{"id":4632,"date":"2024-05-13T01:51:40","date_gmt":"2024-05-13T01:51:40","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hebaiele.com\/?p=4632"},"modified":"2026-01-29T06:43:41","modified_gmt":"2026-01-29T06:43:41","slug":"basics-of-a-switch-mode-psu-circuit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/basics-of-a-switch-mode-psu-circuit\/","title":{"rendered":"Conceptos b\u00e1sicos de una fuente de alimentaci\u00f3n conmutada"},"content":{"rendered":"

Prefacio<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
\"Circuito<\/figure>\n\n\n\n

Los circuitos SMPS (Switch Mode Power Supply) son un elemento esencial en los dispositivos electr\u00f3nicos modernos, se utilizan para convertir la energ\u00eda el\u00e9ctrica de una fuente de alimentaci\u00f3n en la forma m\u00e1s eficiente. A diferencia de las fuentes de alimentaci\u00f3n lineales constantes, los circuitos SMPS controlan la tensi\u00f3n de salida encendiendo y apagando r\u00e1pidamente una serie de transistores de potencia. Estos mecanismos de conmutaci\u00f3n r\u00e1pida confieren a los circuitos SMPS la capacidad de lograr un alto rendimiento, un tama\u00f1o reducido y una baja disipaci\u00f3n de calor, lo que los hace adecuados para muchas aplicaciones, por ejemplo, tel\u00e9fonos m\u00f3viles y equipos industriales.<\/p>\n\n\n\n

Componentes b\u00e1sicos de <\/strong>SMPS<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Las partes principales del circuito SMPS son el rectificador, el condensador de filtro, el transistor de conmutaci\u00f3n, el inductor y el circuito de control. El rectificador transforma la tensi\u00f3n de entrada de CA de la red o de un transformador en CC. El condensador de filtro suaviza las ondulaciones de la tensi\u00f3n. El transistor de conmutaci\u00f3n (MOSFET) es el elemento principal del circuito que controla el flujo de corriente y el inductor almacena y libera energ\u00eda durante el proceso de conmutaci\u00f3n. El circuito chopper, tambi\u00e9n llamado convertidor de alta frecuencia, es un circuito electr\u00f3nico que conecta y desconecta el transistor de conmutaci\u00f3n a varios kHz. El circuito de control regula la frecuencia de conmutaci\u00f3n y el ciclo de trabajo para mantener constante la tensi\u00f3n de salida.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfC\u00f3mo funciona el SMPS?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Los circuitos SMPS funcionan mediante el uso de la conmutaci\u00f3n r\u00e1pida del transistor que se realiza a una alta frecuencia normalmente en el rango de kHz. En el estado encendido, la energ\u00eda se mantiene en el inductor y en el estado apagado, esta energ\u00eda se transfiere a la carga de salida. El ciclo de trabajo de la se\u00f1al de conmutaci\u00f3n puede ajustarse, lo que a su vez permite regular la tensi\u00f3n de salida. Este proceso permite a los circuitos SMPS lograr la conversi\u00f3n de alta eficiencia de la potencia de entrada (PIN) a la tensi\u00f3n de salida deseada con las menores p\u00e9rdidas de potencia y caracter\u00edsticas de corriente posibles.<\/p>\n\n\n\n

