Cuaderno del Técnico Reparador
TEORIA DE OPERACION DE LAS FUENTES DE ALIMENTACION CONMUTADA PRINCIPIOS DE OPERACION Preparado por Horacio D. Vallejo Extraído del texto: “Fuentes de Alimentación Conmutadas en Televisores Modernos” Modernos”
del Prof. J. L. Orozco Cuautle
COMEN COMEN ZAMOS AMOS A DE TALL TALLAR AR EL FUNCI ONAMI ONAMI EN TO D E LAS FUENTES DE ALI MEN TACI ON CONMUT CONMUTADAS, ADAS, AMPLI AMENTE UTI UTI LI ZADAS EN E LECTR LECTR ODOMEST DOMESTI COS COS ( TV, RE PR ODUCTO DUCTOR ES DE CD, VI D E O C AS A SE T E R A S, S, E T C. C. ) . E N E ST E A R T I C UL UL O E X P L I C AM A M OS OS E L DI AGRAMA EN BLO BLOQUES TI TI PI CO. CO.
INTRODUCCION E l em p leo d e las fu ent en tes con m u tadas ad as se ha h a gen eralizad o ráp id am en te, tant an to en eq u ip o s d e televi ev isió n com co m o en vid eogr eo grab abad ado o ras, com co m p u tado ad o ras, etc., gragracias a su am a m p lio rang an go d e fl flexi ex ib ilid ad respect esp ecto o d e las variacio n es del d el vo ltaje d e alim ent en tació n q u e m anej an eja, asícom co m o a su elevad evada a ef e ficien cia en e n la regu lació n . N o o bstante ante su am p lio u so , es uno un o d e los tem as que qu e en la actu alid ad suscitan m ayo r p ro b lem a en tre el e l p ererson son al d ed icad cad o al servicio . E n el p resen esen te ar a rtícul cu lo se anal an alizará el p rin cip io d e o p eració n d e est e ste ti tip o d e fu en tes par p ara a qu q u e, a p art artir d e la com co m p ren sió n d e su fu n cio n am ient en to , su labo ab o r al m o m ent en to d e br b rin d ar el servicio sea m ás sen cilla.
PRI NC NCII PI OS DE OPERAC OPERACII ON Las fu ent en tes conm con m u tad adas as so so n circu cui ito s cu cuyo yo o b jetivo fin al es, al igu al q u e las las fu fu en tes regu lad as, p ro p o rcio n ar a lo s divers diversoo s blo blo q u es de d e u n ap apar arat ato las ten sio n es y co co rrien tes nec n ecesari esarias para p ara su su co con n ve ven ien te o p eració n . Sin em b ar argo go , la p rin cip al d iferen cia en e n tre am a m b o s circu cui ito s estrib a en e n q u e las las fu ent en tes regu ladas ad as se bas b asan an en u n p ro ces cesoo d e con co n ver ve rsió n y regu laci acióó n d e ten ten sió n m ás lim itad ado o , lo q u e gen g ener eraa im p o rtan anttes pér pé rd id as de p o ten enci cia en fo rm a de d e calo r y, ad adem em ás ás,, su fu n cio n am ien ent to se ve ve afec afecttado ad o p o r var va riaci acioo n es en en el vo ltaje d e lín ea ea. . D am o s a con co n tin u ació n las dif difer eren enci cias ent en tre u n a fu ent en te de d e alim ent en tació n regu lad ada a y un u n a con m u tad ada: a: FUENTE REGULAD REGULADA A
• Su p ro ces cesoo d e con co n ver vers sió n y regu regu lació n d e ten sió n es po p o co suf sufiicien te.
