8. Analisis y detección de averias en las fuentes

A continuación se va a describir algunas puntos para el diagnostico y reparación de fuentes de alimentación.
Fases de localización de averías:
Fase 1.- Observaciones visual del equipo: existen averias mediante una profunda observación, puede localizarse visualmente el elemento dañado, al obervar un ennegrecimiento, un condensador electrolítico, un fusible interno , un cable desconectado, un conector mal enchufado, bornas y conexiones mohosas que evitan una buena conexión con los demás elementos, soldaduras defectuosas, oxidación de componentes, etc.
Fase 2.- Con el tester en la escala de voltios alterna, comprobar las tensiones de entrada de red 230VAC que le llega al equipo, transformador de entrada y salida.
Fase 3.- Con el tester en la escala de voltios en continua, comprobar las tensiones de salida de la fuente de alimentación.
Fase 4.- Sustituir el componente defectuoso con las mismas caracteristicas que el averiado.

Fuentes de alimentacion

6. Conversión de corriente alterna en continua

Vamos a explicar a continuación con más detalle cada uno de los bloques funcionales de que consta una fuente de alimentación lineal.

Fijandonos en la figura el primer elemento de que consta una fuente de alimentación lineal es de un transformador que adapta la tensión de red al valor que vaya a necesitarse en continua. Tal transformador suele ser reductor (secundario de menor tensión que el primario) en la mayoría de los equipos con semiconductores, y elevador en los equipos de válvula. Otras veces se utiliza el transformador como aislador, más que como “cambiador” de tensión.

Con la tensión alterna ya en el valor adecuado, se procede a convertirla en continua, proceso que lleva a cabo el rectificador. Como rectificadores se emplean siempre diodos, bien del tipo semiconductor o de vacio; en algunas ocasiones, también pueden utilizarse tiristores.

Hay tres tipos básicos de rectificadores. El llamado de media onda elimina los semiciclos positivos (o los negativos) de la tensión alterna, consiguiendo que la corriente circule siempre en el mismo sentido. Un rectificador de onda completa aprovecha ambos semiciclos, invirtiendo el sentido de los negativos (o los positivos). El secundario del transformador para este último tipo de rectificador debe llevar dos arrollamientos, o uno con toma central, ver la figura siguiente.

Finalmente, el rectificador en puente utiliza cuatro diodos, aprovechando también tanto los semiciclos positivos como los negativos de la tensión alterna; en contrapartida a la necesidad de emplear cuatro diodos, el transformador que se precisa es de secundario simple.

Para rectificar una tensión debemos tener muy claro el tipo de fuente que vamos a necesitar, en contadas ocasiones optaremos por una rectificación de media onda, un caso particular es el de un cargador de baterías sencillo y económico, en todos los demás casos, es muy conveniente disponer de un rectificador de onda completa, para minimizar el rizado.

Después tenemos el filtrado y es que la tensión (o corriente) obtenida del conjunto de un transformador y un rectificador es continua pulsatoria(tiene el mismo sentido o polaridad) pero no constante, puesto que varía de acuerdo a como lo hace la de red (variación senoidal). Para eliminar en lo posible tal variación se utilizan los filtros.

El filtro más sencillo está constituido por un condensador de elevada capacidad en paralelo con el circuito a alimentar. Cuando la tensión proporcionada por el rectificador aumenta, el condensador se carga y almacena energía. Cuando la tensión del rectificador tiende a bajar, siguiendo la forma senoidal, el condensador entrega parte de la energía en él almacenada, haciendo que la disminución de la tensión sobre la carga sea menos brusca.

Por último la estabilización consigue proporcionar estabilidad de la tensión y corriente de salida para que no se produzcan variaciones que puedan dañar el equipo electrónico.

El elemento de referencia que se suele utilizar para la estabilización es el diodo Zener, encargado de mantener en sus extremos la tensión de Zener de la que está fabricado.

9. Actividades a desarrollar

Las actividades prácticas consistiran en el montaje de 3 fuentes de alimentación lineales de media onda, onda completa y estabilizadas con reguladores fijos.

Hay que seguir el proceso de montaje, verificación y comprobación segun la documentación aportada.

Actividad de investigación:

a.- Elaborar una memoria descriptiva con sus esquema eléctricos de las distintas configuraciones que existen de los estabilizadores con reguladores fijos de 3 terminales para obtener mayor corriente de salida y protección contra sobrecarga.

b.- Elaborar una memoria descriptiva con sus esquemas eléctricos de una fuente de alimentación lineal en serie con su elemento de referencia (diodo Zener).

5. Proceso de rectificación, filtrado y estabilización

Paso 1. El transformado adapta la tensión alterna de entrada de red de 230 VAC a valores reducidos, también en alterna, de la que necesita nuestro circuito.

Paso 2. La tensión alterna obtenida en la salida del transformador se rectifica mediante el puente rectificador de onda completa y la tensión pulsante obtenida se elimina mediante el filtro a condensador, quedando la tensión de salida en continua con polaridad positiva y negativa.

