1. Introducción

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1. Introducción
Una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la
corriente alterna, proveniente de la red eléctrica, en corriente continua.
Este proceso de transformación se realiza para adecuar la red eléctrica a
las necesidades de alimentación variadas que se pueden encontrar en la
vida cotidiana.
Las fuentes de alimentación se pueden clasificar de forma general
en dos grandes grupos: las fuentes lineales y las conmutadas.
1.1 Fuentes de alimentación lineales.
Las fuentes de alimentación lineales se basan en un diseño básico y
sencillo. Dichas fuentes siguen el esquema de la figura 1:
Figura 1.- Diagrama de bloques de una fuente lineal.
En primer lugar se encuentra el transformador. El transformador es
un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un
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circuito de corriente alterna manteniendo la potencia. A su vez
proporciona aislamiento galvánico incrementando así la seguridad.
Una vez que se adapta la tensión de red a unos niveles acordes a los
necesitados por la fuente, se encuentra la etapa rectificadora. Dicho
bloque convierte la tensión alterna de la entrada en una forma de onda
pulsante a la salida (ver figura 1). Las principales configuraciones que se
usan son la rectificación de media onda y de onda completa.
En el siguiente paso se añade un filtro a la salida de la etapa de
rectificación, obteniendo una señal más o menos constante en tensión,
con un rizado que dependerá de la etapa de rectificación usada. Dicha
etapa es llamada etapa de filtrado.
Por último se encuentra la etapa de regulación, encargada de
eliminar completamente el rizado de nuestra tensión. Además es la
encargada de proveer una tensión de salida con una magnitud exacta.
A partir de aquí se pueden realizar distintas opciones: ofrecerse
directamente en los bornes de salida, reducirse para ofrecer distintos
valores de tensión constante o modificarse para ofrecer una salida a
tensión variable.
Las fuentes de alimentación lineales tienen sus ventajas e
inconvenientes respecto a las conmutadas.
Como ventajas se pueden numerar:
 Simplicidad de diseño.
 Bajo ruido a la salida y una respuesta dinámica muy rápida.
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 Para potencias bajas el costo de los componentes es mucho menor
que el de las fuentes conmutadas.
Pero las fuentes lineales tienen un gran inconveniente: su baja
eficiencia. Los reguladores lineales tienen una eficiencia entre el 30 y el
60%. Una gran parte de la potencia se disipará en forma de calor por el
efecto Joule.
Otro inconveniente es que hay que usar un transformador a 50Hz y
este presenta un volumen elevado. Por ello, la fuente será de gran
tamaño.
1.2 Fuentes de alimentación conmutadas.
Las fuentes de alimentación conmutadas presentan un diseño más
elaborado que las lineales. A pesar de que existen numerosos modelos en
el mercado siempre se pueden diferenciar cuatro bloques básicos como se
observa en la figura 2:
Figura 2.- Diagrama de bloques de una fuente conmutada.
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En primer lugar se encuentra un bloque rectificador que convierte la
tensión alterna en una tensión pulsante.
En el bloque inversor se transforma la tensión pulsante en una onda
cuadrada de alta frecuencia. Esta tensión se aplica a una bobina o al
primario de un transformador.
El bloque rectificador se encarga de rectificar y filtrar la onda
cuadrada obteniendo una onda continua pura.
Por último, el bloque controlador se encarga de controlar la
oscilación del segundo bloque.
Una ventaja que ofrece la fuente de alimentación conmutada es que
no es necesario utilizar un transformador a 50Hz, con lo que se reduce
considerablemente el volumen de la fuente. Pero la gran ventaja es la
eficiencia que presenta, la cual está comprendida entre el 68% y el 90%.
Esto es debido a que los dispositivos de potencia funcionan en régimen de
corte y saturación, haciendo su uso más eficiente.
En contrapartida, las fuentes conmutadas presentan mayor ruido a
la salida y son más complejas de diseñar.
1.3 Objetivos del proyecto.
El objetivo de este proyecto consiste en diseñar, construir y testear
una fuente de alimentación de laboratorio. Dicho proyecto surge de la
necesidad de realizar pruebas de los distintos proyectos que estaban en
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curso, haciendo imposible acceder a una fuente de alimentación para
cosas tan simples como alimentar un amplificador operacional.
Se decide pues, realizar una pequeña fuente de alimentación para
estos fines. Las características se fijan en un principio de baja potencia. No
se necesitaba más de 15V/1A. La idea original era diseñarla reciclando los
componentes que se tuvieran ya en el laboratorio.
Desde un principio se opta por realizar una fuente lineal debido a su
sencillez frente a las conmutadas. Así que el diseño se basó en reguladores
lineales.
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