• G ener en era a im p o rtant an tes p érd érd id as d e po p o tenci en cia en fo rm a de d e calo r. •G ener eneral alm ent ente e son son m ás pesa pesadas das. . • Su fu n cio n am ient en to se ve af a fectado ad o p o r var vari iacio ens en s en la tensi en sió n d e lín ea C A (o p era era den d ent tro d e un rango peq pequeño ueño ). • C uen ta con un trans ansf form orm ado r m uy grand grande, e, con co n ect ectad ado o d irect ectam am ent en te a la lín ea. •U tilizan u n regu eg u lado ad o r d e tensi en sió n . FU E N T E C O N M U TA TA D A •P ro d u cen tensi en sio n es per pe rfectam ent en te reg regu u ladas. ad as. •M in im iza la pér p érd d id a de d e po p o tenci en cia po p o r calo r. • Son So n m ás resi resisten tes a las variaci acio o en s de ten sió n d e lín ea. ea . •Su con stru cció n es m ás co co m p leja y, en con secuen cu enci cia, su cos co sto es m ás eleva evad do. •C u ent en ta con co n u n trans an sfo rm ado ad o r d e alta frecu ecuen encia. •Son So n m ás livianas. an as. •Pu ede ed e op erar erar con u n m argen de tensi tension es de ent en trada m uy am p lio (85V (85V ca a 240V ca) ca). . A l con co n trari ario d e las fu en tes com co m u n es, las fu ent en tes con m u tadas ad as pr p ro d u cen m ú ltip les tens en sio n es per p erf fectam ent en te reg regu u ladas, ad as, m in im izan zand d o cual cu alq u ier p érd érd id a d e p o tenci en cia p o r calo r; adem ad em ás de ser m ás resistenen tes a las variacio n es en la lín ea d e C A , m ant an ten ien d o u n fu fu ncion am ient en to ó p tim o incluso cuand cu and o se p resenten var vari iacio n es de m ás de 40V 4 0V (u n a fu fu ent en te con co n m u tada ad a tí típ ica to to lera era var v ari iacio n es de d e en e n tre 90 90 y 135V ca si sin p rob lem a alguno gu no , aun qu e h ay fue fuent ntes es q u e o p eran eran ent en tre u n vo ltaje d e 85 8 5 a 240 24 0 vo v o lt). Sin em b argo argo , su p rin cip al d esven esvent taja es e s qu e, d ebi eb id o a sus co co n stru cció n m ás com co m p leja, su rep rep araci aració n p u ed e resul resultar d e ig igu al m anera an era m ás di d ifícil y co sto sa,
Saber Electrónica Nº 147
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Cuaderno del Técnico Reparador 1
d el tip o co n tin u o ). U no de los bob inad o s del de l tran sfo rm ad o r ret retr ro ali alim en ta u n a ten tensi sió n fu era era de de fase par p ara a qu q u e el e l exex cit citad o r in icie cie la o scilaci ació n (figu ra 2). TRANSFORMADOR
E l transf an sfo rm ado ad o r cuent cuen ta con u n b ob in ad ado o p rim ar ari io , u n o o m ás secun secundar dari io s y un b ob inado d e re ali alim e n taci ac ió n ; las aun qu e po r exp eri eriencia le po de demm os co co m en ent tar qu e si u sted com co m p rend en d e el fu n cio n am ien ent to d e las fu en entes con co n m u tadas, ad as, su trabaj ab ajo d e servicio p o d rá realizarllo d e u n a fo zar fo rm a m ás sen senci cilla.
