En comparación con las fuentes de alimentación lineales tradicionales, las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) ofrecen mayor rendimiento y ocupan menos espacio, pero es necesario mantener el ruido de salida a un nivel bajo.
Descripción general de las fuentes de alimentación conmutadas
Las fuentes de alimentación conmutadas se utilizan ampliamente por sus ventajas en cuanto a tamaño, peso, coste, rendimiento y prestaciones generales.
Gracias a estas ventajas, las fuentes de alimentación conmutadas se utilizan en la mayoría de los sistemas electrónicos para suministrar energía de forma eficiente y eficaz, salvo en las aplicaciones más exigentes.
Las fuentes de alimentación conmutadas se han convertido en un componente ampliamente aceptado de la tecnología electrónica. También suelen denominarse convertidores de alimentación conmutados o, simplemente, «conmutadores».
Terminología de las fuentes de alimentación conmutadas
Se utilizan varios términos estrechamente relacionados con la tecnología de las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS). Aunque todos se refieren a la misma tecnología básica, describen distintas partes del sistema completo.
- Fuente de alimentación conmutada (SMPS): Este término suele referirse a una unidad completa que se conecta a la red eléctrica o a otra fuente de energía externa y proporciona una salida regulada. En otras palabras, es una fuente de alimentación completa.
- Regulador conmutado: Suele referirse únicamente al circuito electrónico que regula la tensión. Un regulador conmutado es una parte de una fuente de alimentación conmutada completa.
- Controlador de regulador conmutado: Muchos circuitos integrados de regulación conmutada no incluyen el elemento de conmutación en serie. Esto ocurre especialmente en aplicaciones de mayor corriente o tensión, donde un elemento de conmutación en serie externo soporta mejor la corriente, la tensión y la disipación de potencia resultante.
Fundamentos de las fuentes de alimentación conmutadas
El concepto básico de una fuente de alimentación conmutada (SMPS) consiste en utilizar un regulador conmutado para controlar la tensión de salida. Emplea un elemento de conmutación en serie que interrumpe y restablece periódicamente la corriente que fluye hacia un condensador de filtrado.
El tiempo durante el cual conduce el elemento en serie se controla mediante la tensión en los bornes del condensador. Si la tensión supera el valor requerido, el elemento de conmutación en serie se desconecta; si cae por debajo, se conecta. Así se mantiene la tensión del condensador de filtrado o almacenamiento de energía en el nivel requerido.
Principio de funcionamiento de un regulador conmutado
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Ventajas y desventajas de las fuentes de alimentación conmutadas
En general, cualquier tecnología requiere una evaluación cuidadosa de sus ventajas y desventajas. Las fuentes de alimentación conmutadas no son una excepción: ofrecen varias ventajas claras, pero también presentan limitaciones.
Ventajas de las fuentes de alimentación conmutadas
- Alto rendimiento: Debido a su funcionamiento por conmutación, el elemento regulador en serie está conectado o desconectado. Por ello, se disipa muy poca energía en forma de calor, lo que permite alcanzar un rendimiento muy alto.
- Diseño compacto: El alto rendimiento y la escasa necesidad de disipar calor permiten fabricar fuentes de alimentación conmutadas más compactas.
- Coste: El coste es uno de los aspectos más atractivos de las fuentes de alimentación conmutadas. Su alto rendimiento y su diseño conmutado hacen que disipen menos calor que las fuentes de alimentación lineales, lo que contribuye a reducir el coste. Además, la conmutación permite fabricar muchos componentes con dispositivos de menor coste.
- Flexibilidad técnica: La tecnología de las fuentes de alimentación conmutadas puede utilizarse tanto para elevar como para reducir la tensión, lo que permite una conversión eficiente.
Desventajas de las fuentes de alimentación conmutadas
- Ruido: Los picos transitorios generados durante la conmutación son una de las principales desventajas de las fuentes de alimentación conmutadas. Si no se filtran adecuadamente, pueden propagarse a distintas partes de los circuitos alimentados por la SMPS. Los picos o perturbaciones transitorias también pueden producir interferencias electromagnéticas o de radiofrecuencia que afecten a equipos electrónicos cercanos, especialmente a los receptores de radio.
- Componentes externos: Aunque un regulador conmutado puede diseñarse en torno a un único circuito integrado, normalmente siguen siendo necesarios componentes externos. El más evidente es el condensador de almacenamiento de energía, pero también se necesitan componentes de filtrado. En algunos diseños, el elemento de conmutación en serie puede integrarse en el chip; sin embargo, cuando debe suministrarse una determinada corriente, el interruptor en serie suele ser un componente externo. Estos componentes ocupan espacio y aumentan el coste.
- Necesidad de conocimientos especializados de diseño: Construir una fuente de alimentación conmutada que funcione no suele ser difícil, pero garantizar que cumpla los requisitos de prestaciones especificados puede ser más complicado. En particular, mantener el rizado y las interferencias dentro de los límites exigidos puede resultar bastante difícil.
- Filtrado: El filtrado de una fuente de alimentación conmutada debe diseñarse cuidadosamente, ya que un diseño deficiente puede provocar niveles elevados de ruido y picos en la salida.
