Cómo diseñar un circuito convertidor de CA a CC en Altium Designer

Un circuito convertidor de CA a CC hace exactamente lo que su nombre implica: toma una entrada de CA (corriente alterna) armónica y la convierte en una salida de CC (corriente continua). Estos circuitos son sencillos desde un alto nivel y cuando funcionan a baja potencia en una placa de pruebas, pero un circuito convertidor real de CA (corriente alterna) a CC (corriente continua) es más complejo que un simple transformador y un circuito rectificador. Encontrar los componentes adecuados para estos circuitos y realizar simulaciones de potencia precisas requiere el software de diseño de PCB adecuado, que incluya potentes herramientas de diseño de circuitos.

Tanto si tienes que diseñar una fuente de alimentación como un regulador, un convertidor u otros sistemas de alimentación, Altium Designer tiene las utilidades de diseño que necesitas. Lo mejor de Altium Designer es su entorno de diseño integrado, donde todo lo necesario para el diseño de PCB está incluido en un único programa. Lee nuestra guía para obtener más información sobre el diseño de circuitos convertidores de CA a CC y otros circuitos de apoyo que necesitas para los sistemas de potencia.

Altium Designer

Un paquete de diseño de PCB unificado que integra funcionalidades de diseño de circuitos con un potente editor de PCB y un paquete de simulación SPICE.

Casi todos los aparatos que se enchufan a una toma de corriente de pared necesitan convertir la CA de la pared en CC que puedan utilizar los circuitos integrados. Esto significa que muchos productos requieren un circuito convertidor de corriente alterna a corriente continua, así como otros circuitos, como un regulador de alimentación, un circuito PFC y circuitos de control para una conversión de potencia de alta eficiencia. Prepararse para el éxito requiere de una estrategia de diseño adecuada, y también de integrar estas distintas partes de un sistema en un producto completo.

Los sistemas de alimentación de grado de producción requieren un diseño seguro y funcional y el diseño también debe verificarse con simulaciones para garantizar que funcione según lo previsto. Cuando utilizas un paquete de diseño de PCB integrado, puedes crear los esquemáticos de tu convertidor de potencia, un diseño de PCB de alta calidad y simulaciones de circuitos en un único programa.

Diseño de un circuito convertidor de CA a CC

Un circuito convertidor de CA a CC se basa en la rectificación, en la que la alimentación de CA de entrada se convierte en una salida de CC inestable con cierta ondulación residual. Los componentes básicos implicados en un circuito convertidor de corriente alterna a corriente continua son:

• Transformador: Este sube o baja la potencia de red a un valor que resulta útil para la carga en el sistema. La relación de giros del transformador determinará la salida de tensión y corriente al puente de diodo y al condensador.
• Rectificador de puente de diodo: Este pequeño circuito toma el valor absoluto de la señal de entrada de CA, que da una señal variable en el tiempo con una sola polaridad. El requisito de diseño es que los diodos del circuito rectificador de puente funcionen por encima de su corriente de avance.
• Condensador: Se utiliza un condensador grande como filtro para estabilizar la señal de CA rectificada y producir una tensión de CC con alguna ondulación sobrante. Un condensador más grande con menor resistencia en serie efectiva es el componente ideal para garantizar una alta capacidad de carga y una velocidad de descarga rápida.

Esta lista de componentes es el mínimo necesario para crear un circuito convertidor de CA a CC, de la que se muestra un ejemplo a continuación. El convertidor de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) que diseñes deberá crearse en un potente editor de esquemáticos con datos de componentes reales y modelos de simulación. Necesitarás el mejor software de diseño para tener éxito.

Crea esquemáticos con componentes reales para tu circuito convertidor de CA a CC

Asegúrate de utilizar las mejores herramientas de diseño de esquemáticos con bibliotecas de componentes integradas y conexiones a la cadena de suministro de PCB para diseñar tu circuito convertidor de CA a CC. El editor de esquemáticos de Altium Designer incluye un potente motor de simulación SPICE muy fácil de usar y que toma los datos eléctricos directamente de los modelos de componentes. Al tener acceso a todo en un solo programa, puedes diseñar un convertidor de potencia de alta calidad y verificar ese diseño de forma rápida y sencilla.

