Clase 10 - Fuentes de Alimentación.pptx

Todos los circuitos y equipos
electrónicos requieren de una fuente
de alimentación para operar
correctamente. Si falla la fuente, falla
todo el equipo.

Introducción
 La mayoría de los circuitos electrónicos prácticos
trabajan a partir de un voltaje de alimentación de CC.
 Las baterías son fuentes de voltaje de CC, y su ventaja
son su naturaleza portátil.
 El usar solo baterías resulta muy costoso, por eso se
recurre al uso de fuentes de alimentación que toman AC
de la red pública y proporcionan CC, económica,
estable y potente.

Introducción
 La mayoría de fuentes de alimentación son de
voltaje pero existen casos particulares de
fuentes de corriente.
 En este curso analizaremos solo las fuentes
de voltaje

Introducción
 Una fuente de alimentación es esencialmente
un convertidor de potencia CA (AC) en
potencia CC.

Estructura de una fuente de
alimentación
 Generalmente las fuentes de alimentación
tienen la siguiente estructura

alimentación
 La CA proviene de una red pública
 El transformador reduce el valor de la
AC (AC/AC)

alimentación
 El circuito rectificador toma el voltaje (AC) a la
salida del transformador, lo convierten en
voltaje de CC
 Este ya tiene polaridad definida, pero presenta
variaciones de amplitud.

alimentación
 El filtro reduce las variaciones de amplitud,
para conseguir un voltaje de CC uniforme; está
conformado generalmente por uno o más
condensadores.

alimentación
 El voltaje de salida del filtro
puede aplicarse en forma
directa o a través de un
regulador.
 El regulador es un circuito
electrónico que mantiene
constante el voltaje sobre la
carga sin importar
variaciones en el voltaje de
entrada; fuentes con
regulador se denominan
FUENTES REGULADAS

TRABAJO PROYECTO
 Investigar, crear o diseñar un proyecto
tecnológico, donde se puedan aprovechar
los conocimientos adquiridos.
 Puede ser una solución a necesidades
básicas o de entretenimiento.
 Puede ser un proyecto hardware o software

Tipo de fuentes de
Alimentación
 Pueden ser Reguladas y no Reguladas, por
ausencia o presencia de circuito regulador de
voltaje en su estructura.

Fuentes de alimentación no
reguladas
 Entrega voltaje CC pero su valor no es
constante, dependiendo de el voltaje de
entrada o carga.
 Por falta de un circuito regulador de voltaje.
 Utilizados en circuitos de audio, radio y
televisión; también en juguetes y cargadores

Esquemático de una fuente de voltaje No
regulada
 Esta fuente entrega una tensión nominal
CC de +13 y una corriente de 3A

Partes o bloques
constructivos generales
 Circuito de Entrada: Cable de Potencia,
Fusible General, supresor de picos, filtro
de línea e interruptor general
 Un transformador
 Un rectificador
 Un filtro de rizado
 Un circuito de salida, constituido por un
diodo emisor de luz o LED y la
resistencia limitadora de corriente.

El Circuito de Entrada
 Lleva el voltaje CA desde la fuente de
CA al primario del transformador.
 Protección, Control y Señalización.

Circuito de Entrada
Incluye:
 Cable o cordón de Potencia: Con clavija y de
longitud apropiada. Pueden ser de dos o tres
conectores. Se especifican de acuerdo a los
voltajes y corrientes máximas.

Circuito de Entrada
 Interruptor General: Permite conectar y
desconectar voluntariamente la fuente, de la red
de potencia.
 Fusible: Protege la fuente de sobrecarga o corto
circuito. Estos se alojan en un porta fusible para
removerlos fácilmente.

Circuito de Entrada
 Interruptor y Fusible siempre van conectados en
serie, y sobre el lado del conductor de fase del
circuito. Los interruptores se especifican
también por voltajes y corrientes que soportan.

Circuito de Entrada
 El varistor: Es un componente que protege la
fuente de cambios súbitos de voltaje; también
se conoce como supresor de picos.

