Una fuente de alimentación de corriente continua es un elemento importante para la elaboración de proyectos electrónicos y otras aplicaciones de similar índole, por ello este Blog trata acerca del diseño, elaboración y medición de los parámetros básicos de la mencionada fuente.
Existe una variedad de fuentes de alimentación. Una clasificación puede considerar los siguientes tipos:
+-12 Volts y 2 Amperios de corriente. Seleccioné esta fuente porque puede alimentar a dispositivos como los amplificadores operacionales (Op-Amp) que son necesarios para el diseño de algunos circuitos importantes como los filtros analógicos, entre otros.
Existe una variedad de fuentes de alimentación. Una clasificación puede considerar los siguientes tipos:
- Fuentes Fijas
- Fuentes Variables
- Fuentes Simétricas
- Fuentes Simétricas y Variables
- Fuentes conmutadas (Switching)
A continuación describo el proceso de diseño, implementación y pruebas de funcionamiento de la respectiva fuente.
Diagrama de bloques:
Este es el diagrama de una fuente de alimentación típica. El bloque de transformación esta compuesto por el transformador. La relación entre el número de vueltas de la bobina primaria y la secundaria en el núcleo del transformador determina la potencia de salida de la etapa de transformación. Para este caso particular:
Este es el diagrama de una fuente de alimentación típica. El bloque de transformación esta compuesto por el transformador. La relación entre el número de vueltas de la bobina primaria y la secundaria en el núcleo del transformador determina la potencia de salida de la etapa de transformación. Para este caso particular:
np/ns = Vp/Vs = 220V / 24V = 9.2
Como la salida de la fuente es de +12V y -12V, entonces el transformador tiene que tener salidas de 12V, 0V y -12V.
El principio de funcionamiento del transformador esta dado por la ley de inducción magnética de Ampere - Maxwell.
El puente de diodos rectifica la corriente en forma de onda completa.
Finalmente, la etapa de regulación y filtrado proporciona un nivel constante de voltaje filtrando los rizados y componentes armónicos.
Circuito esquemático:
La entrada del transformador va hacia una toma de 220V, la salida del mismo va a la etapa de rectificación, que en este caso particular, esta dado por un puente de diodos de 4A.
Si la salida de corriente del transformador es 2A, la fuente se diseña con un puente de diodos de mayor amperaje por un criterio de protección. Las salidas del transformador son:
La salida superior de la etapa de rectificación es positiva mientras que la salida inferior es negativa. (El negativo de una función senoidal es la misma desfasada 180°). Ambas salidas son rectificadas en onda completa.
Luego viene la etapa de filtrado que esta dado por los capacitores electrolíticos C1 a C6.
La etapa de regulación esta dada por los circuitos integrados 7812 para la parte positiva y 7912 para la parte negativa. Para regular otros voltajes, se puede usar otros reguladores de la misma familia, por ejemplo: 78xx para los voltajes positivos y 79xx para los voltajes negativos.
Los integrados 78xx y 79xx proporcionan 1A de corriente (si se presentan en el encapsulado TO-220). Para que la fuente otorgue más corriente, se usan los transistores de potencia re- alimentados Q1 y Q2. Existen 2 versiones de los mismos:
- Encapsulado plástico (TO-218)
- Encapsulado metálico (TO-3)
Para ambos encapsulados se recomienda la anexión a un disipador.
Finalmente, las resistencias R2 y R4 son de cemento y están a 5W.
Diseño del circuito impreso
El diseño esta realizado en el software Proteus. Si desean realizar este diseño, pueden descargar el archivo completo en formato PDF del siguiente enlace.
Así mismo, el diseño esta pensado para realizarlo a través del método de serigrafía, pero lo pueden hacer por el método de su elección.
Aquí está el diseño del PCB en baquelita.
Ensamblado de la fuente
Los componentes básicos para el ensamblado de la fuente son:
- El circuito impreso con los componentes soldados.
- La caja o soporte para el circuito impreso y el transformador
- Accesorios y dispositivos adicionales. (cables, enchufe, fusible, conectores, etc.)
No existe un modo imperante para el armado de la fuente. Particularmente presento la forma de armado de esta fuente:
Pruebas de funcionamiento
Para las pruebas de funcionamiento necesitamos dos multímetros, (uno para medir voltaje y otro en simultaneo para medir corriente) y una carga (que en este caso será una resistencia de nicrom). La carga simula el circuito que alimentemos con dicha fuente.
Realizamos la siguiente conexión:
De igual modo para el voltaje negativo.
El medidor de voltaje esta conectado en paralelo a la carga y el medidor de corriente, en serie a la misma.
Luego vamos disminuyendo gradualmente la resistencia de Nicrom hasta llegar a un punto donde el voltaje mínimo permitido sea 12V y nos fijamos el medidor de corriente. El valor que nos de será la corriente nominal de la fuente. No significa que sea la corriente máxima. Esta se mide disminuyendo la resistencia de Nicrom al mínimo valor posible y midiendo la corriente en ese punto.
Aquí dejo unas fotos de la medición.
Si desean incrementar la capacidad de corriente de la fuente, simplemente remplacen el transformador por otro de mayor potencia (tal como esta diseñado, el circuito soporta un transformador de hasta 4A) y agreguen más etapas de transistores Q1 y Q2. (Ver el circuito esquemático).
Aquí dejo unas fotos de la medición.
Si desean incrementar la capacidad de corriente de la fuente, simplemente remplacen el transformador por otro de mayor potencia (tal como esta diseñado, el circuito soporta un transformador de hasta 4A) y agreguen más etapas de transistores Q1 y Q2. (Ver el circuito esquemático).
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