De una tensión alterna de 50 Hz al pasar por un rectificador de onda completa la frecuencia es el doble, 100Hz y, solamente deja pasar uno de los semiciclos, en este caso el positivo.

Paso 3. Una vez que se ha rectificado y filtrado se obtiene la tensión continua , esta tensión puede variar conforme varie la tensión de entrada de red, para ello se recurre a la estabilización , tensión constante sin producirse variaciones que pueda dañar nuestro circuito.

4. Componentes de la fuente. Reguladores Fijos

El circuito integrado de tres terminales ó reguladores fijos se utilizan especialmente para la estabilización.

Mediante estos reguladores fijos de tensión integrados en una cápsula monolítica, resulta sumamente fácil. Concretamente para 1A (amperio) de salida, en el comercio con encapsulado TO-220, se dispone de los más populares en las siguientes tensiones estándar de salida:

Tipo 1A positivo Tensión/Salida:UA7805-5V, UA7806-6V, UA7808-8V, UA7809-9V,UA7812-12V, UA7915-15V,UA7818-18V,UA7824-24V,UA7830-30V,UA79XX-Versión negativo.

Todos estos reguladores tienen en común que son fijos y que proporcionan adecuadamente refrigerados una corriente máxima de 1A.

Si necesitamos de una corriente de salida superiores a 1A, como ya se ha dicho, pueden utilizarse los reguladores de la serie 78HXX, LM3XX, en cápsula TO-3, capaces de suministrar 5A, no muy habituales. Otro problema reside en que sólo se disponen de 5V, 12V y 15V, que en la mayoría de los casos puede ser suficiente.

En el supuesto de necesitar una tensión regulable (ajustable) desde 1'7V a 24V. El regulador a utilizar podría ser uno de la serie LM317, LM350 o LM338, la diferencia con los anteriores es que el terminal común, en lugar de estar conectado a masa, es del tipo flotante y por lo tanto esto permite ajustarle en tensión. Estos con los encapsulados típicos, TO-220 o TO-3.

3. Componentes de la fuente. El Condensador.

El Condensador del tipo electrolítico o de filtro es otro de los componentes principales que se utilizan en la fuente de alimentación lineales. Hay que tener en cuenta algunos factores, uno de ellos es la corriente que se le va pedir, ya que éste es, el factor más importante después de la tensión. Para determinar el valor del condensador electrolítico que se ha de aplicar a la salida del puente rectificador en doble onda, para alisar la corriente continua; la regla empírica que se suele aplicar, suele estar sobre los 2.000 uF por Amperio de salida y la tensión del doble del valor superior estándar al requerido, o sea, según esto, para una fuente de 1'5 A a 15 V, el condensador electrolítico debe ser al menos de 3.000 uF/35V.

Como se ha mencionado la tensión del condensador, se debe sobre dimensionar, ésta debe ser al menos diez unidades mayor que la tensión que se recoja en el secundario del transformador o la más aproximada a ésta por encima (estándar en los condensadores). Este es el margen de seguridad exigible, ya que en muchas ocasiones los valores de tensión a los que se exponen no sólo depende de la tensión nominal, también hay tensiones parásitas que pueden perforar el dieléctrico, en caso de ser muy ajustada la tensión de trabajo y máxime si estamos tratando con una fuente balanceada, este es otro caso.

2. Componentes de la fuente. El diodo

El diodo es un componente electrónico que se suele utilizar en las fuentes de alimentación para la rectificación de la tensión alterna en continua.

El puente rectificador es otro de los elementos necesarios en una fuente de alimentación lineal.Está constituido internamente de cuatro diodos semiconductores. Los diodos encargados de esta función han de poder disipar la potencia máxima exigible además de un margen de seguridad. También están los puentes rectificadores que suelen tener parte de la cápsula en metálico para su adecuada refrigeración.

En algunos casos los rectificadores están provistos de un disipador de calor adecuado a la potencia de trabajo, de todas formas, se debe tener en cuenta este factor. La tensión nominal del rectificador debe tener así mismo un margen para no verse afectado por los picos habituales de la tensión de red, en resumidas cuentas y sin entrar en detalles de cálculos, para una tensión de secundario simple de 40V, debemos usar un diodo de 80V como mínimo, en el caso de tener un secundario doble de 40V de tensión cada uno, la tensión del rectificador debe ser de 200V y la potencia es algo más simple de calcular, ya que se reduce a la tensión por la intensidad y aplicaremos un margen de 10 a 30 Watios por encima de lo calculado, como margen. En algún caso debe vigilarse la tensión de recubrimiento, pero eso es en caso muy concretos.

