en 28/08/2024 282

Suministros lineales

En el mundo de la electrónica, las fuentes de alimentación son los dispositivos que se aseguran de que todo funcione sin problemas y correctamente.Entre los diferentes tipos disponibles, los suministros lineales son conocidos por proporcionar un flujo de electricidad constante y confiable con muy poco ruido.Este artículo explicará cómo funcionan los suministros lineales, de qué piezas están hechas y dónde son más útiles.También los compararemos con otros tipos de fuentes de alimentación, lo que lo ayudará a comprender por qué todavía son elegidos para ciertas situaciones, a pesar de que hay opciones más nuevas y más eficientes en energía disponibles.

Catalogar

Figura 1: fuente de alimentación lineal

¿Qué es una fuente de alimentación lineal?

Una fuente de alimentación lineal es un tipo de dispositivo de alimentación que proporciona una salida de voltaje constante y consistente al ajustar continuamente la resistencia.Este método evita el uso de la conmutación rápida, lo que lo hace más simple e ideal para ofrecer una potencia limpia y confiable a varios dispositivos electrónicos.

El proceso comienza con un sistema de retroalimentación que verifica constantemente el voltaje de salida.Este voltaje se compara con un voltaje de referencia establecido utilizando un amplificador diferencial, un circuito que ayuda a garantizar la precisión.Si el voltaje de salida es diferente de la referencia, el amplificador genera una señal para corregir la diferencia.Esta señal controla una parte llamada elemento de paso, que podría ser un transistor o un transistor de efecto de campo (FET).El elemento PASS funciona como una resistencia variable, ajustando su resistencia para mantener el voltaje en el nivel derecho.

Por ejemplo, si el voltaje de entrada aumenta, el elemento de paso aumenta su resistencia para evitar que el voltaje de salida aumente.Por otro lado, si el voltaje de entrada disminuye, el elemento de paso reduce su resistencia para permitir más corriente, asegurando que el voltaje de salida se mantenga estable.

Este ajuste continuo asegura que la fuente de alimentación entregue un voltaje consistente, incluso cuando cambia el voltaje de entrada o la carga.La simplicidad de la fuente de alimentación lineal lo hace confiable y produce muy poco ruido eléctrico, lo cual es útil para dispositivos que necesitan potencia estable.Sin embargo, este tipo de fuente de alimentación es generalmente menos eficiente porque la energía adicional se libera como calor, lo que significa que podría necesitar sistemas de enfriamiento más grandes y usar más energía.

Componentes de una fuente de alimentación lineal

Figura 2: Componentes de una fuente de alimentación lineal

Transformador de entrada de la fuente de alimentación

En una fuente de alimentación lineal, el transformador es el primer componente que interactúa con la potencia de CA de la red eléctrica.Su principal trabajo es Cambiar el voltaje a un nivel que sea adecuado para el dispositivo, ya sea bajándolo (que es más común) o aumentándolo, dependiendo de las necesidades del dispositivo.El transformador también proporciona protección al separar la fuente de alimentación de la red eléctrica, reduciendo el riesgo de riesgos eléctricos.En aplicaciones de mayor potencia, el transformador puede ser bastante grande, lo que aumenta el tamaño general y el peso de la fuente de alimentación.Dependiendo de cómo se diseñe la fuente de alimentación, el transformador puede tener uno o más devanados secundarios para producir diferentes voltajes de salida.

Rectificador

Una vez que el transformador ha ajustado el voltaje, la potencia de CA debe convertirse en potencia de CC, que el rectificador realiza.El rectificador es una parte crucial de la fuente de alimentación, y viene en diferentes configuraciones. Rectificación de media onda Utiliza un solo diodo para convertir solo la mitad del ciclo de CA en DC, lo que lo hace menos eficiente y produce más fluctuaciones en la salida, que son más difíciles de suavizar. Rectificación de onda completa es más eficiente y usa ambas mitades del ciclo de CA.Esto se puede hacer con un transformador con toque central y dos diodos o con una configuración de rectificador de puente que usa cuatro diodos.El rectificador del puente se usa más comúnmente en los diseños modernos porque es más eficiente.Los rectificadores modernos generalmente usan diodos semiconductores como diodos de unión PN o diodos Schottky.Los diodos Schottky a menudo se eligen porque pierden menos voltaje cuando la corriente pasa a través de ellos, lo que los hace más eficientes, aunque pueden permitir que cierta corriente se filtre y tenga un umbral de voltaje más bajo antes de que se descompongan.

