Las fuentes de alimentación (Segunda parte)

Las fuentes de alimentación

  

El circuito de entrada.

La función básica del circuito de entrada de una fuente de alimentación, es llevar el voltaje de CA de entrada desde la fuente de suministro, generalmente la red pública de distribución de corriente alterna de 120V O 220V, hasta el primario del transformador, figura 22.

Figura 22 Función básica del circuito de entrada de una fuente de alimentación

El circuito de entrada puede incluir, entre otros componentes, un cable o cordón de potencia, un fusible general, un interruptor general, un supresor de picos de voltaje, un filtro de línea y un indicador luminoso de presencia de voltaje.

Para llevar el voltaje de CA de entrada desde la fuente de suministro, generalmente un tomacorriente monofásico, hasta el primario del transformador, se necesita, como mínimo, un cable o cordón de potencia de longitud apropiada y dotado de un enchufe o clavija de conexión. Los cables de potencia monofásicos pueden ser de dos o tres conductores, figura  23.

Figura 23 Aspecto físico y símbolos de los cables de potencia monofásicas para fuentes de alimentación 

Los cables de potencia se especifican de acuerdo al voltaje y la corriente máxima que pueden soportar; por ejemplo 250V/6ª. Como regla general, el voltaje de alimentación de la fuente y la máxima corriente esperada en el circuito de entrada deben ser siempre inferiores a estos valores. De este modo, si su fuente se alimenta con 120V rms y la máxima corriente de entrada esperada es de 1A rms, un cable de 250V/3ª es más que suficiente.

Además de un cable de potencia, es conveniente que el circuito de entrada de una fuente disponga de un  fusible y un interruptor general. El interruptor, figura 24, permite conectar y desconectar voluntariamente la fuente de la red de potencia, mientras que el fusible, figura 25, la protege en caso de una sobrecarga o un cortocircuito. Los fusibles se alojan normalmente en portafusibles para facilitar su remoción en caso de una falla, figura 26.  El interruptor y el fusible se conectan en serie y sobre el lado del conductor de fase del circuito de entrada, figura 27.

Figura 24 Aspecto físico (a) y símbolos (b) de un interruptor sencillo para fuente de alimentación

Figura 25 Aspecto físico (a) y símbolos (b) de fusibles para fuente de alimentación 

Figura 26 Aspecto físico de portafusibles para fuentes de alimentación

Figura 27 Circuito de entrada de una Fuente de alimentación con la adición de un fusible y de un interruptor general

Los interruptores vienen de diferentes formas, tamaños y configuraciones de contactos, y se especifican de acuerdo al voltaje y la corriente máxima que pueden soportar, por ejemplo 250V/3ª. Como regla general, el voltaje de alimentación de la fuente y la máxima corriente esperada en el circuito de entrada, deben ser siempre inferiores a estos valores.

Los fusibles, por su parte, pueden ser de acción rápida o de acción lenta, y se especifican de acuerdo a la máxima corriente que pueden soportar antes de abrir el circuito al cual están incorporados, por ejemplo 2,5A. Los fusibles más adecuados para circuitos de entrada de fuentes de alimentación son los de acción lenta (slow-blow). Los fusibles de acción rápida (fast-blow) pueden fundirse fácilmente en el momento de conectar la fuente a la red de potencia, sin que exista realmente una falla. Como regla práctica, la corriente nominal de un fusible puede elegirse de modo que sea alrededor de un 50% mayor que la corriente máxima esperada en el circuito de entrada.

También es conveniente proteger la fuente y los circuitos conectados a ella de las variaciones súbitas de voltaje que se presentan ocasionalmente en las líneas de potencia, las cuales pueden alcanzar amplitudes de varios miles de voltios y causar daños en circuitos sensibles. Para esta función se utiliza un componente conocido como varistor, MOV (metal oxide varistor) o supresor de picos, figura 28, el cual conduce cuando el voltaje entre sus terminales excede de un cierto valor límite. De este modo, absorbe la energía de los picos de voltaje y evita que continúen hacia el resto del circuito. Los varistores se conectan en paralelo con el cable de potencia, después del fusible, figura 29.

