Las fuentes conmutadas tipo PAM se basan en el control de la amplitud de los pulsos a su salida; esta función la realizan me- diante un conjunto de circuitos y dispositivos especiales que les permite variar la salida de voltaje de un transformador con una configuración muy particular de embobinados (figura 2.10).
En este transformador existe un embobinado especial deno- minado "de control", en cuyas espiras circula una corriente que es proporcional al voltaje de alguno de los secundarios del trans- formador principal. Si observa con atención, notará que dicho
embobinado está en contrasentido con respecto al embobinado del primario.
A través del embobinado de control circula tal cantidad de corriente que, al restar la inducción magnética de éste con la del primario principal, la magnitud de campo magnético que llega a los secundarios del transformador es suficiente para generar los voltajes adecuados en su salida, lo cual se traduce en un estado de operación estable.
Por el contrario, si el voltaje de los secundarios comienza a disminuir, la corriente que circula por el embobinado de con- trol también disminuye, provocando una menor resistencia para que la inducción magnética del primario llegue a los secunda- rios y se mantenga así un voltaje adecuado en su salida.
Por otra parte, cuando los voltajes a la salida del transforma- dor comienzan a crecer por encima de las especificaciones, a través del embobinado de control circula más corriente, lo que provoca mayor oposición a la inducción del primario y, por con- siguiente, una reducción en las tensiones de los secundarios.
B+ 12V 5V Transformador principal Conmutador Oscilador de frecuencia fija Oscilador ON/Off Embobinado de control
Estructura esquemática de una fuente conmutada tipo PAM
Es fácil apreciar cómo gracias a tan ingenioso método, este tipo de fuente es autoregulable, en la medida que modifica sus condiciones de operación para garantizar que sus voltajes de sa- lida se mantengan ideales para la operación del televisor.
Una vez obtenido, el voltaje del transformador es rectificado, filtrado y enviado al circuito de switcheo, de donde sale una se- ñal pulsante; la altura de sus pulsos queda determinada por la amplitud del voltaje del transformador. Y como la duración de los pulsos siempre es constante, controlando el nivel de voltaje que se obtiene del transformador es posible generar casi cualquier voltaje a la salida del circuito conmutador; y no sólo eso, debido a la característica de realimentación con que cuenta, el circuito es capaz de detectar y corregir los desniveles que pudieran pre- sentarse en el voltaje de alimentación de corriente alterna.
Fuentes tipo PWM
Las fuentes conmutadas del tipo PWM son las que mayor aplica- ción han alcanzado en muy diversos campos de la electrónica (desde equipo industrial hasta computadoras y aparatos electro- domésticos).
Las fuentes PWM son más flexibles, sobre todo por su mayor capacidad de absorción a variaciones bruscas del voltaje de en- trada. También su construcción es más sencilla y su principio de operación es más fácil de entender; además, por lo general no necesitan elementos especiales (como varistores o embobinados en contrasentido) para realizar su función reguladora.
Básicamente, lo único que se necesita para obtener voltajes regulados de una fuente de este tipo, es un circuito que detecte constantemente el nivel de alguna de las salidas, para que al momento que se registre alguna variación se expidan las órde- nes adecuadas al conmutador, volviendo el nivel a la normali- dad.
Recordemos que en las fuentes conmutadas aún se requiere un bloque rectificador que convierta la señal de CA en voltaje de CD y, por supuesto, también debe incluirse un filtro para ob- tener un voltaje de CD lo más uniforme posible; es decir, sin las ondulaciones resultantes del rectificado (figura 2.11).
Este voltaje se dirige al primario de un transformador de alta frecuencia (cuyo núcleo es de ferrita), que por lo general tiene varios secundarios encargados de brindar los diferentes voltajes que precisa el aparato. Enseguida aparece un dispositivo de con- mutación, capaz de conectar el voltaje de CD resultante hacia el nivel de referencia GND del primario.
El dispositivo que se encarga de controlar la anchura de los pulsos de encendido al conmutador, y por consiguiente los nive- les de voltaje en los secundarios del transformador, es un contro- lador PWM, el cual recibe la referencia de alguno de los embobinados secundarios y de esa forma determina el ancho de pulso correcto. Actualmente, en los circuitos de control PWM se ha incorporado la tecnología digital, transformándolos en siste- mas cada vez más económicos y precisos.
En la salida del conmutador se deben colocar algunas etapas de filtrado (en la figura 2.11 se representa simplemente un dio- do y un condensador, aunque la mayoría de los circuitos tam- bién emplean bobinas para minimizar el rizo a la salida); en esta etapa ,se convierte la señal pulsante obtenida del switcheo en un voltaje de CD perfecto. B+ 5V 12V AC Control PWM Transformador principal 9-12V Estructura esquemática de una
fuente conmutada tipo PWM
Aquí es conveniente hacer algunas observaciones relevantes sobre la operación de este conjunto:
• Como se puede apreciar en los diagramas presentados, encon- tramos un puente de diodos conectado directamente a la línea de CA, sin transformador intermedio. Esta configuración re- quiere que los diodos empleados sean de un voltaje más alto que los normales; por lo general arriba de 500 voltios. Además, el voltaje de operación del filtro a la salida del rectificador debe ser de 350 voltios, mínimamente, para que pueda soportar sin problemas la carga cuando el aparato se conecta en una línea de 240 Vca.
• El dispositivo conmutador debe ser capaz de manejar voltajes y corrientes elevados (podemos decir que una fuente conmutada funciona de manera muy similar a un fly-back, y que el conmu- tador hace las veces del transistor de salida horizontal). En la actualidad es posible encontrar muy diversos dispositivos ha- ciendo el papel de conmutadores (transistores bipolares, Darlington, MOSFET e incluso circuitos integrados). Una ca- racterística que permite identificar de inmediato al dispositivo conmutador, es que siempre está unido a un disipador de calor
Figura 2.12
Disipador de calor de la fuente de alimentación de un televisor Toshiba
Placa disipadora de calor
que le permite manejar de forma segura la potencia desperdi- ciada durante su labor de switcheo (figura 2.12).
• El bloque controlador consiste, por lo general, en un circuito integrado que incluye casi todas las partes necesarias para el control del conmutador. En la mayoría de casos, lo único que se añade es la referencia de voltaje y el reloj oscilador. La fun- ción de este bloque consiste en detectar que el voltaje en la salida de la fuente cumpla con las especificaciones requeridas; por lo tanto, precisa de una línea para alimentar una muestra de dicho voltaje y compararlo con su referencia para determi- nar qué variación se debe hacer en el ancho del pulso de con- trol. Esta línea en la actualidad se envía, casi siempre, por me- dio de un dispositivo que garantiza el aislamiento que existe entre el lado "primario" de la fuente y el extremo "secunda- rio". El aislamiento, a su vez, es recomendable para evitar que cualquier ruido en la línea de CA pueda perjudicar a los circui- tos del equipo, y también para impedir que el ruido electro- magnético producido por sus circuitos salga hacia la línea de CA e interfiera con otros aparatos.
• La etapa de filtrado es la encargada de obtener el valor prome- dio de voltaje de los pulsos a la salida del transformador. Por lo general, tan sólo se trata de un arreglo de diodos y capacitores conectados en configuración rectificador–filtro para obtener el voltaje de CD requerido, aunque en ocasiones se incluyen bobinas en serie con los diodos para reducir aún más el rizo en la salida.