El transformador
El transformador reduce de nivel la tensión de la
red CA, para que sea utilizada en nuestro circuito.
Esta formado por dos bobinas, llamadas primario
y secundario, enrolladas en un mismo núcleo
magnético.

El transformador
 El voltaje de salida de un transformador
depende del voltaje de entrada y del número de
espiras del primario y del secundario. N es la
relación de transformación.
 Entonces si V1= 220V, V2= 10V e I2=2A, a
cuanto equivale I1=?
P2 = P1
V2 x I2 = V1 x I1

El transformador
 Los transformadores deben ser aislados, es decir
que los devanados deben estar separados
eléctricamente.
 Los transformadores se especifican
por su voltaje de entrada y salida, y
potencia nominal.
Autotransformador

Circuito Rectificador
 Convierte el voltaje de CA obtenido del
transformador en un Voltaje CC pulsante. Esto
es cumplido gracias a los diodos.

Circuito Rectificador
 Un diodo permite el paso de corriente cuando el
ánodo (A) es positivo con respecto al cátodo (K), y lo
bloquea en caso contrario.
• Se especifican
por su máxima
capacidad de
corriente en
condiciones de
polarización
directa y de
voltaje en
inversa.

Tipos de Rectificadores
 Es de media onda cuando ignora los
semiciclos negativos y deja pasar
únicamente los positivos.

Tipos de Rectificadores
 Es de onda completa cuando aprovecha
también los semiciclos negativos, pero
con su polaridad invertida.

• Rectificador de media
onda
 Es la forma mas sencilla de convertir CA a CC.
 En los semiciclos positivos, el diodo queda
polarizado en directo permitiendo conducción.

onda
 En los semiciclos negativos el diodo queda
polarizado en inverso, impidiendo la conducción.
 El diodo se comporta como interruptor cerrado en
los semiciclos positivos y abierto en los negativos,
formando pulsos sinusoidales positivos.
 Por los semiciclos negativos cortados se denomina
de media onda.

onda
 La frecuencia y el valor pico del voltaje CC
pulsante obtenido, es igual al obtenido en el
secundario del transformador.
 El valor CC obtenido está dado por la fórmula
 Este valor es ligeramente inferior al obtenido de
manera real (práctica), debido a que el diodo
tiene una caída de voltaje de alrededor de 0.7 V

Ejercicios:
1. Un rectificador de media onda, tiene
aplicada una tensión de entrada de CA de
120V/60Hz. Si el secundario entrega una
tensión de salida de 15V a una carga de
100W ¿Cuál será el valor medido de la
tensión de CC medida por un voltímetro?.
Asuma que la caída de tensión en el diodo
(VD) es de 0.7V.

Ejercicios
2. Se desea diseñar un transformador para un
rectificador de media onda que suministre 1A
de CC de salida a una carga de 10W a partir
de una tensión de red de 220V/50Hz. Para
ello se selecciona un diodo rectificador que
tiene una caída de voltaje directa de 0.45V.
¿Cuál debe ser el valor nominal de la tensión
en el secundario?

El rectificador de onda completa con
dos transformadores
 El rectificador de media onda es ineficiente, ya
solo permite paso de corriente en semiciclos
positivos.
 Una solución es utilizar dos rectificadores de
media onda

El rectificador de onda completa
con dos transformadores
 Con el diodo superior se cargan los semiciclos
positivos y con el inferior los negativos. Pero
usamos dos transformadores

Rectificador onda completa con 1
transformador de toma
intermedia
 Utiliza un devanado secundario con derivación
intermedia, que es el común o tierra de referencia.
 La frecuencia es el doble de la tensión de entrada.

Rectificador onda completa con 1
transformador de toma intermedia
 Al medir en la salida el valor será dado por la
siguiente ecuación:
 Es igual al valor medido de la tensión de
salida. En la medición real es menor a este
valor, por que el diodo consume un voltaje.