DI AGRAMA A BLOQU BLOQUES ES La estru ctu ra gen ge n eral eral d e un u n a fu en ent te con co n m u tad ada a está in tegr eg rada ad a po p o r u n o scilad adoo r, u n p eq equ u eñ eñoo tran anssfo rm ad o r, rect ectificad cad o res secu secunn d ario s y filtro s pasap asab ajo s, u tiliza zadd o s p ara filtrar el el vo ltaje d e sa sal lid a, y p ara ara su fu fu n cio n am ien to in ter ervi vien en b ásicam en te seis bl blo q u es (f (figu ra 1). 1 ). RECTIFICAD CTIFICADOR OR Y FILTRO
E ste b lo q u e recib e lo lo s 220V 220 V ca d e la la lí lín ea (o 110VV , d ep end 110 en d iend en d o d e la reg regiió n ) y en treg ega a apr ap ro xi xim adam ent en te 170V cd en su salida. H ay q u e reco ecorrd ar q u e el p u en te rect ecti ificad cado or con co n viert vierte la cor co rrien te alt altern ernaa en co cor rrien te d irec ect ta y q u e el filtro elim in a el e l ru id o o rip p le. E l fu sib le q u e se en e n cu cuen enttra en e n la en e n trad ada a de d e la la lín ea p ara p ro tecci ccióó n d el ci cirrcu ito ; se ab a b re só sól lo cuan cu andd o h ay u n cor co rto circu cuiito en la secció n o scilado ra y no n o cuan cuando do h ay un a carga excesiva. EXCITADOR Y OSCILADOR
Este bloq bloq ue gen er eral alm ent entee se se com p on e de un un transi an sisto r d iscr scret eto o (reci ecien tem en te se ha h a in cr crem em en tad o el u so d e e ste bloq bloq ue en form orm a de cir circu ito in tegrad o ); el p ro p ó sito d e este con co n ju n to es to m ar la ten sión de 170V cd y "p "p a-
fu n cio n es de d e es e ste ú ltim o so n : • R ealim en ent tació n : entrega una señal de realim en taci ació ó n al tran sisto r exci ex citad o r/osci /oscilad o r con co n el o b jeto eto d e co co rtarlo y gen g en erar u n a situ aci ació ó n in establ ab le q u e p ro vo q u e la la osci o scilació n , lo q u e sign ifica qu q u e el el conm con m u tado r se enci en ciende en de y apaga ap aga a m u y alta velocid ad. ad . C o m o esta situ ació n se rep rep ite en e n u n ciclo d e trab abaj ajo m u y pesado p esado , d ebe eb e em p lear ears se un u n trans an sisto r co conn car caract acterí erísticas apr ap ro p iadas ad as qu e le p erm itan m an ejar la po p o tenci en cia adecu ad ecu ada. ad a. • A cop lam ient ento: o: el circui cu ito d e aco p lam ien to (cu cuan and d o exi ex iste) si sirve p ara ara p ro p o rcio n ar al ext ex trem o p rim ari ario u n a ref refer eren enci cia del d el com co m p o rtam ient en to d e lo s vo ltajes en el secu secun n d ario , con co n el o b jeto eto d e q u e las ten sio n es de de salid a de d e la fu fu ent en te est estén siem p re den d entro d e sus espe especi cificacio n es cor co rrect ectas. as. T am b ién p ro vee u n a ai aislaci ació n eléctr ctrica en tre el circui cu ito d el p rim ario y el el circui cu ito d el secu secun n d ario ; esto es para p ara qu qu e el u suario n u n ca en tre en en con co n tacto con co n la lín ea d e C A cuan cu and d o to to q u e la un id ad. ad . E ste trans an sfo rm ado ad o r p ued e ser ser p equ eño en com p arac aci ión con un trans ansfo rm ado ad o r tradi ad icio n al, d eb id o a qu q u e trabaj ab aja con co n u n a frec ecu u en cia al alta p ara lo grar qu e la la tran sferen cia de de en ergí ergía a en e n tre p rim ari ario y secun d ari ario sea m ejo r, co com m p arad arad a co n la tr tran sferen eren cia q u e realiza u n tran ansf sfo rm ado ad o r n o rm al a 50H 50 H z (f (figu ra 3). RECTIFICADORES RECTIFICADO RESDEL EXTREM EX TREMO SECUNDARI ECUNDARIO O