• Altium Designer incluye las funciones de simulación SPICE que necesitas para verificar tu diseño de convertidor de CA a CC y garantizar una conversión de potencia de alta eficiencia.

  Obtén más información sobre cómo ejecutar simulaciones SPICE con electrónica de potencia en Altium Designer.

• Cuando tengas que diseñar circuitos de conversión de potencia de corriente alterna a continua más complejos, utiliza el mejor editor de esquemáticos jerárquicos para mantenerte organizado.

  Más información sobre el diseño de esquemático jerárquico.

• Siempre se utiliza un transformador en la entrada de un convertidor de CA a CC, pero también se emplean con circuitos reguladores de conmutación para construir fuentes de alimentación aisladas.

  Obtén más información sobre fuentes de alimentación aisladas y no aisladas.

Un circuito convertidor de CA a CC básico con un transformador y un rectificador de puente de diodos, creado en Altium Designer.

Garantiza una conversión de alta eficiencia en electrónica de potencia

Toda la electrónica de potencia debe diseñarse para garantizar una alta eficiencia de conversión de potencia, pero esto a menudo requiere algo más que un circuito de puente rectificador de onda completa. Se necesitan componentes y circuitos adicionales para garantizar una conversión de potencia de bajo ruido y alta eficiencia, especialmente al suministrar alimentación a un circuito regulador. La conversión de CA a CC es solo una parte de una estrategia de regulación de potencia y se debe considerar todo el sistema para minimizar las pérdidas y el ruido durante la conversión de potencia.

La estrategia de regulación de potencia más eficiente para la mayoría de los sistemas es mediante el uso de un regulador de conmutación, especialmente al diseñar un circuito convertidor de corriente alterna a corriente continua (CA a CC) para extraer de la alimentación de pared. Algunos circuitos adicionales que se necesitan para la conversión de potencia incluyen:

• Un circuito de corrección del factor de potencia, o circuito PFC, para suavizar la corriente consumida por la etapa del regulador de tensión de salida en tu convertidor de potencia.
• Un filtro de EMI, generalmente un estrangulamiento de modo común, para eliminar la EMI transmitida en los laterales de entrada y salida del sistema.
• Un controlador PWM y un bucle de feedback para ajustar los parámetros del regulador y garantizar una potencia de salida estable al nivel deseado.
• Regulador de alimentación de conmutación con topología estándar que puede proporcionar una corriente de salida de bajo ruido.

Cada uno de estos circuitos adicionales y la sección del circuito convertidor de CA a CC deben capturarse en el diseño de tu PCB. No hay razón por la que deberías utilizar diferentes programas para construir circuitos y crear el diseño de la placa de circuito para tu sistema. En lugar de vincular varios programas de diseño, utiliza Altium Designer, el único programa que incluye todo lo que necesitas para el diseño de electrónica de potencia.

Crea el mejor diseño de PCB para tu sistema de conversión de potencia

Tras capturar los esquemáticos del convertidor de potencia y el regulador de tensión en un diseño de placa de circuitos vacía, puedes empezar a organizar los componentes y las pistas de enrutamiento. Las mejores funciones de diseño de PCB de Altium Designer facilitan estas tareas y estas herramientas están disponibles en el mismo programa que tus utilidades de diseño y simulación de circuitos. Puedes seguir produciendo y diseñar productos electrónicos de la más alta calidad cuando utilizas Altium Designer.

• Un filtro de EMI en la entrada del circuito convertidor de corriente alterna a corriente continua (CA a CC) desempeñará un papel importante en la reducción del ruido en la salida de CC.

  Obtén más información sobre cómo diseñar y simular un filtro de EMI para tu convertidor de potencia.

• Si el convertidor de CA a CC suministra alimentación de CC a un regulador de conmutación, es probable que necesites un circuito PFC para suavizar los picos de corriente en la señal de entrada.

