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Fuentes conmutadas II

Funcionamiento de una fuente de alimentación conmutada II. Filtro EMC.

¿Qué es el ruido electromagnético?

Cuando se conecta o desconecta cualquier elemento eléctrico, es normal que se produzcan picos de tensión que se transmiten a través de la red eléctrica, o a través del aire, en forma de campos electromagnéticos. Normalmente, estos picos, también llamados transitorios, suelen ser muy leves y no afectan al resto de equipos conectados. Sin embargo, en instalaciones con muchos aparatos conectados, estos picos se multiplican.

Las fuentes conmutadas producen bastante ruido eléctrico, debido a los picos de tensión que genera la conmutación del transistor y los diodos rectificadores. Las máquinas más potentes, como las que utilizan motores activados mediante contactores, también pueden generar picos bastante fuertes. Podríamos pensar que los variadores de velocidad eliminan este fenómeno, al no tener contactores, pero como se trata de aparatos similares a las fuentes conmutadas, debemos seguir teniéndolos muy en cuenta. Todo el ruido eléctrico puede provocar problemas en las máquinas más sensibles.

¿Qué es un filtro EMC?

EMC son las siglas de compatibilidad electromagnética.

La legislación industrial, como en el caso europeo hace la Directiva 2004/108/CE, obliga a todos los equipos eléctricos a cumplir una serie de requisitos.

Básicamente, se trata de que cada aparato sea inmune a los problemas electromagnéticos de la red eléctrica, ya su vez no emite interferencias a través de esta. Es decir, que el equipo queda aislado del resto en lo que se refiere al ruido electromagnético. Para poder cumplir con estos requisitos, las fuentes de alimentación deben montar un filtro en su entrada.

¿Cómo funciona el filtro EMC?

Para comprender el funcionamiento del filtro no es necesario conocer en profundidad estos componentes, salvo que querríamos adentrarnos en el diseño de fuentes conmutadas. Simplemente, bastará con saber que las bobinas evitan el paso de corriente de alta frecuencia, y los condensadores hacen justo lo contrario. Los campos electromagnéticos tienen un alcance proporcional a su frecuencia distinto según su frecuencia, es decir, que se propagan con más facilidad cuando su frecuencia es más alta en un determinado rango y en un determinado medio. Por eso la radio y la televisión transmiten a frecuencias muy altas, para propagarse por el aire y aprovechar las reflexiones atmosféricas.

La red eléctrica tiene una frecuencia muy baja, normalmente 50 o 60 Hz. Esto quiere decir que eliminando las altas frecuencias evitamos la mayor parte del ruido de los campos electromagnéticos transmitidos por el aire o por la propia red eléctrica. Al montar bobinas en serie, solo se pueden atravesarlas la corriente continua, o la alternancia de baja frecuencia (BF). Los condensadores en paralelo solo dejan pasar la corriente de alta frecuencia (HF), sin afectar a la corriente continua o alterna BF.

¿Cómo reparar un filtro EMC?

A la hora de reparar una fuente de alimentación conmutada (SMPS) debemos comprobar el circuito de forma modular. Debido a que utilizan componentes pasivos bastante robustos, es raro encontrar alguno de estos dañados.

La verificación de esta etapa es bastante sencilla.

En el caso de que salte el fusible y otra protección, debemos desconectar la salida del filtro, desoldando algunos componentes para que la corriente no llegue a la siguiente etapa. Si al aplicar tensión sigue habiendo un cortocircuito, mediremos los condensadores para ver cuál de ellos está cruzado. Puede ocurrir que el cruce esté en las bobinas, si comparten el mismo núcleo, al haberse fundido su barniz aislante. Si las medidas son confusas, deberemos desoldar los componentes para medirlos individualmente.

Filtros EMC Desvanecidos

Lo más común es que esto suceda en equipos económicos. En el lado contrario, los equipos más sensibles o de mejor calidad, montan filtros EMC más sofisticados, de varias etapas, para asegurar que no darán problemas en entornos poco óptimos. El filtro EMC es bastante sencillo y no suele dar demasiados problemas.