Figura 28 Aspecto físico (a) y símbolos (b) de varistores representativos

Figura 29 Circuito de entrada de una fuente de alimentación con la adición de un varistor o supresor de picos

Los varistores se especifican de acuerdo al máximo voltaje que pueden soportar antes de actuar y la máxima energía  del pico que pueden absorber cuando se disparan. Esta última, que se expresa en julios (J), está relacionada con su capacidad de conducción de corriente y el tiempo de duración máximo del pico.

Como parte del esquema de protección de una fuente, puede también utilizarse, opcionalmente, un filtro de línea, figura 30. Este último es simplemente un circuito formado por bobinas y condensadores que elimina los ruidos de alta frecuencia inducidos en el circuito de entrada, por parte del propio circuito de carga de la fuente u otros equipos vecinos. Si este ruido, conocido como EMI o RFI (interferencia electromagnética o de radio-frecuencia) no se elimina, puede causar interferencias en otros equipos conectados a la misma línea.

Figura 30 Aspecto físico (a) y circuito interno (b) de filtros de línea representativos

El filtro de línea se conecta entre el cable de potencia y el transformador, después del fusible y antes del interruptor, figura 31.Su uso es muy común en equipos de comunicaciones. Se especifican principalmente de acuerdo al voltaje y la corriente máxima que pueden soportar; por ejemplo 250V/5ª rms. También es importante conocer su circuito interno y el tipo de señales de interferencia que filtran.

Figura 31 Circuito de entrada de una fuente de alimentación con la adición de un filtro de línea

Otra adición útil en el circuito de entrada de una fuente de alimentación es un circuito de amortiguamiento (snubber), formado generalmente por una resistencia en serie con un condensador, figura 32. Este circuito es opcional y se utiliza para amortiguar los pulsos de alto voltaje que se producen en el circuito de entrada en el instante de desconectar el transformador de la red de potencia. Si estos pulsos no se eliminan, pueden inducir ruido o interferencia en otros equipos sensibles localizados en las proximidades de la fuente. La red de snubber se conecta en paralelo con el primario del transformador o a través del interruptor, como se indica en la figura.

Figura 32 Circuito de entrada con una red RC de amortiguamiento (snubber) conectado a través del primario del transformador (a) o del interruptor general (b). En ambos casos el efecto es el mismo. Los valores indicados de R y C son típicos

Finalmente en el circuito de entrada de una fuente es conveniente disponer de algún tipo de indicador luminoso para monitorear la presencia de voltaje de CA en el primario del transformador. Para esta función se utiliza normalmente una luz piloto de neón, figura 33. Esta última está provista generalmente de una resistencia limitadora de corriente y se conecta en paralelo con el primario del transformador, figura 34. Algunos interruptores incluyen una luz piloto de neón como parte integral, figura 35, combinando así las funciones de control y señalización en una misma estructura.

Figura 33 Aspecto físico (a) y símbolo (b) de una luz piloto de neón

Figura 34 Circuito de entrada de una Fuente de alimentación con la adición de una luz piloto de neón

Figura 35 Aspecto físico (a) y circuito interno (b) de un interruptor con piloto de neón incorporado

En lugar de una lámpara de neon puede también utilizarse un LED como se muestra en la figura 36. En el primer caso (a), el LED se ilumina durante los semiciclos positivos y se apaga durante los negativos. El diodo (D) evita que sobre el LED quede aplicado un voltaje excesivo, capaz de destruirlo. En el segundo caso se utiliza un LED tricolor, formado por un LED rojo, que se ilumina durante los semiciclos positivos, y uno amarillo, que se ilumina durante los semiciclos negativos. Debido a que el cambio  de polaridad se efectúa a una velocidad alta para la retina (50 a 60 veces por segundo), el ojo percibe realmente una luz de color verde.

Figura 36 Circuito de entrada de una fuente de alimentación utilizando un LED sencillo (a) o tricolor (b) en lugar de una luz de neón. La resistencia (R) limita la corriente a través de cada LED a un valor seguro.

Referencia

• CEKIT, Curso Fácil de Electrónica Básica, Tomo 1, Lección 7.