Tipos de fuentes de alimentación más comunes

Tipos básicos de fuentes de alimentación según diferentes principios de diseño:

Las fuentes de alimentación lineales

Las fuentes de alimentación lineales reguladas permiten obtener una tensión de salida muy constante, con bajo nivel de ruido y rizado, y regulación rápida, incluso con fuertes transitorios en la línea y en la carga. Producen una interferencia electromagnética mucho menor que las fuentes de alimentación conmutadas. Un transformador de red convencional aísla la línea de alimentación de los circuitos secundarios (etapas de salida). Este va seguido de un rectificador que suministra la tensión sin regular a un actuador en serie. La entrada y la salida del circuito de regulación están provistas de condensadores que actúan a modo de búfer y reducen el rizado.

Una tensión de referencia de alta precisión controla el amplificador de salida analógico. Este amplificador suele ser rápido y facilita tiempos de restablecimiento muy breves para cambios de carga.

Fuentes de alimentación lineales del catálogo del catálogo R&S®Essentials : R&S®NGA100, R&S®NGL200, R&S®NGM200, R&S®NGU201/401.

Fuentes conmutadas (SMPS)

Las fuentes conmutadas, como p. ej. la R&S®NGP800, brindan una eficiencia mucho más alta que las fuentes lineales reguladas. En una primera etapa se rectifica la tensión de la línea. Dada la alta tensión de entrada, se pueden utilizar condensadores de búfer con baja capacidad eléctrica. En una segunda etapa, la tensión continua que debe convertirse se fragmenta a alta frecuencia.

Esto ocurre en el transistor de conmutación, y requiere núcleos de ferrita relativamente pequeños y ligeros o transformadores de baja pérdida. El transistor de conmutación se activa y desactiva completamente, por lo que las pérdidas por conmutación son bajas. La tensión de salida se regula generalmente cambiando el ciclo de trabajo del transistor de conmutación. Un rectificador y un filtro paso bajo mejoran la calidad de la salida.

Fuentes de alimentación mixtas

Se utilizan diferentes combinaciones de los otros diseños básicos presentados. Por ejemplo, las fuentes de alimentación R&S®NGE100B utilizan un transformador de red en la entrada, seguido de un rectificador y un circuito en modo conmutado para regular la tensión de salida, alcanzando una alta eficiencia. Una etapa lineal reduce los componentes de señal no deseados en la salida. Otro ejemplo de fuente con arquitectura mixta es la R&S®HMP2000/4000.

Cuadrantes de las fuentes de alimentación de corriente continua

Cuando fluye corriente hacia el terminal de tensión positivo, la fuente de alimentación actúa como una carga electrónica. En este caso, absorbe potencia en lugar de suministrarla. Los instrumentos que funcionan como fuente y sumidero pueden simular baterías o cargas. Se denominan fuentes de alimentación de dos cuadrantes (o de cuatro cuadrantes). Las de Rohde & Schwarz ofrecen arquitecturas de dos y de cuatro cuadrantes. Los instrumentos cambian automáticamente del modo de fuente al modo de sumidero. Cuando la tensión aplicada externamente excede la tensión nominal ajustada, fluye corriente hacia la fuente de alimentación, lo cual se indica mediante una lectura de corriente negativa.

La arquitectura de las fuentes de alimentación se puede definir completamente mediante un sistema de coordenadas cartesianas. Los cuatro cuadrantes muestran todas las combinaciones de tensión y corriente positiva y negativa. La figura de abajo ilustra un sistema de coordenadas con la tensión en el eje vertical y la corriente en el eje horizontal.

Como se ha mencionado antes, las fuentes de alimentación estándar generan normalmente tensión solo con polaridad positiva (es decir, funcionan en el primer cuadrante), por ejemplo de 0 V a 20 V. Si una fuente de alimentación puede suministrar tensión tanto positiva como negativa en sus terminales de salida sin necesidad de cambiar el cableado externo, se dice que es una fuente bipolar, y funcionará en los cuadrantes 1 y 3, suministrando tensiones de –20 V hasta +20 V, por ejemplo. Estos instrumentos se pueden utilizar entre otras cosas para probar el comportamiento característico de semiconductores para tensiones bipolares que pasan a través del punto de 0 V.

Las fuentes que pueden operar en los cuadrantes 1 y 3 ofrecen normalmente también función de sumidero para tensiones y corrientes positivas y negativas. Estas pueden operar en los cuatro cuadrantes y se denominan unidades de medida de fuente (SMU). En el primer y tercer cuadrante, la corriente fluye fuera del terminal de tensión; es decir, el instrumento suministra potencia. En el segundo y cuarto cuadrante, la corriente fluye hacia el terminal de tensión; es decir, el instrumento absorbe potencia.

Canales con rangos de tensión idénticos

La mayoría de las fuentes de alimentación de Rohde&Schwarz ofrecen el mismo rango de tensión en todos los canales. Por lo tanto, es indiferente qué canal se utilice para una aplicación concreta. Cada canal puede considerarse como una fuente de alimentación independiente.

Nivel de ruido y rizado

Los circuitos electrónicos avanzados y complejos son muy sensibles a las variaciones de tensión en las líneas de alimentación. Para reducir al mínimo las interferencias cuando se suministra potencia a los dispositivos examinados, las fuentes de alimentación deben proporcionar tensiones y corrientes de salida sumamente estables. En el caso ideal, una salida no presenta ninguna variación de tensión. En la práctica, dos tipos de variación pueden afectar al circuito o el dispositivo: variaciones periódicas (rizado) y variaciones aleatorias (ruido), que se denominan también desviaciones periódicas y erráticas (PaRD). Las fuentes de alimentación lineales presentan un rizado de alta frecuencia considerablemente inferior en comparación con las fuentes conmutadas.

Las fuentes de alimentación para usos especiales y algunas fuentes básicas como la R&S®NGA100 utilizan la regulación de tensión lineal para reducir al mínimo el ruido y el rizado residual.

El diseño lineal de las etapas de salida permite suministrar tensión con pocas interferencias a dispositivos sensibles como los semiconductores complejos. Los valores bajos de rizado y ruido son también altamente recomendables para el desarrollo de amplificadores de potencia y circuitos MMIC.

Impedancia de salida variable

Las salidas de las fuentes de alimentación especializadas se pueden configurar de diferentes maneras. Por ejemplo, se pueden ajustar parámetros como la impedancia de salida, un retardo de activación y distintos tipos de disparo. Las fuentes de alimentación deben tener una impedancia de salida lo más baja posible para contrarrestar los efectos de la carga sobre el dispositivo bajo prueba. Sin embargo, existen aplicaciones en las que se requiere simular baterías de forma controlada, o bien simular el incremento de la impedancia interna a medida que se descarga la batería. Las fuentes de alimentación R&S®NGL200, R&S®NGM200 y R&S®NGU201 son adecuadas para estas aplicaciones, ya que ofrecen impedancia de salida ajustable.