sábado, 22 de agosto de 2015

Mis fuentes de poder: lineales, conmutadas y digitales


En esta ocasión quiero compartir algunas de mis fuentes de alimentación que he armado desde que comencé en el área de electrónica, las cuales van desde lineales con los clásicos reguladores 78xx hasta adaptaciones de fuente conmutadas de computadoras. Si bien sé que a varias personas les puede servir de inspiración para construirse una similar, también mi intención es crear una introducción para el proyecto que publicare en la siguiente artículo, el cual ya hice referencia en la entrada anterior, el cual consiste de una fuente de poder multipropósito con salida de corriente alterna y directa controlada por un microcontrolador, daré los detalles  completos como ya dije en la próxima entrada. ¡Empecemos!


Mi primera fuente de poder

Como muchos que empiezan en la electrónica, el primer proyecto que abordé en el colegio es la construcción de una fuente de poder, la cual es muy importante tenerla, porque  será la que le de vida a los circuitos que vallamos armando. Y como se trata de principiantes el circuito es de lo más sencillo el cual lo integran los populares reguladores positivos 78XX, para tensiones negativas los 79XX y un LM317 para una tensión variable.
Nuevamente, como a muchos en sus inicios, le dí un uso diferente al contenedor de plástico para guardar los alimentos en el refrigerador y fue como gabinete para la fuente. Posteriormente como no sabía que el plástico suele deformarse con el calor J, opte por cambiarla a un gabinete de metal armado de cero. Y así es como luce ahora



El circuito es el siguiente:



Actualmente ya no la uso, pero la tengo muy bien guardada, por el valor sentimental.


Fuente de alimentación tipo ATX

La segunda fuente que les quiero mostrar es de PC tipo ATX, la cual se clasifica como conmutada. Las ventajas frente a las fuentes lineales es que son muy eficientes, al trabajar a frecuencias del orden de decenas o incluso centenas de KHz hacen que el trasformador con núcleo de ferrita sea más pequeño al igual que los filtros de salida. Por consecuencia el volumen y peso es menor. Las desventajas principales es que llevan más componentes, un mal diseño en el transformador puede llevar a la destrucción de los transistores de conmutación además de que producen interferencias debido a la elevada frecuencia de funcionamiento.
El trabajo que realice en ella fue simplemente colocar las borneras para los diferentes tipos de tensiones. En este caso las corriente de salida son: 28 A con 3.3 V, 45 A con 5 V y 18 A para 12 V .Mientras que la potencia máxima se salida es de 450 W según las especificaciones de la fuente. Solamente he podido comprobar la corriente de salida de 12 V, aunque en pocas ocasiones he llegado a necesitar tanta corriente.



   


 
La disposición de los pines en el conector es el siguiente, donde el conductor verde, “Power on”, se tiene que conectar a tierra para encender la fuente.  




En la red se puede encontrar muchos manuales que describen paso a paso el procedimiento para la adaptación de este tipo de fuentes, por lo tanto cualquiera que quiera armarla no tendrá problemas en el montaje.


Fuente de poder lineal

Mi tercera fuente de poder es del tipo lineal y fácilmente se puede deducir de las siguientes imágenes, pues no pasa desapercibido el gran tamaño del transformador y demás elementos típicos: condensadores de gran valor, transistores de potencia, robustos disipadores de calor, etc.

     













Su diagrama es el siguiente.



Las características de la fuente son: tensión variable de 0 V a 27 V, máxima corriente de salida de aproximadamente 10 A (depende del trasformador) y control automático de temperatura con ventilador.
La ventaja de este tipo de fuentes frente a la anterior, es su buen comportamiento en la regulación de tensión con todo tipo de cargas, por ejemplo los focos de alógeno o focos incandescentes de auto tienen un consumo de corriente varias decenas superior a la de su corriente nominal al momento de energizarse, aun así este tipo de fuentes los alimenta sin problemas mientras que en la fuente anterior, la mayoría de las veces al conectarle este tipo de carga se activa la protección contra cortos circuitos, apagándose inmediatamente. Lo que limita su uso a cargas no tan demandantes.
Las desventajas principales es que son grandes, pesadas y son poco eficientes, por lo tanto produce mucho calor.


Fuente de poder tipo ATX modificada

La cuarta fuente que presento es una modificación de una fuente PC ATX  también clasificada como conmutada. La modificación radica en sustituir las diferentes tensiones de salida por una sola tensión variable al igual que la corriente de salida. Para realizar este cambio es necesario utilizar el circuito integrado especialmente para fuentes conmutadas TL494 o KA7500 pues posee dos comparadores, uno para el control de la tensión y el otro para el control de la corriente.  El diagrama a seguir es el siguiente.


El autor del circuito es Roberto Chirio, toda la información necesaria para el armado de la fuente se encuentra en este enlace www.chirio.com/switching_power_supply_atx.htm.
Como se ve en las siguientes imágenes aún no está terminada la fuente pues solo falta colocar un LCD que muestre la tensión y corriente de salida. Por lo demás funciona de maravillas.




 
Sus características son: tensión de salida de 0 V a 32 V, corriente de salida de 0.04 A a 5.5 A, salida fija de 5 V con corriente máxima de 100 mA y control automático de temperatura.
Con 32 V y 5.5 A de salida, entrega una potencia de 176 W, a pesar de que la fuente que utilice es de 350 W opte por no exigirla mucho, pues por mi experiencia aprendí que es mejor no trabajar al límite de la potencia máxima por mucho tiempo ya que puede llevar a la explosión de los transistores de conmutación. Como no he tenido problemas con la fuente tal vez extienda el rango de corriente 2 o 3 amperes más.
Más adelante dedicare una entrada para hablar más de la actual fuente ya con el modulo medidor de corriente y tensión a base de un LCD y un PIC.