Condensador de suavizado

Después de que el rectificador convierte el CA en DC, la salida no es perfectamente suave y contiene fluctuaciones en voltaje que no son deseables para la mayoría de los circuitos electrónicos.El condensador de suavizado ayuda a incluso fuera de estas fluctuaciones Al cargar durante los puntos altos de la forma de onda rectificada y la carga de liberación cuando la forma de onda cae.Esto ayuda a Mantenga el voltaje de CC más estable.Aunque el condensador reduce en gran medida las fluctuaciones, no las elimina por completo.La capacidad del condensador para reducir estas fluctuaciones depende de su tamaño y la cantidad de corriente que requiere la carga.

Regulador de voltaje

El regulador de voltaje es el componente principal de una fuente de alimentación lineal, asegurando que el voltaje de salida se mantenga estable incluso si el voltaje de entrada o la carga cambia.Hay dos tipos principales de reguladores lineales: Regulador de derivación y regulador de la serie.

El regulador de derivación es menos común y funciona colocando un componente variable a través de la carga, que absorbe la corriente adicional para mantener el voltaje de salida estable.Este tipo de regulador se usa cuando se necesita un control preciso del voltaje, aunque puede no ser muy eficiente.Debido a su menor eficiencia, generalmente se usa solo en situaciones específicas.

El regulador de la serie es el tipo de regulador lineal más utilizado.En esta configuración, se coloca una resistencia variable en serie con la carga, y el circuito de control ajusta la resistencia para mantener el voltaje de salida deseado.La simplicidad y efectividad del regulador de la serie lo convierten en una opción popular para muchos diseños de la fuente de alimentación lineal.Proporciona un buen control de voltaje con un diseño relativamente sencillo, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de usos.

Ventajas y desventajas de suministros lineales

Ventajas

Los suministros de energía lineales tienen varios beneficios, especialmente en situaciones en las que se necesitan estabilidad y operación silenciosa.Uno de los principales beneficios es que crean muy poco ruido.A diferencia de las fuentes de alimentación de conmutación que activan y apagan la corriente rápidamente, los suministros de energía lineales mantienen la corriente fluyendo constantemente.Esta falta de conmutación rápida significa que no crean mucha interferencia electromagnética, lo que los convierte en una buena opción para dispositivos electrónicos delicados como sistemas de audio, equipos médicos e instrumentos que necesitan mediciones precisas.

Otro beneficio es su rendimiento confiable.Los suministros lineales han existido durante mucho tiempo, y su tecnología es bien conocida y confiable.Debido a que han sido utilizados durante tantos años, su rendimiento es consistente y bien entendido.Los ingenieros y diseñadores pueden contar con estos suministros para que funcionen de manera consistente, lo cual es muy útil en situaciones en las que la fiabilidad es imprescindible.

Desventajas

Sin embargo, los suministros lineales tienen algunos inconvenientes, principalmente cuando se trata de lo bien que usan la energía y su tamaño.Uno de los mayores inconvenientes es su baja eficiencia.Estos suministros generalmente solo usan aproximadamente el 50% de la energía de entrada de manera efectiva, y la otra mitad se desperdicia, generalmente como calor.Esta baja eficiencia ocurre porque el suministro controla el voltaje al deshacerse de la energía extra, que desperdicia mucha energía.