  Obtén más información sobre el diseño y análisis de circuitos PFC. (en inglés)

• Cualquier ruido que se genere o reciba en el circuito regulador puede amplificarse y propagarse a la salida. Asegúrate de que esto no suceda en tu convertidor de potencia.

  Obtén más información sobre cómo analizar el margen de ruido en tu fuente de alimentación. (en inglés)

Diseña tu circuito convertidor de CA a CC, etapa del regulador y diseño de PCB en Altium Designer.

Finaliza el diseño de tu convertidor de CA a CC y obtén los componentes

Después de crear el circuito convertidor de CA a CC y otros circuitos reguladores de alimentación en el diseño de tu PCB, habrá llegado el momento de obtener los componentes y finalizar el proyecto con un conjunto de archivos de fabricación. Tu software de diseño de placas de circuito impreso (PCB) debe incluir un completo conjunto de funcionalidades de fabricación de PCB que te ayuden a prepararte para la fabricación. Altium Designer es la mejor opción para el software de diseño de PCB, ya que incluye estas funcionalidades de fabricación de PCB y otras herramientas de fabricación en un único programa.

Para hacer realidad el diseño de un convertidor de potencia, también hay que tener en cuenta la cadena de suministro y la obtención de componentes para tu diseño. Cuando tienes acceso a los datos de la cadena de suministro de electrónica directamente de los fabricantes de componentes, tienes la seguridad de que tu sistema se producirá a tiempo y dentro del presupuesto. Altium Designer incluye herramientas de abastecimiento que te ayudarán a encontrar los componentes que necesitas e importar datos de abastecimiento directamente a tu lista de materiales.

Finaliza tu diseño de fuente de alimentación con las herramientas de diseño de PCB de Altium Designer

La principal ventaja de Altium Designer sobre otras plataformas de diseño de PCB reside en su interfaz de diseño integrada, donde todo lo que necesitas para el diseño de circuitos de suministro de potencia se incluye en un único programa. Altium Designer es más que un simple software de diseño de circuitos y simulación, es la aplicación de diseño de PCB más potente del sector para el desarrollo de productos. Mientras que otros programas de diseño te obligan a usar aplicaciones independientes para cada tarea de diseño de PCB, Altium Designer te ayuda a seguir produciendo mientras diseñas tecnología de vanguardia.

• Altium Designer es el único diseño basado en reglas que te ayuda a diseñar rápidamente tus circuitos convertidores de potencia y el diseño de tu PCB en una sola aplicación.

  Aquí encontrarás más información sobre el entorno integrado de diseño de Altium Designer.

• Un circuito convertidor de CA a CC es solo una parte de un sistema de alimentación. El diseño de circuitos y las funciones de simulación de Altium Designer te ayudan a diseñar cualquier parte de la electrónica de potencia.

  Ve un ejemplo de proyecto de regulador de voltaje en Altium Designer. (en inglés)

• Altium 365 te concede el poder de compartir y colaborar en proyectos con miembros del equipo, clientes y fabricantes en remoto a través de Altium Designer o en la web.

  Obtén más información sobre cómo compartir los datos de tu proyecto de PCB con Altium 365.

Diseña tu electrónica de potencia, obtén componentes y crea tu diseño de PCB en Altium Designer.

No tendrías que verte obligado a utilizar programas independientes para el diseño de PCB, simulación y circuitos para crear tus convertidores de potencia de CA a CC. Puedes crear circuitos de suministro de potencia con cualquier topología y convertidores de potencia utilizando las mejores herramientas de diseño y disposición de PCB de Altium Designer. Sigue produciendo y crea tecnología de vanguardia con Altium Designer.

Altium Designer, en combinación con Altium 365, ofrece una integración sin precedentes en la industria electrónica que hasta ahora había quedado relegada al mundo del desarrollo de software, lo que permite a los diseñadores trabajar desde casa y alcanzar niveles de eficiencia sin precedentes.

Esto es solo una muestra de todo lo que es posible hacer con Altium Designer en Altium 365. Puedes consultar la página del producto para obtener una descripción más detallada de sus características, así como alguno de los seminarios web a la carta.