Rectificador de Onda Completa,
con puente de diodos
 El rectificador con toma intermedia, elimina
desventajas del de media onda
 Solo aprovecha la mitad del total de la
tensión secundaria del transformador

 En el rectificador de onda completa con puente
de diodos utilizamos 4 diodos, sin derivación del
secundario.
 Logra obtener una tensión de salida en CC de
la misma amplitud que la tensión de CA.

 Las formas de ondas describen la operación
del circuito

Rectificador de Onda Completa, con
puente de diodos (Análisis Circuito)
 Los diodos D3 y D2 conducen en semiciclos positivos, y D1 y
D4 en semiciclos negativos

con puente de diodos (Análisis
Circuito)
 La onda de tensión obtenida es igual a la de
rectificador de onda completa con toma intermedia.
 Su frecuencia es el doble (100–120 Hz) de la de
entrada (50-60 Hz)
 Y el voltaje estaría dado por.
 Donde Vp es el voltaje pico en la salida del
secundario del transformador.
 Recordar la caída del voltaje en el diodo. Para
nuestro caso serían 1.4 voltios

Ejercicios Rectificador de Onda
completa con puente de diodos
 Suponga que en el circuito mostrado, la
tensión de CA de entrada es de 220V/50Hz. Si
el transformador tiene una relación de espiras
de 20 a 1 y tenga en cuenta las caídas de
voltaje en los diodos del puente rectificador;
¿Cuál será el valor del voltaje de CC medido en
la carga?
220V
50Hz

Puentes rectificadores
integrados
 La rectificación de onda completa con puente de
diodos, es una conversión de CA a CC más
utilizada en diseño de fuentes de alimentación.
 No requiere transformador con derivación central.
 Proporciona VM igual al valor pico de entrada
 Se puede construir con diodos discretos
(individuales), pero es mas usado con
rectificadores integrados.

Filtros para rectificadores
 El circuito pulsante rectificado, aunque tiene
polaridad, no es adecuado para alimentar circuitos
electrónicos; debido a que su valor varía.
 Para convertirlo en voltaje CC uniforme, similar al
de una batería, se necesita un filtro.
 Este filtro es un condensador electrolítico de muy
alta capacidad.

Filtros para
rectificadores
 En la grafica podemos ver los diagramas del
circuito y las formas de ondas generadas.

 Durante el primer cuarto ciclo, el diodo conduce, el
condensador se carga al valor pico (Vp), de la
tensión rectificada.
 En el ciclo t1-t3, el diodo queda en polarizado
inversamente, dejando de conducir; permitiendo
que el condensador se descargue funcionando
como una fuente temporal.

Filtros para
rectificadores
 Cuando el condensador se descarga, disminuye
progresivamente.
 Al entrar en ciclo positivo nuevamente, el diodo conduce y
recarga el condensador.
 Como resultado se tiene una señal de CC casi ideal,
debido a la variación de la señal (rizado) y descarga del
condensador

 La variación o rizado (ripple) tiene la misma
frecuencia del voltaje rectificado.
 La amplitud esta dada por:
 “IL” es la corriente de la carga
 “f” la frecuencia de la señal de rizado (Hz)
 “C” la capacidad del condensador de filtro (F)
 Para el rectificador de media onda, la frecuencia
de rizado es igual a la frecuencia de entrada y en
onda completa es igual al doble
 Debe buscarse el menor voltaje de rizado (Vrpp),
ya que puede ser ruido para la señal.
 Para eso el Condensador debe ser escogido de tal
modo que RLxC (constante de tiempo), sea mucho
mayor que el periodo de la señal.

Ejercicio:
 En un rectificador de media onda, con filtro
como el de la figura, el voltaje CA de entrada
(V2) tiene un valor pico de 10V y una
frecuencia de 50Hz. Si el circuito alimenta una
carga de 20W, ¿Cuál debe ser el valor mínimo
del condensador de filtro C para que la tensión
de rizado esté por debajo de 0,5Vrpp? Asuma
que la caída de voltaje sobre el diodo, en
condiciones de polarización directa, es cero.