Esta energía desperdiciada conduce a otro problema: generación de calor .La energía que no se usa crea calor, que debe manejarse para evitar que la fuente de alimentación y los dispositivos conectados se dañen.Esto a menudo significa agregar piezas adicionales como disipadores de calor o ventiladores de enfriamiento, lo que puede hacer que el diseño sea más complicado y aumentar los costos.

Por último, las alimentaciones lineales son más grande y pesado que cambiar las fuentes de alimentación.Necesitan transformadores grandes para reducir el voltaje y las piezas adicionales para gestionar el calor, haciendo que estas fuentes de alimentación fueran voluminosas.Esto puede ser una gran desventaja en situaciones en las que el espacio y el peso son importantes, como en dispositivos portátiles o compactos.

Aplicaciones de suministros lineales

Figura 3: Aplicaciones de suministros lineales

Los suministros lineales, aunque no son tan eficientes en energía como sus contrapartes de conmutación, a menudo se eligen para situaciones específicas en las que es necesaria una potencia estable y sin ruido.Estas fuentes de alimentación son particularmente útiles en entornos donde se necesita energía estable y limpia sin las interrupciones que pueden venir con el cambio de alimentación.

En el equipo audiovisual, los suministros lineales son muy útiles para amplificadores de audio de alta calidad y dispositivos de audio sensibles.Proporcionan una salida de voltaje suave y estable, que es importante para mantener intacta la calidad del sonido.Las fuentes de alimentación de conmutación a veces pueden introducir ruido y picos que pueden interferir con las señales de audio, lo que lleva a una distorsión de sonido o una interferencia no deseada.Debido a esto, se prefieren los suministros lineales en los sistemas de audio de alta gama, donde es importante mantener la calidad del sonido pura y clara.

En el equipo de laboratorio, tener una potencia consistente y precisa es muy importante.Los dispositivos como las fuentes de alimentación de laboratorio, que se utilizan para proporcionar salidas de voltaje estables y precisas, a menudo dependen de la regulación lineal.La estabilidad ofrecida por las fuentes de alimentación lineales asegura que el voltaje permanezca consistente, lo cual es muy importante en entornos experimentales y de prueba donde incluso pequeños cambios pueden conducir a resultados incorrectos.Estas fuentes de alimentación están diseñadas para ofrecer una potencia limpia y sin ruido, que es necesaria para mediciones y experimentos sensibles que requieren un alto nivel de precisión.

Las fuentes de alimentación lineales están diseñadas para ofrecer un voltaje constante con un ruido mínimo, lo que los hace perfectos para situaciones en las que la calidad de la potencia afecta directamente qué tan bien funciona un dispositivo.Si bien pueden no ser tan eficientes en energía como el suministro de conmutación, su capacidad para proporcionar una potencia estable y limpia los hace especialmente útiles en aplicaciones específicas y sensibles al ruido.Su uso en equipos audiovisuales y de laboratorio muestra cómo la calidad de potencia juega un papel clave en el mantenimiento del rendimiento y la precisión en estos entornos.

Comparación con otros tipos de fuente de alimentación

Los suministros de energía lineales se utilizan para cambiar la energía eléctrica de una forma a otra, generalmente convirtiendo la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC).Existen varios tipos de fuentes de alimentación, cada una con sus propias características:

Figura 4: Suministros lineales no regulados

Las fuentes de alimentación lineales no reguladas son el tipo más básico.Convierten AC a DC, pero no tienen características adicionales para mantener el voltaje estable.Esto significa que el voltaje de salida puede cambiar si el voltaje de entrada cambia o si cambia la cantidad de potencia que se usa (la carga).Si el voltaje de entrada aumenta, el voltaje de salida también aumentará, y si la carga aumenta, el voltaje de salida podría caer.Debido a esto, estas fuentes de alimentación no son ideales para dispositivos que necesitan un voltaje estable para funcionar correctamente.