1. Componentes de la fuente. El Transformador

El transformador para una Fuente de Alimentación Lineal debe ser, un transformador separador, esto quiere decir, que ha de disponer por seguridad, de dos devanados separados galvánicamente (eléctricamente), no es conveniente utilizar los llamados auto-transformadores los cuales como se sabe están construidos por una única bobina o devanado, el cual está provisto de diferentes tomas para obtener varias tensiones de salida, la verdad es que este tipo de 'autotransformador' actualmente no se ve muy a menudo.
Dependiendo de la aplicación a la que se destine la fuente de alimentación lineal, deben tenerse en cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir las características del transformador. La tensión en vacío del secundario debe multiplicarse por la raíz cuadrada de dos (√ 1'42). En cuanto a la intensidad haremos hincapié en la corriente que se le exigirá a la salida, es decir, si necesitamos 3A de consumo y el factor de tiempo, esto quiere decir, si el consumo va a ser continuado o tan solo es un consumo máximo esporádico, como punto medio, es buena idea aplicar el mismo criterio del factor raíz cuadrada de dos, lo que indica una intensidad sobre 4A.
Hay dos tipos de transformador, los de armadura F o E-I y los toroidales O, estos últimos tienen un mejor rendimiento, no obstante esto no es determinante, por otra parte, es importante que los devanados estén separados físicamente y deben ser de hilo de cobre, no de aluminio, lo que reduciría el rendimiento.

http://www.myelectronic.com.es/componentes.html

Transformador Toroidal 

Transformador tipo E-I convencional.

Introducción y orientación para el estudio

Esta nueva unidad que vamos a estudiar a continuación está relacionado con las Fuentes de Alimentación Lineales y pretende sentar las bases de los conocimientos sobre estos modelos de fuentes de alimentación, pues como bien se conoce existen las fuentes de alimentación lineales y las conmutadas, ésta última la estudiaremos en la Unidad 10.
Todos los equipos electrónicos en el mercado tienen la necesidad de ser alimentados de una fuente de alimentación para su correcto funcionamiento, estás fuentes de alimentación pueden ser de diversas potencias, tensión y corriente y siempre están acorde con la necesidad del equipo electrónico: equipos de comunicaciones, procesos de datos, instrumentación, electrónica de consumo, ordenadores, etc.

Para ello, y como comienzo de la unidad, estudiaremos los conceptos y conocimientos de los componentes que se utilizan en estas fuentes, como el Transformador, el diodo rectificador, el diodo Zener, los condensadores de filtro, transistores, y los circuitos integrados reguladores fijos y variables de la serie 78XX/79XX. Esta parte es fundamental para poder avanzar y entender todos los contenidos relacionados con esta unidad.
Estas fuentes de alimentación lineales estan constituidas de elementos de estabilización, que puede construirse de dos modos genéricos, paralelo o serie. En esta unidad nos ocuparemos de fuentes de alimentación serie puesto que son las que más se utilizan. Para empezar se revisarán los puntos más importantes a tener en cuenta para construir una fuente de alimentación estabilizada, con unas características adecuadas para alimentar un circuito electrónico con especificaciones digitales ó analógicas.
Veremos también las fuentes de alimentación estabilizadas mediante reguladores integrados monolíticos (reguladores fijos), resulta sumamente fácil.
Los objetivos específicos de esta unidad es:
1. Conocer e identificar los distintos componentes y simbología de las fuentes de alimentación lineales.
2. Comprender y definir cada una de las partes de que consta la Fuente de Alimentación Lineal.
3. Montar una Fuente de Alimentación Lineal a partir de los datos de tensión y corriente del circuito de carga.
4. Analizar y detectar posibles fallos de averías y mal funcionamiento del equipo electrónico debido a la fuente de alimentación.
Se seguirá las distintas unidades ordenadamente, comenzando a partir de la unidad 1, 2, 3... y así sucesivamente.
Las actividades prácticas consistirán en el montaje de fuentes de alimentación en series y estabilizadas, con distintos valores de tensión y corriente.
Las actividades de investigación son opcionales y consistirán en ampliar conocimientos, mediante la red de internet, sobre determinados componentes, configuración, utilización y esquemas eléctricos.

http://www.myelectronic.hostfree.pw/fuentes.html

7. Reguladores de tensión

La función del regulador de la fuente de alimentación es mantener la tensión de salida casi constante, independientemente de las variaciones que se produzcan tanto en la corriente de carga como en la entrada no regulada. Éstos dos importantes parámetros se denominan regulación de carga y regulación de línea ( al último se le llama a veces factor de estabilidad). Normalmente, cualquier cambio en la tensión de salida debido a estos parámetros tendría que ser de valor inferior a algunos milivoltios. Por ejemplo, un regulador de 5V, 2 A con una regulación de carga del 0,1% debería experimentar una variación en la tensión de salida de sólo 5 mV para un cambio en la demanda de potencia desde cero a una corriente máxima de 2A.

Es cierto que en muchas aplicaciones la disponibilidad de circuitos integrados reguladores de tres terminales, como son las series 78/79 y las 317K/338K, han hecho del diseño del regulador una tarea muy sencilla. Sin embargo, estos circuitos reguladores sólo se pueden usar en las fuentes de alimentación más comunes como es, por ejemplo, el caso de un regulador de 5V en la propia placa para alimentar lógica TTL con 0,5A de corriente de carga. Otras muchas aplicaciones precisan un enfoque de diseño distinto. Además, es esencial un conocimiento suficiente de los principios y del funcionamiento de los reguladores si se quiere extraer un óptimo rendimiento de un regulador CI.
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