Fuente de poder digital

La penúltima fuente que les comparto puede clasificarse como digital a pesar de que su funcionamiento en esencia es lineal. Más bien, debería estar en la clasificación de “Fuentes de alimentación lineales con control digital”. En fin, cualquiera que sea su clasificación, está basada en la popular fuente de “Felixls” que a su vez está basada en la de “Valdorre”, supongo que muchos ya la habrán visto y por si no es así aquí está el enlace  Felixls.
Una de las modificaciones que realice fue agregar una entrada para una fuente externa y poder ver la tensión de salida y corriente demandada.
Actualmente esta fuente la he desarmado para reutilizar sus piezas, la razón es que tenía una falla en el diseño que implemente, por esto mismo no puedo dejarles el esquema.


Fuente de poder en configuración “Step Down”

Finalmente les presento la fuente de poder que recientemente he armado, su principio de funcionamiento se basa en un convertidor “Buck” o también llamado “Step Down”  y entra en la clasificación de fuentes conmutadas.
Sus características son: tensión de salida de 1.25 V a 25V (se puede configurar hasta 35V), corriente de salida de 0 A a 3.5 A, frecuencia de operación de 70 KHz, la eficiencia es de alrededor de 85 %.







Es cierto que la mayoría de las veces este tipo de convertidor está formado por varios componentes como son, el transistor de conmutación que suele ser  MOSFET, el controlador del MOSFET (si se usa uno canal n), el circuito integrado que controla la conmutación con sus respectivos elementos para establecer la frecuencia además de otros componentes. Sin embargo el corazón de esta fuente es un circuito que integra en su interior la mayoría de los elementos antes mencionados, haciendo el circuito sumamente sencillo, incluso tiene protección por sobre-temperatura y sobre-corriente; es el PQ1CG2032 de SHARP.
Casualmente di con él cuando revisaba una fuente de una impresora EPSON modelo EPL-5900L cuando identifique su función recordé que días atrás había visto en un cañal de YouTube  una fuente parecida pero usaba otro circuito muy similar en cuanto a su encapsulado y funciones, el LM2596. Las dos diferencias principales es que este entrega una corriente máxima de 3 A y el anterior 3.5 A, además de que el nivel lógico para activarlos son contrarios.
A pesar de que el circuito PQ1CG2032 es mejor (no por mucho), que el LM2596;  es de esos circuitos que son muy difíciles de conseguir y hay que mandarlo a pedir, a no sé qué país. Por lo tanto, si piensan armar una fuente semejante les recomiendo que consigan el LM2596 que es más fácil de conseguir, por lo menos aquí en México.
El diagrama que coloco es para el LM2596 el autor se llama “Gaston” y lo pueden encontrar en su página web http://www.proyectosled.com.ar/.


Para usar el circuito PQ1CG2032 el pin 5 solamente se le tiene que conectar un capacitor de 100 nF a tierra junto con una resistencia en paralelo de 1 MΩ y también elevar el valor de L1 a 88 µH.
También les muestro la fuente de la impresora de donde saque el C.I anterior. Tiene dos salidas, la principal de 24 V y la secundaria de 5 V producida por el convertidor Step Down.



Si bien puede ocupar la misma fuente de la impresora como fuente principal de alimentación del PQ1CG2032  decidí utilizar un transformador con puente rectificador y capacitor, pues la fuente principal la usare para el siguiente proyecto del cual he venido hablando.
Y estas fueron las fuentes de alimentación que he armado, unas las ocupo más que otras o incluso varias al mismo tiempo, esto cuando necesito diferentes tensiones con diferentes salidas de corriente. Cuando pruebo circuito con microcontroladores uso las fuentes con regulación de corriente, configurada a 100mA ya que si ocurre un corto circuito en algún componente conectado al micro, no sea un corto tan destructivo. O también cuando necesito cargar una batería que requiera limitación de corriente como las de Polímero de Litio.
La fuente lineal la utilizo para cargas que no necesiten limitación de corriente como pequeños motores, focos incandescentes o para probar convertidores Step Down y Step Up.

Espero que les pueda servir de algo esta recopilación de mis equipos, si necesitan más detalles de alguna de ellas pueden preguntar y tratare de responder lo más rápido que me sea posibleJ. Nos vemos en la siguiente entrada con la presentación oficial del proyecto de la fuente de poder multipropósito. ¡Saludos y hasta pronto!

6 comentarios:

  1. Hola buen dia, te hago una consulta, el calculo para la construccion de la bobina choque de 33 uhy como lo hiciste? muy buen articulo por cierto. Muchas gracias!

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  2. Hola buen día estimado amigo, deseo saber acerca de la fuente atx modificada, ¿que valores son las resistencias de R1 y R9? ¿si son en ohmios? seria los mismo R1= 4,42k y R2=4,02k. Muchas gracias y Saludos

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  3. Excelente articulo justo ahora me encontré con varios de Sharp PQ1CG2032 y también me acorde de la fuente de Gaston, que bueno saber que los puedo emplear para hacer esta muy buena fuente, pero disculpa no entendí muy bien lo del pin 5, se debe conectar otra linea con el capacitor y la resistencia o se coloca en la linea que va al transistor BC548? Gracias.

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