Figura 5: fuente de alimentación de ferroresonant

Las alimentaciones de ferroressonantes utilizan una técnica especial que involucra campos magnéticos para mantener el voltaje de salida estable.Hacen esto con una combinación de un transformador y un circuito resonante.Las propiedades magnéticas del transformador ayudan a mantener un voltaje de salida estable, incluso si el voltaje de entrada o la carga cambia.Estos suministros de energía también tienen protección incorporada contra picos de energía repentinos, lo que los hace confiables en lugares donde la fuente de alimentación no es estable.Sin embargo, generalmente son grandes y pesados, lo que puede ser un inconveniente en situaciones en las que importan el tamaño y el peso.

Figura 6: Fuente de alimentación del modo de interruptor (SMPS)

Las fuentes de alimentación del modo de interruptor (SMP) están diseñados para ser más eficientes que las alimentaciones lineales.Funcionan encendiendo rápidamente la alimentación de entrada y apagado utilizando interruptores electrónicos como transistores.Este método les permite convertir la potencia de manera más eficiente, lo que significa que producen menos calor y pueden hacerse más pequeños y más ligeros.Sin embargo, debido a la conmutación de alta velocidad, los SMP pueden crear ruido eléctrico, lo que podría interferir con otros dispositivos electrónicos cercanos.Los SMP también son más complicados en el diseño y pueden ser más difíciles de solucionar si algo sale mal.

Conclusión

Las fuentes de alimentación lineales siguen siendo una opción en situaciones en las que se necesita una fuente de alimentación estable y sin ruido.Su diseño simple y su rendimiento confiable los convierten en los favoritos en áreas como equipos de audio y pruebas de laboratorio.Sin embargo, tienen compensaciones en términos de eficiencia energética y tamaño, por lo que es importante pensar en para qué los está usando.Cuando comparamos las fuentes de alimentación lineales con otros tipos, queda claro que, si bien no siempre son la opción más ahorradora de energía, su capacidad para ofrecer una potencia limpia y consistente significa que todavía son útiles en el mundo tecnológico actual.Al comprender estas diferencias, puede tomar mejores decisiones al elegir la fuente de alimentación adecuada para sus necesidades específicas.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

1. ¿Dónde se utilizan las fuentes de alimentación lineales?

Las fuentes de alimentación lineales se usan comúnmente en entornos donde se necesita una potencia estable y de bajo ruido.Esto incluye equipos de audio de alta calidad, dispositivos médicos, instrumentos de laboratorio y herramientas de medición de precisión, donde incluso el ruido eléctrico pequeño puede interferir con la operación o precisión del equipo.

2. ¿Cuál es la eficiencia de la fuente de alimentación lineal?

La eficiencia de una fuente de alimentación lineal es generalmente baja, a menudo alrededor del 50% o menos.Esto se debe a que la fuente de alimentación regula el voltaje al disipar el exceso de energía como calor, lo que resulta en una pérdida de energía significativa.

3. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de una fuente de alimentación lineal?

La principal ventaja de una fuente de alimentación lineal es su capacidad para proporcionar una potencia limpia, estable y de bajo ruido, que es ideal para la electrónica sensible.Las desventajas incluyen baja eficiencia, gran tamaño debido a la necesidad de disipación de calor y la energía extra desperdiciada como calor.

4. ¿Cuáles son las desventajas del regulador de voltaje lineal?

Las desventajas de un regulador de voltaje lineal incluyen baja eficiencia, ya que desperdicia mucha potencia como calor y su incapacidad para intensificar el voltaje, lo que significa que solo puede reducir el voltaje del nivel de entrada.Además, pueden requerir grandes disipadores de calor o sistemas de enfriamiento para administrar el calor producido, haciéndolos voluminosos.

5. ¿Cuál es el tipo de fuente de alimentación más eficiente?

El tipo de fuente de alimentación más eficiente es la fuente de alimentación del modo de interruptor (SMPS).Utiliza el cambio de alta frecuencia para convertir la potencia con una pérdida de energía mínima, lo que resulta en una eficiencia mucho mayor en comparación con los suministros lineales.