Lo s dio dio d o s rect ecti ificad o res son son d e b aja ten ten sió n
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Fuentes de Alimentación Conmutadas u n a con co n exi ex ió n d irect ecta a en tre p rim ari ario y secun secu n d ari ario ; p o r razo azon n es de segu rid ad, ad , se enví en vía a tr través de d e un u n o p to acoplador. CONTROL DE NIVEL
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C o n la red red u cció n d e la po p o lari arizació n d e la b ase d el tran sisto r exci ex citad o r/oscilado ad o r, se red red u ce tam b ién la am p litu d d e la la señal señ al ent en tregad eg ada a en su col co lect ecto o r. Y d ado ad o q u e est e ste ef e fect ecto o se p resen ta en en to d o s las ten sio n es secun cu n d ari arias, p u ede ed e d ecirse q u e la p o larizac zaci ió n d el o scilad o r se redu red u ce p ara ara m ant an tener en er en estado ad o d e regu regu lació n a la fu fu ent en te con co n m u tada. ad a. TRANSFORMAD ADORES ORES DE LAS FUENTES DE AL A LIMENTACION CONMUTADA
E n las fu en tes de d e ali alim en taci ació ón con m u tada, ad a, exi exis sten d o s fo rm as para para con co n tro lar la salid a de d e te ten sió n en lo s secun secu n d ari ario s del de l transf an sfo rm ado ad o r, q u e son p o r m edi ed io d e con co n tro l d e la frecuen cue n cia y po p o r el llam ado ad o b o b in ado ad o d e con co n tro l.
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p ero ero d e alt alta vel v elo cid ad ad,, ya q u e el e l secu ecun n d ar ari io d el transf an sfo rm ad o r en treg egaa cor co rrien te alt alterna co conn u n a elev elevad adaa fr frecu en cia; a cau cau sa de de est e sto , lo s dio d o s rec ectificad ca d o res de d e b aja frecu en ci cia a resu resul ltarían in ú tiles (figu ra 4). 4). E ste es e s uno un o d e lo s prin cip ales pr p ro b lem as con lo s qu qu e el técn ico elect ectrró n ico se en en fren ta cu an and do va a rep arar arar fu en enttes con m u tad adas; as; y es e s qu e si d escon co n o ce la situ aci acióó n seg seguu ram en te sust su stitu irá lo s di dio d o s or origin ales con co n cu cual alq u ier otr otro tip o d e d io d o s,lo cual n o gar garan anttiza un u n b u en fu n cio n am ien ent to , ya q u e en p o co tiem p o vo vollverán a fal fallar e in clu so p u ed eden en lleg ar a perj p erju d ica carr o tras secci secc io n es de d en tro d e la la m ism a fu ent en te. E l tip o d e di d io d o s q u e se reco ecomm iend en d a ut u tilizar es el R U 4M , q u e sop o rta 400V 400 V , 2A y es de d e ráp rápi id a recu recup p er eraación. REALIMENTACION Y AISLAMIENTO
E n algu n as fu en tes, la ten ten sió n d el secun cu n d ari ario m ás im p o rtan antte (la lí lín ea d e
Contr Contr ol por fr ecuenc cuencii a
Es un cam bio bio de frecuen ecuenci cia en el o sci scilado ad o r con co n resp espect ecto o al p u n to d e reso eson n anci an cia del d el transf an sfo rm ado ad o r. La op o p eraci eració n d e esto s transf an sfo rm ado ad o res dep de p en d e de d e la frecu enci en cia, ya qu e el bo binad binad o p rim ari ario fun cion a com o un oscilado ad o r n atu atu ral. Recordem Recor dem os que siem pr pre e qu e colocam os en p aral aralelo elo u n a bo b o b in a y u n cap acito r, el con co n ju n to p o see un u n a "f "frecu ecuen en cia de d e reso reso n anci an cia" n atu ral, m ism a qu e dep d epen ende de est estrecham ent en te de d e los valores ores d e L y C (figu ra 5). P o r lo tant an to , p o d em o s deci de cir q u e u n trans an sfo rm ado ad o r en cuy cuyo o p rim ari ario se col co lo q u e un un con co n d ensado en sado r en p aral aralelo , p o seer seerá á un u n a frecu ecuen enci cia d e o scilaci ació ó n im p lícita, la cu al m arcar arcará á su p u n to de op eraci eración óp tim a. A p esar esar de qu e n o se colocolo-
