Este tutorial explica el proceso de conversión de CA a CC y por qué es necesario. La electricidad que llega a nuestro hogar es principalmente AC (Corriente Alternativa). Los diferentes países tienen diferentes estándares para las líneas de CA domésticas que van desde 100 V a 220 V. Aun así, la mayoría de los electrodomésticos funcionan con CC (corriente continua), aunque dispositivos como motores y bombillas incandescentes funcionan con CA. Por lo tanto, la electricidad que recibimos en casa es CA, siendo necesario contar con un convertidor CA-CC para hacer funcionar los dispositivos CC.
Topologías de conversión AC-DC: aislamiento
Fuente de alimentación no aislada
En este convertidor, una de las principales líneas de CA es común en la entrada y la salida. Es por eso que no proporcionan aislamiento entre 220 VCA y la salida. Las ventajas de las fuentes de alimentación no aisladas incluyen simplicidad de diseño, necesidad de menos componentes, menor costo y tamaño pequeño. La desventaja es el mayor riesgo de descarga eléctrica.
Fuente de alimentación aislada
Este tipo de convertidores utilizan un transformador para convertir CA a CC. El transformador proporciona aislamiento o protección entre las líneas de CA de alto voltaje y la salida en caso de cortocircuito. Aunque son más seguras de usar, tienen un costo mayor debido al transformador, los circuitos tienden a ser más complejos y de mayor tamaño que las fuentes de alimentación no aisladas.
Frecuencia de conmutación – t sistema transformador
Este es el método básico para convertir CA a CC. En la entrada, un transformador reductor transforma los 220 V CA en un voltaje CA más bajo (como 24 V) y, a través de filtros y circuitos integrados, se obtiene una CC regulada. Este método tiende a ser menos complejo y genera menos ruido, pero también es más grande y menos eficiente debido a pérdidas de calor adicionales. A continuación se muestra el proceso paso a paso de este enfoque.
Figura 1: Conversión de CA a CC mediante filtro y transformador
Para obtener información más detallada sobre este enfoque, consulte experimentos anteriores con fuentes de alimentación.
Topología de conmutación
La idea básica detrás de esta topología es reducir el tamaño del circuito aumentando la frecuencia de conmutación. Por lo tanto, esta topología no utiliza un transformador de 50 Hz en el lado de entrada, lo que reduce el tamaño total del circuito así como el costo. Básicamente, el alto voltaje de CA (a 50 Hz) se convierte en una señal de CC mediante rectificación y filtrado. Luego, el circuito de conmutación corta la CC en un pulso de CA de encendido y apagado de alta frecuencia (en KHz); Luego, la CC se reconvierte en CC de bajo nivel mediante rectificación y filtrado. Las ventajas de esta topología incluyen tamaño pequeño, buena eficiencia y menor disipación de calor; sin embargo, su diseño es complejo y produce elevadas pérdidas de conmutación.
Figura 2: Representación del principio de topología de conmutación
La topología de conmutación se implementa nuevamente de dos maneras:
- No aislado : en este método, no utilizaremos ningún transformador en el circuito, lo que crea una línea de CA común tanto para la entrada como para la salida. Estas fuentes utilizan solo un circuito integrado de conmutación con algunos componentes pasivos y activos, lo que las hace menos costosas. Estos sistemas se pueden utilizar en iluminación LED, adaptadores, etc., donde no exista peligro para la vida humana.
- Aislado : en este tipo de fuentes de alimentación, el circuito utiliza un transformador de alta frecuencia y el transformador proporciona aislamiento galvánico al circuito. En este aislamiento, la señal puede pasar a través del transformador, pero la corriente alterna y el alto voltaje quedan bloqueados. Se implementa principalmente en equipos médicos y dispositivos domésticos.
Principales tipos de fuente de alimentación no aislada.
Fig. 3: Varios tipos de fuente de alimentación no aislada
Para la conversión AC-DC o DC-DC, estas son algunas fuentes de alimentación de uso común. Ya hemos diseñado la fuente de alimentación del convertidor DC-DC. Para obtener más detalles sobre esto, consulte el tutorial sobre fuentes de alimentación SMPS.
Ahora, diseñaremos una fuente de alimentación de convertidor AC-DC no aislada en esta serie de experimentos.
Principales tipos de fuente de alimentación aislada.
Fig. 4: Varios tipos de fuente de alimentación aislada
Estas fuentes utilizan transformadores de alta frecuencia. Algunos convertidores también utilizan transformadores como elementos de almacenamiento de energía. Un ejemplo de este tipo de convertidor es el convertidor flyback, en el que el transformador está especialmente diseñado para almacenar energía.