Xavier Pardell

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Fuentes conmutadas I

¿Cómo funcionan las fuentes de alimentación conmutadas?

Las fuentes de alimentación conmutadas, también conocidas como SMPS (switch mode power supply) son esenciales en nuestra vida, y, por lo tanto, en nuestro trabajo como técnicos. En electrónica, la mayoría de las averías están relacionadas con las fuentes de alimentación. Por eso, conociéndolas y sabiendo repararlas, podemos resolver un gran porcentaje de problemas. Conocer las fuentes de alimentación conmutadas no solamente sirve para repararlas. Hay una gran cantidad de equipos que utilizan electrónica de potencia, como los variadores de frecuencia que regulan la velocidad de los motores, las máquinas de soldadura, o los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI).

¿Qué es una fuente de alimentación?

Para convertir la corriente alterna en corriente continua es necesario rectificarla y estabilizarla. La tensión de la red eléctrica puede ser de entre 110 V y 400 V, dependiendo del país. Los equipos conectados pueden trabajar a cualquier tensión, dependiendo de su aplicación. Por ejemplo, un televisor funciona internamente con varias tensiones, que pueden ir desde poco más de 1 Vdc hasta más de 50000 V en el caso de los televisores CRT (los de tubo de rayos catódicos, que ya han sido sustituidos por las pantallas planas). .

El ejemplo más básico de fuente de alimentación que todos conocemos sería el cargador para el teléfono móvil (celular). Esto convierte la corriente de la red eléctrica, que puede ser de 100…240 Vac, en un valor que en la mayoría de los casos es de 5 Vdc.

Fuentes lineales y fuentes conmutadas.

Al aumentar tanto la frecuencia, reducimos las pérdidas y conseguimos reducir el tamaño del transformador, y con ello su peso y volumen. En este tipo de fuentes, la corriente se convierte de alterna a continua, después otra vez alterna con una frecuencia distinta a la anterior, y seguidamente vuelve a transformarse en continua. Por eso, muchos equipos basados ​​en fuentes conmutadas son conocidos como inversores o inverters.

Un claro ejemplo serían las máquinas de soldadura al arco. Los equipos que usan transformadores lineales (prácticamente han desaparecido) pesan muchísimo más que los de tipo inverter, que no es más que una fuente de alimentación conmutada, adaptada a las características de este tipo de máquinas. En un variador de velocidad, el funcionamiento es muy similar. Regulando la frecuencia de los motores, modificamos la velocidad del motor.

¿Cómo funciona una fuente de alimentación conmutada?

Filtro EMC. Su función es absorber los problemas eléctricos de la red, como ruidos, armónicos, transitorios, etc. También evita que la propia fuente envíe interferencias a la red. Puente rectificador. Solo deja pasar la corriente en un sentido, de modo que convierte la corriente alterna en corriente pulsante, es decir, que oscila igual que la corriente alterna, aunque únicamente en un sentido. Corrector del factor de potencia. En determinadas circunstancias, la corriente se desfasa respecto a la tensión, lo que provoca que no se aproveche toda la potencia de la red. El corrector se encarga de solventar este problema. Condensador. Amortigua la corriente pulsante para convertirla en corriente continua con un valor estable. Transistor. Se encarga de cortar y activar el paso de la corriente. De este modo se convierte la corriente continua en corriente pulsante. Controlador. Activa y desactiva el transistor. Esta parte del circuito suele tener varias funciones, como protección contra cortocircuitos, sobrecargas, sobretensiones… También controla el circuito de corrección del factor de potencia. Además, mide la tensión de salida de la fuente, y modifica la señal entregada al transistor, para regular la tensión y mantener estable la salida. Transformador. Reduce la tensión y además aísla físicamente la entrada de la salida. Diodo . Convierte la corriente alterna del transformador en corriente pulsante. Filtro . Convierte la corriente pulsante en continua. Optoacoplador. Enlaza la salida de la fuente con el circuito de control, pero manteniéndolos físicamente separados.

Xavier Pardell