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Cuaderno del Técnico Reparador
6 q u en capacito res exter externn o s en el b o b in ad adoo p rim ario , exi ex iste u n a cap cap acid ad in h er eren en te cau ca u sad sada a p o r la p ro xim id ad d e las espi esp iras del del m ism o . E ste circu cui ito reson esonan antte L-C L-C es pro pro d u cid o exclu sivam en ent te con co n el b o b in ado ad o del d el trans an sfo rm ad adoo r. La tens en sió n d e salid a de d e lo s secu secun n d ar ari io s aum en enta cuan cu andd o la fr frecu en cia de d e tr trab abaj ajo se apr ap ro xi xim m a a la frecu ecuen en cia nat n atu ral cui cu id ad adoo sam en te la fr frecu ecuen en cia de de en trad a al p rim ario d el tran sfo rm ad o r, la ten ten sió n d e salid a de d e éste p u ede ed e ser co conn tro lad ada a o reg egu u lad ada. a. La gr g ráfi áfica d el com co m p o rtam ien entto d e u n tran ans sfo rm ado ad o r se m u estra en la fi figu gurra 6; ah ahíí vem o s q u e el p ico m áxim o es e s V s se alcanza exactam en ent te cuando cuan do la fr frecu ecuen en cia d e en trada ad a co in cid e co conn la reso reso n an anci cia n atu ral d el b o b in ado ad o . C o m o p u ed e o b ser ervar var,, la fo rm a de d e respu respuest esta no n o es m u y estrech echa, a, sin o m ás b ien am p lia; esto se deb d eb e a la resi resisten cia del d el alam b re, al val va lo r d e la in in d u ctan anci cia, a llaa ccap ap acid ad in h eren te, etc. etc. E n con co n secu secuen enci cia, si se m an anej eja cui cu id ad ado osam en te la la fr frecu en cia cia ap licad a al b o b in ad o p rim ari ario , se pu p u ede ed e h acer que qu e tr trab abaj aje en e n cu cual alq u ier p u n to d e cur cu rva (d e p ref efer eren en cia en e n la p o rció n lin eal, ya sea de sub subiid a o d e baj b ajad ada) a) y pr p ro d u zca en su salida un a gam a de d e ten enssion es que van desde u n p un to m uy b ajo has h astta su su p un to m áxim o (V (V s). Po r lo tant an to , el m éto éto d o p u ed e u tilizars zarse e p ara con co n tro lar d e fo fo rm a m u y p reci ecisa lo s vol vo ltajes a la salid a de d e lo s secundarios. A lgu n as fu en tes en tel elevi evisor sores es op o p er eran an en el p u n to B d e la la cur cu rva, p o r lo q u e en e n ésto s, las variacio n es de d e frecu en cia ti tien enen en u n ef efect ectoo in ve ver rso: en la po rció n d esc escen endd ent en te de la la curva curva un u n au m en ent to d e frecue ecuenn cia im p lica m eno en o r in d u cció n y con co n secu ecuen entem ent en te, u n a di d ism in u ció n en la salid a del d el secun d ario d el trans an sfo rm ado ad o r. E ste m o d o d e op o p er eraci ació n (en la regi región B ) no es m uy em p leado p or los dis diseñ eñaadores, ya que al encender el equipo, el oscilador com co m ienza en za a trabaj ab ajar con co n u n a b aja fr frecu ecuen enci cia y, y, p o r
