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Qué es una fuente de alimentación conmutada: guía completa sobre su funcionamiento y cómo elegirla
Desde los conocimientos básicos sobre fuentes de alimentación conmutadas, su funcionamiento y puntos clave para su selección, hasta ejemplos de aplicación en 24V y 12V y medidas contra el ruido, se explica todo de manera exhaustiva. Contiene abundante información que desean conocer ingenieros principiantes e intermedios. También consulte la presentación de productos y el sistema de soporte de Unifive.
¿Qué es una fuente de alimentación conmutada? Explicación clara de su principio básico y puntos clave de uso
Para los ingenieros de diseño de equipos eléctricos y electrónicos, las fuentes de alimentación conmutadas son indispensables para lograr alta eficiencia, tamaño compacto y bajo costo. En este artículo se explica de forma integral el principio de funcionamiento y estructura básica de las fuentes conmutadas, cómo elegirlas según la aplicación, y también cómo abordar el ruido y las normativas de seguridad. Está elaborado para que incluso ingenieros novatos o con experiencia intermedia, así como quienes diseñan fuentes por primera vez, puedan entenderlo fácilmente. ¡Acompáñanos hasta el final!
Historia de las fuentes de alimentación conmutadas
La historia de las fuentes de alimentación conmutadas se remonta al siglo XIX.
Se dice que la primera fuente conmutada en el mundo fue desarrollada en 1958 por IBM. La fuente conmutada diseñada por IBM en ese entonces se basaba en la tecnología de tubos de vacío. Al mismo tiempo, GM solicitó una patente sobre oscilación con transistores, y se dice que esta innovación amplió enormemente las opciones para los diseñadores de equipos. Los años 60 fueron una época muy activa en campos como el espacial, comunicaciones, electrónica y computación.
Funcionamiento y principio de operación de fuentes conmutadas
*Ejemplo de diagrama de bloques de fuente conmutada
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Una fuente de alimentación conmutada es un convertidor de potencia que rectifica AC a DC, y luego controla el voltaje mediante el encendido/apagado rápido de un elemento de conmutación de alta frecuencia como el MOSFET. A diferencia de una fuente lineal, presenta las siguientes características clave:
- Alta eficiencia: suministra solo la energía necesaria mediante conmutación, reduciendo rizo y calor.
- Tamaño compacto: permite miniaturizar el transformador y el filtro, ahorrando espacio en la placa.
- Amplio rango de entrada: algunos productos admiten desde 100V hasta 200V dependiendo del circuito de control.
El principio de funcionamiento sigue el flujo general: Entrada AC → Circuito rectificador → Circuito de conmutación de alta frecuencia (PWM) → Transformador aislado (si aplica) → Rectificación y filtrado → Salida. El circuito de control usa PWM para mantener constante la salida de voltaje/corriente, e incluye funciones de protección contra sobrevoltaje y sobrecorriente.
Diferencias entre fuente conmutada y fuente lineal y cómo elegir
Se suele comparar con la fuente lineal (regulador serie), que reduce el voltaje con un transistor o regulador IC. Tiene bajo ruido de alta frecuencia y diseño simple, pero con estas desventajas:
- Baja eficiencia: se necesita diseño térmico como disipadores porque la energía excedente se disipa como calor.
- Grande y pesada: requiere transformadores y disipadores grandes.
| Ítem | Fuente conmutada | Fuente lineal |
|---|---|---|
| Método de conversión | Conmutación de alta frecuencia | Control continuo con transistores |
| Eficiencia | Alta (80%-95%) | Baja (50%-70%) |
| Generación de calor | Baja | Alta |
| Tamaño/peso | Compacta y liviana | Grande y pesada |
| Ruido (alta frecuencia) | Alto | Bajo |
*Tabla comparativa entre fuente conmutada y fuente lineal
Si bien las fuentes conmutadas pueden requerir medidas contra el ruido, tienen la ventaja de combinar alta eficiencia y tamaño reducido. Al elegir una, verifica los siguientes puntos:
- Rango de voltaje y corriente de salida
- Rango de voltaje de entrada (AC/DC)
- Eficiencia, calor generado y método de enfriamiento
- Características de ruido
- Funciones de protección (sobretensión, sobrecorriente)
- Tamaño, peso y precio
Por qué la fuente conmutada es eficiente
Las fuentes conmutadas son eficientes porque el elemento de conmutación está encendido o apagado, evitando operar en estados intermedios, lo que reduce pérdidas térmicas y contribuye al ahorro energético.
Además, ajustan la frecuencia de conmutación y el ancho de pulso según la carga, manteniendo alta eficiencia incluso en estado de espera o carga ligera.