Cómo seleccionar los componentes de la fuente de alimentación que necesitas

A lo largo de los años, he abierto una buena cantidad de fuentes de alimentación y siempre me impresionó la cantidad de componentes que se podían empaquetar en una pequeña unidad de fuente de alimentación de banco. Estas cosas solo estaban reduciendo y rectificando de AC a DC, ¿verdad? Desafortunadamente, como la mayoría de los sistemas electrónicos, no es tan simple, especialmente cuando se considera la forma en que operan los componentes reales de la fuente de alimentación.

Ya sea que necesites diseñar una unidad de baja potencia o un sistema de alta potencia con múltiples etapas de regulación, necesitarás una gama de componentes de fuente de alimentación para la conversión, filtrado, regulación y control. Hemos compilado una breve lista de algunos componentes que necesitarás en tu sistema de alimentación, así como las especificaciones importantes a tener en cuenta al seleccionar componentes.

Componentes Importantes de la Fuente de Alimentación

Todos los componentes en una fuente de alimentación son importantes, pero es más importante agrupar los componentes por tarea dentro de un sistema de regulación de potencia. Si estás trabajando a baja potencia y solo necesitas un regulador IC, entonces hay un blog para eso. Echa un vistazo a este artículo para ver cómo seleccionar un regulador de voltaje.

De lo contrario, tu trabajo es seleccionar los componentes adecuados que se ubicarán en cada etapa del sistema de tal manera que pueda operar sin fallas térmicas o eléctricas. Algunos componentes son universalmente necesarios (por ejemplo, pasivos y MOSFETs de potencia) a través de múltiples etapas de un sistema de potencia, así que intentaremos ayudar a los diseñadores de sistemas de potencia más nuevos informándoles sobre estos puntos. Veamos en orden desde la entrada hasta la salida de un sistema de suministro y acondicionamiento de potencia más grande y algunos de los componentes necesarios en cada etapa.

Entrada: Rectificación y Filtrado

En la entrada, necesitarás algo de filtrado para eliminar el ruido de modo común que se propaga hasta la salida. Si planeas ejecutar un sistema de CC con una fuente de alimentación de CA (por ejemplo, de un generador) o de la red eléctrica de CA, necesitarás rectificación si estás alimentando un sistema de CC. Los ICs de puente rectificador están disponibles para potencias medias (alta tensión/baja corriente). Los sistemas de muy alta corriente no pueden funcionar a través de un IC, por lo que se necesitará una gama de componentes personalizados.

Para diodos rectificadores e ICs, observa la tensión/corriente directa y la tensión de ruptura inversa. Quieres asegurarte de que la potencia de entrada polarice suficientemente hacia adelante los diodos en el puente pero no cause ruptura en polarización inversa. Para los filtros, debes mirar la relación de reducción de ruido de modo común (CMRR) y la resistencia de CC de los cables. Quieres asegurarte de que la caída de IR sea lo más baja posible mientras mantienes el CMRR suficientemente alto.

• ICs de puente rectificador de alta tensión

• Inductores de ferrita para filtrado EMI

Acondicionamiento: Corrección del Factor de Potencia y Etapas de Regulación

Para sistemas de baja potencia, incluso si toman energía de la red, querrás usar un circuito integrado de corrección del factor de potencia (PFC). Esto es requerido bajo las normas IEC y ayudará a mantener alta la eficiencia de tus etapas reguladoras descendentes. Los sistemas de alta potencia tienen los mismos requisitos, por lo que también necesitan una etapa PFC, posiblemente con rectificación para la conversión de AC a DC. La primera etapa de regulación para un sistema de potencia AC-DC aparece después del circuito PFC y proporciona la primera etapa de conversión de alta potencia al voltaje de salida deseado. En los sistemas AC-DC, la 1ª etapa reguladora convierte efectivamente el rizado residual de la rectificación y lo cambia por ruido de alta frecuencia en una salida de DC estable. Las etapas de regulación descendentes luego aumentarán o disminuirán la potencia según sea necesario para proporcionar el voltaje o corriente necesarios a diferentes subsistemas. Los valores de voltaje y corriente de entrada/salida son importantes aquí, pero también lo es la eficiencia. 

• Circuitos integrados de corrección del factor de potencia

• Circuitos integrados reguladores de voltaje’

• MOSFETs de potencia

Ejemplo de aplicación del circuito PFC Renesas ISL6731BFBZ-T. Circuitos similares pueden ser construidos a partir de componentes discretos para sistemas de alta potencia. Tomado del datasheet ISL6731BFBZ-T.

Retroalimentación y Control

Este es el punto donde el diseño de la fuente de alimentación se vuelve muy interesante. El brazo de retroalimentación del sistema es un área donde la potencia necesita ser devuelta a una etapa anterior en el regulador o una unidad de detección para controlar la conversión. Se trata de asegurar que el sistema siempre produzca una potencia estable mientras el voltaje de suministro esté por encima de algún mínimo. Construir un bucle de retroalimentación y control requiere aislamiento así como un controlador personalizado para ajustar la salida de cualquiera de las etapas reguladoras.

Hay una variedad de diferentes especificaciones a considerar al seleccionar estos componentes. Para componentes en un bucle de retroalimentación, donde la salida necesita ser detectada y utilizada para proporcionar control de precisión, las especificaciones de voltaje/corriente de entrada son probablemente las más importantes. Para circuitos de control/conductor PWM, necesitarás coincidir la frecuencia PWM con el valor ideal para la sección reguladora. Las calificaciones de protección ESD también son importantes aquí ya que necesitas asegurar que el sistema no fallará en el evento de una descarga peligrosa en el bucle de control.

• Optoacopladores de alto voltaje para aislamiento

• Amplificadores y controladores de detección de corriente

• MCU o FPGA pequeño para programar un algoritmo de control

• Unidades de control personalizadas para topologías de suministro de energía particulares

El UCC24612 de Texas Instruments utilizado en la rectificación sincrónica de bajo lado. Del datasheet de UCC24612.

Otros componentes de suministro de energía

Otros componentes que podrías necesitar en un suministro de energía incluyen una gama de pasivos, que aparecen de alguna manera en todas las secciones anteriores. Si estás diseñando un convertidor/regulador de energía personalizado para un regulador de alta potencia, probablemente terminarás usando docenas de capacitores. En un proyecto reciente para un vehículo no tripulado, utilizamos más de 100 capacitores solo en la sección de regulación de energía para asegurar una potencia de salida estable.

• Diodos TVS u otros componentes de protección contra sobrevoltaje

• Inductores para usar en circuitos PFC y etapas reguladoras

• Capacitores para usar en todo tu sistema

• Diodos y otros semiconductores

Cuando necesites seleccionar componentes para el suministro de energía, necesitas usar un motor de búsqueda con funciones avanzadas de búsqueda y filtrado. Octopart te ofrece una solución completa para la adquisición de electrónicos y la gestión de la cadena de suministro, y tendrás acceso a una gama de componentes para diferentes aplicaciones. Echa un vistazo a nuestra página de circuitos integrados de gestión de energía para encontrar algunos componentes especializados que necesitarás para tu próximo regulador de energía.

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