b o b in a de d e con co n tro l d e u n trans an sfo rm ad o r en su in in teri erio r, q u e h ace q u e d ism in u ya la la in d u ct ctan an cia d en tro d el d ispo sp o sitivo . La m ayo ayo ría d e lo s telev elevi isores ut u tilizan u n trans an sfo rm ado ad o r espe especi cialm enen te con stru id o con co n u n b o b in ado ad o d e con co n tro l, col co lo cad cado o en u n a lam in ació n acop lada ad a de m aner an era a per pe rp end en d icul cular ar a la lam in ació n d el p rim ari ario y secun secu n d ari ario . E l b o b in ado ad o d e co n tro l regu eg u la la salid a d el tran sfo rm ad o r, así alt altera la relu elu ctan ctan cia y, p o r lo tan to , ap aren tem en te tam tam b ién la in d u ctanci an cia d el transf an sfo rm ado ad o r. U san sand d o la bo b o b in a de d e co n tro l, al ap licar u n a tenen sió n d e co rrien te co n tin u a, se desar d esarr ro lla un u n cam p o m ag agn n éti ético q u e se ap lica en en el n ú cleo d el transf an sfo rm ad ado o r, q u e afect afecta el cam p o in d u cid o p o r el p rim ario y, p o r con co n sigu ien te, la ten sió n gen erad erada a en el secun secu n d ari ario . E sto altera era el cam p o , d e la m ism a fo fo rm a en e n q u e suced su cede e al a l in sertar u n to rn illo d e alu m in io en u n a b o b in a d e sin to n ía (in d u cto r). C u and an d o la in d u ctanci an cia (L) (L) es d ism in u id a, la fr frecu cuen en cia de d e reson reson anci an cia es in crem crem en tada, ad a, lo q u e eq u ival vale a q u e la cur cu rva d e resp respu u esta se desl d eslice hah acia la der d erech echa a y se pr p ro voq vo q u e un u n cam b io en la salid a d e vo v o ltaje d e lo lo s bo b in ado ad o s secu secun n d ari ario s. E l d iseñ señad ado o r d e la la fu fu en te selecci seleccio o n a el e l p u n to d e o p eraci eració n A o B p ara ara det d eter erm m in ar si al apl ap licar C D a la bo b o b in a de d e co n tro l, la ten tensi sió n d e salid a se au aum m ent en ta o d ism in u ye. ye . Si se elige el p u n to A , al estar cor co rrid a la cu cu rva h aci acia la izqu zq u ierd erda, a, la fuen fue n te coco m ienza en za a tr trabaj ab ajar con co n u n a tens en sió n m u y alt alta, lo q u e p u ed e afect afectar ar la in tegr eg rid ad d e lo s circui cu ito s alim en tad ado o s; p ara ara evi ev itarlo , se deb deb e ap licar in m ed iatam atam en te un u n a tens en sió n d e C D (con tin u a) en la bo b o b in a de de co con n tro l cuan cu and d o el ap arat arato es ener en ergi gizad zado o. Es por el ell lo q u e este tip o d e fu en tes, p o r lo gen eral, trabaab ajan en la reg regi ió n B d e la la cu rva; es deci d ecir, com co m ien zan a op o p erar erar con co n u n a ten sió n d e salid a baj b aja y, con co n fo rm e se va apl ap lican cand d o u n a cor co rrient en te de d e real reali im ent en tació n al b o b in ado ad o d e co co n tro l, el vo ltaje d e sali salid a va va creciendo hasta alcanzar su nivel adecuado (esto o cur curr re en p o cos m ilisegu n d o s). C o n lo s p u n to s tratado ad o s h asta aqu aq u í, u sted p o d rá ten ener er una un a id ea m ás clara ara sob re el fu n cio n am ient en to d e este tip o d e fu fu en tes. Sin em b argo argo , q u erem erem o s reiterar erar el h ech echo o d e q u e cad a m o d elo esp especí ecífico req u iere un u n anál an álisis par part ticul cu lar, ar, ya q u e lo s com com p o n en tes y d iseñ seño o s em p lead ead o s po p o r lo s fabr ab rican cant tes llega gann a vari variar. ar. E s p o r esa razó razón n q u e m ás adel ade lant an te