Filtro para rectificador de onda
completa
 En rectificadores de media onda, el condensador
del filtro tiene que ser de gran capacidad para
suministrar corriente durante el tiempo de volverse
a cargar, cada ciclo.
 En el rectificador de onda completa, el
condensador se carga dos veces en un solo ciclo,
reduciendo el tiempo de descarga a la mitad.

Filtro para rectificador de onda
completa
 Recordemos que los diodos D3 y D2 conducen
durante el semiciclo positivo, y D1 y D4 en los
negativos
 A través de los diodos circula la mitad de la
corriente de carga, la otra es suministrada por el
condensador.
Recordar que la frecuencia es el doble de la de entrada

Ejercicio:
 En un rectificador de onda completa, con filtro
como el de la figura, el voltaje CA de entrada
(V2) tiene un valor pico de 10V y una
frecuencia de 50Hz. Si el circuito alimenta una
carga de 20W, ¿Cuál debe ser el valor mínimo
del condensador de filtro C para que la tensión
de rizado esté por debajo de 0,5Vrpp? Asuma
que la caída de voltaje sobre el diodo, en
condiciones de polarización directa, es cero.

Fuentes de Voltaje
Reguladas
 El rizado se puede minimizar con condensadores
grandes, pero no se garantiza que el voltaje sobre
la carga sea constante.
 Cualquier variación a la entrada del transformador o
cambio en la resistencia de carga, modifican el
valor del voltaje.
 Para evitar esos factores, la solución es utilizar un
regulador entre filtro y la carga.

Fuentes de Voltaje
Reguladas
 Un regulador mantiene constante el voltaje de salida,
independiente del voltaje de entrada.
 El regulador puede estar conectado en serie o paralelo,
con la carga y actúa como un potenciómetro.
 Aumentando el voltaje de entrada en un regulador en
serie, se aumenta la resistencia del regulador y viceversa.
 Los reguladores de voltaje están basados en dispositivos
activos: diodos zener, transistores y circuitos integrados.

Fuentes de Voltaje Reguladas-Diodo
Zener
 El diodo zener es un elemento regulador común.
 Esta diseñado para mantener voltaje en sus
terminales (voltaje zener=Vz), polarizados en
inverso.
 En polarización directa o mientras la tensión
inversa no supere Vz, se comporta como un
diodo normal.

Zener
 Los diodos se especifican por su voltaje nominal
(Vz) y potencia máxima que pueden disipar (Pz)
 Con Pz y Vz, se determina la corriente inversa
(Izmax), que conduce sin sobrecalentamiento. Ej:
Vz=5.1V, Pz=0.5W dan Iz=98mA
 Sobrepasando la Iz el diodo puede destruirse,
para evitar esto se protege con una Resistencia

 D1 polarizado en inverso y conectado con la
carga (RL), mantiene el VL constante.
 La resistencia de drenaje (Rs) absorbe la
diferencia de voltaje de entrada y salida. Su
valor se puede evaluar con:
 La corriente Iz, se escoge normalmente de
modo que esté entre el 10% y el 20% de la
Izmáx
 Este circuito proporciona regulación solo para
ciertos rangos de voltajes de entrada y carga.
Zener

Ejercicio
 Se desea diseñar un regulador zener de 6.1V para
alimentar una carga de 10W a partir de una tensión de
entrada de 10V. Para ello se utiliza un diodo zener de
6.1V y 2W. Halle:
 a. Valor de resistencia de drenaje. Use el 15% de Iz.
 b. Límites de variación de voltaje de entrada
 c. Potencia nominal de la Resistencia de Drenaje

Regulador de voltaje con Dz y Transistor
 El diodo zener regula dentro de un rango, para
poder evitar ese rango se acopla un transistor,
que transporta la corriente de la carga sin
afectar el voltaje de ella.

Fuentes de Alimentación con
reguladores de tres terminales
 La mayor parte de las fuentes de alimentación, se
diseñan con reguladores de voltaje integrados
 Estos reguladores poseen tres terminales.
 Uno que recibe la tensión de entrada (VIN)
 Otro que entrega tensión de salida (Vout)
 Y otro que actúa como referencia a tierra (GND)
 Proporcionan corrientes de carga de 100 mA a 5 A o más.
 Pueden ser fijos o ajustables; y positivos o negativos.

