaje bajo -o tensión baja- a través de las siguientes etapas:

1. Transformación. Reducción de un voltaje CA alto a un voltaje CA más bajo.
2. Rectificado. Consiste en pasar de una CA a una CD mediante un puente rectificador de diodos.
3. Atenuación y filtrado. Se emplean capacitores electrolíticos para atenuar la señal, a la vez de que se minimizan los rizos que puedan quedar en la señal
4. Regulación. Se usa un regulador para que el voltaje de salida sea exacto.

En la siguiente ilustración se muestra un diagrama eléctrico simple que muestra las etapas por las que pasa la señal para su adecuación.

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Las gráficas de las señales correspondientes a cada etapa se muestran en la siguiente ilustración.

Es importante señalar que la gráfica 1a corresponde a la señal de voltaje CA antes del transformador y la gráfica 1b corresponde a la señal de voltaje CA después de pasar por el transformador. Como se mencionó anteriormente, la etapa de transformación sólo reduce el voltaje que recibe el transformador.

Por otra parte, es conveniente mencionar que durante estas etapas existen caídas de voltaje que deben ser consideradas. Debido a que en el proceso de rectificado un pulso de CA pasa a través de un par de diodos, existe una pérdida de voltaje de aproximadamente 1.2 V. Un capacitor que suaviza la señal infringirá otra caída de voltaje alrededor de 3 V a la vez que elimina los rizos que aún pudiera tener la corriente, mientras que un regulador de voltaje requiere un diferencia al menos de 2 V entre su entrada y su salida. Tomando en cuenta que el voltaje CA puede fluctuar por debajo de su nivel nominal, la salida del transformador es al menos 8 VCA más alto que la salida VCD deseada, ya que esa cantidad que está por demás de lo que se requiere decrece al haber pérdidas energéticas en forma de calor, teniendo una eficiencia de un 40% hasta un 60%. También nótese que, al emplear un transformador, estos dispositivos ocupan un mayor volumen y tiene una mayor masa.

Fuentes conmutadas

Las fuentes conmutadas -conocidas en inglés como switched-mode power supplies– también son dispositivos que convierten una corriente CA a una corriente CD en las siguientes etapas:

1. Rectificado. Cambia una corriente CA a una corriente CD. Al no haber un transformador en esta etapa, el voltaje sigue siendo el mismo.
2. Un convertidor CD-CD -normalmente de tipo flyback– consiste en un oscilador que habilita e inhabilita el paso de la corriente directa a través de un interruptor MOSFET mediante la modulación de ancho de pulsos a una alta frecuencia -desde 50 kHz hasta 1 MHz- para reducir su voltaje efectivo promedio. La alta frecuencia empleada permite usar un transformador más pequeño que el que requeriría un eliminador común. Por otra parte, las altas frecuencias tienden a crear armónicos e interferencias electromagnéticas, por lo que también se requiere de una etapa de filtrado para suprimir ese ruido generado.

En las ilustraciones que se muestran a continuación, la primera corresponde al diagrama de un conmutador, mientras que la segunda corresponde propiamente al circuito convertidor flyback.

En el convertidor flyback, el ciclo de trabajo es controlado mediante el muestreo de la salida del convertidor y, con el uso de un comparador se hace una diferencia del voltaje de salida con respecto a un voltaje de referencia para establecer un valor de error. Este error pasa a otro comparador que resta la tensión de error a partir de una señal rampa oscilatoria. Si el error se incrementa, la señal oscilatoria es recortada, cambiando las relaciones encendido-apagado de los pulsos.

Debido a las características de las fuentes conmutadas, las pérdidas por calor son menores, teniendo una eficiencia de entre 70% y 80%.
Usado para los cargadores de baterías paras las laptops. En las primeras laptops, sus cargadores eran grandes; ahora en las laptops modernas sus cargadores son de un tamaño menor al de las primeras.
La principal falla que puede presentarse en ambos dispositivos es el deterioro de los capacitores, provocando la aparición de ruido a la salida de dispositivo.

Eliminadores con mismo voltaje pero con diferente capacidad de corriente, ¿cuál usar?

Muchas veces surgen conflictos al momento de adquirir un eliminador pues hay varios con el mismo voltaje, pero difieren en cuanto a la corriente que pueden proporcionar. Por consiguiente surge la pregunta, ¿a cuántos amperes se necesita el eliminador?

Supongamos que se tiene un teléfono celular cuyo cargador tiene especificaciones de 5 V y 0.8 A. El cargador se dañó y tenemos que ir a comprar uno nuevo. Al llegar a la tienda encontramos que hay dos tipos de cargadores, ambos son de 5 V pero uno es de 0.5 A y el otro de 1.5 A, ¿cuál comprar? El que debe comprarse es el de 5 V y 1.5 A porque, independientemente de que la corriente sea mayor, el aparato sólo consumirá la corriente que necesita para funcionar adecuadamente; en este caso, de los 1.5 A que puede proporcionar el eliminador, el celular sólo usara los 0.8 A que requiere, por lo que no hay problema con ese eliminador.

Otros aspectos muy importantes a tomar en cuenta son:

• No emplear eliminadores o fuentes conmutadas cuyas corrientes sean menores a las que requiere el aparato.
• No emplear eliminadores o fuentes conmutadas con voltajes diferentes a los que especifique el aparato. Cualquier diferencia de voltaje -sea mayor o menor que la que se requiere- provocará que el dispositivo sufra un grave daño y quede inservible.

En esta fuente puedes consultar con más detalle la información acerca de los eliminadores y conmutadores:

Platt, Charles, Encyclopedia of Electronics Components. Power Sources & Conversion, Volume I,O’Reilly Media Inc., U.S.A., Pages 143-148, 149-151.