Fuentes de Alimentación con
reguladores de tres terminales
 Proporcionan corrientes de carga de 100 mA a 5 A o más.
 Pueden ser fijos o ajustables; y positivos o negativos.

Estructura Básica de una fuente de
alimentación con regulador de 3 terminales
 Los condensadores Ci y Co, se utilizan como filtros de
desacople de entrada y salida
 Estos valores están entre 0.1uF y 1 uF, se usan para
quitar señales de ruido a la entrada o salida del
regulador.
 Para una optima regulación Vi debe ser por lo menos
2.5V mayor que el Vo deseado.

Regulador fijo de 3 terminales:
 Es bastante simple, requiere solo dos
condensadores de entrada y salida; este
ultimo puede omitirse.
 La figura es un ejemplo de una fuente
regulada de +15V/1A

Fuente Voltaje completa de 5V/1A
 En la práctica, el valor rms del voltaje de salida del
transformador debe ser, mínimo 3V mayor que el voltaje de
Salida deseado.
 El condensador se escoge por lo menos del orden de
1000uF, por cada amperio de salida.
 C2 y C3 son filtros de desacople de ruido.
 El diodo led, sirve como indicador de presencia de voltaje.

Fuente de voltaje dual
 Las fuentes de una polaridad vistas no son las únicas,
existen fuentes de doble polaridad (duales), por ejemplo de
+ 15V, utilizando dos reguladores complementarios.
 La derivación central del transformador se utiliza como
tierra (GND).
 La salida + alimenta el 7815 y la – al 7915.

Uso del transistor para compensar
corriente
 Cuando la carga exige una corriente mayor a la del
regulador se utiliza un transistor.
 El cual transporta la corriente excedente.
 R1 se usa para detectar la corriente de entrada y de salida.
 Cuando IL supera 0.1A el transistor conduce. Ejemplo si la
carga requiere 3A, el regulador suministra 0.1A y el transistor
los restantes.

Uso del transistor como protección del
circuito
 Los reguladores de tres terminales, en particular, cuentan
con un mecanismo interno de protección, para corto circuito
de salida.
 Sin embargo se utiliza un segundo transistor para proteger
el primero puesto.
 Q1 es un transistor de paso y Q2 limitador de corriente,
cuando se supera la corriente a 3.5A, por sobre carga o
corto, Q2 funciona bloqueando Q1 y activando la protección
de IC1, dejando de regular el voltaje

Fuentes de Alimentación Reguladas
Variables
 Los reguladores examinados entregan un voltaje
fijo, limitado en valores comerciales (5V, 6V, 8V,
12, etc)
 Si se requiere un voltaje específico como 3.25, se
requieren reguladores con tres terminales
ajustables

Fuentes de Alimentación
Reguladas Variables – Estructura
Básica
 Para la estructura de este tipo de fuentes los
condensadores Ci y Co, cumplen la misma función
de un regulador fijo.
 El voltaje de salida depende de la relación entre las
resistencias R2 y R1

Circuitos básicos de reguladores
ajustables (variables)
 Con los valores el voltaje de salida (Vout), varía de
1.25V (R2=0) hasta 27V (R2=5K).
 Es posible si el voltaje de entrada (Vin), debe estar
3V por encima del voltaje deseado.
 La capacidad máxima de corriente es de 1.5A

 La estructura se mejora con un condensador C1,
minimizando el rizado e inmunidad al ruido.
 Los diodos D1 y D2 protegen al regulador, llevando
las corrientes de descarga de los condensadores,
cuando desconectan el circuito.

 Los reguladores LM317 y LM337, entregan voltajes
sobre 1.25V, que es el valor interno de referencia.
 Cuando se necesitan tensiones desde 0V, se utiliza
un diodo zener (D1) para dar un voltaje de referencia
(Vz) de 1.25V, de polaridad opuesta al de salida.

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