Ventajas de utilizar un <\/strong>Interruptor<\/strong> Modo <\/strong>FUENTE DE ALIMENTACI\u00d3N<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Ventaja<\/strong><\/td>Descripci\u00f3n<\/strong><\/td><\/tr>
Alta eficacia<\/td>Los SMPS suelen alcanzar una eficiencia superior a 80%, lo que significa que se consume menos energ\u00eda y los costes de funcionamiento son menores.<\/td><\/tr>
Compacto y ligero<\/td>Los circuitos SMPS son peque\u00f1os y ligeros, lo que los hace ideales para dispositivos port\u00e1tiles.<\/td><\/tr>
Mejor regulaci\u00f3n de la tensi\u00f3n<\/td>Las SMPS garantizan una mejor regulaci\u00f3n de la tensi\u00f3n y pueden funcionar con una amplia gama de tensiones de entrada.<\/td><\/tr>
Adaptable a m\u00faltiples aplicaciones<\/td>Gracias a su capacidad para funcionar con una amplia gama de tensiones de entrada, las SMPS se adaptan a m\u00faltiples aplicaciones.<\/td><\/tr>
Circuitos de control simplificados<\/td>Los m\u00f3dulos integrados permiten a los dise\u00f1adores simplificar los circuitos de control, mejorando el rendimiento de sus SMPS.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Interruptor<\/strong> Modo <\/strong>FUENTE DE ALIMENTACI\u00d3N<\/strong> Circuito<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Proceso de trabajo<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

El proceso de funcionamiento de un circuito SMPS implica varias etapas clave. Se proporcionar\u00e1 un diagrama de circuito detallado que ilustra estas etapas.<\/p>\n\n\n\n

\"Principio<\/figure>\n\n\n\n
    \n
  1. Entrada<\/strong> Filtrado y rectificaci\u00f3n<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
      \n
    • Tensi\u00f3n de red de CA y <\/strong>EMI<\/strong> Filtrado: <\/strong>El primer paso del circuito de la fuente de alimentaci\u00f3n conmutada (SMPS) es la tensi\u00f3n principal de CA (110 V o 230 V CA) que se filtra mediante un filtro de interferencias electromagn\u00e9ticas (EMI). Este filtro consta de inductores (bobinas) y condensadores que eliminan el ruido de alta frecuencia de la red el\u00e9ctrica de CA, evitando as\u00ed que la SMPS devuelva ruido el\u00e9ctrico a la red.<\/li>\n\n\n\n
    • Puente<\/strong>Rectificador<\/strong> y Condensador de Alisado:<\/strong> A continuaci\u00f3n, la tensi\u00f3n alterna filtrada pasa por un puente rectificador, que es una configuraci\u00f3n de cuatro diodos que transforma la tensi\u00f3n alterna en una tensi\u00f3n continua pulsante. Por ejemplo, una entrada de 230 V CA ser\u00e1 de 325 V CC despu\u00e9s de la rectificaci\u00f3n. La funci\u00f3n principal de la gran capacitancia electrol\u00edtica es suministrar una tensi\u00f3n continua estable suavizando la tensi\u00f3n continua pulsante que se utiliza para alimentar la siguiente etapa del circuito SMPS.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
        \n
      1. Conmutaci\u00f3n y aislamiento de transformadores<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
          \n
        • PWM<\/strong> Controlador: <\/strong>El IC controlador PWM, por ejemplo el TL494, genera se\u00f1ales PWM de alta frecuencia, normalmente entre 20 kHz y 100 kHz, que se env\u00edan a la puerta del transistor de conmutaci\u00f3n, normalmente un MOSFET.<\/li>\n\n\n\n
        • Transistor de conmutaci\u00f3n (MOSFET): <\/strong>A continuaci\u00f3n, el MOSFET conmuta la tensi\u00f3n continua rectificada, produciendo impulsos de corriente alterna a alta frecuencia. La frecuencia y la duraci\u00f3n de la conmutaci\u00f3n on\/off se regulan mediante el PWM del controlador, que determina el flujo de potencia a la salida.<\/li>\n\n\n\n
        • Transformador de alta frecuencia:<\/strong> El devanado primario de un transformador de alta frecuencia se alimenta con impulsos de CA de alta frecuencia que realizan dos funciones cruciales: el aislamiento entre el lado de entrada de alta tensi\u00f3n y el lado de salida de baja tensi\u00f3n y la conversi\u00f3n de subida o bajada de tensi\u00f3n para ajustarse al nivel de salida requerido.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
            \n
          1. Salida<\/strong> Rectificaci\u00f3n y filtrado<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
              \n
            • Secundaria<\/strong>Rectificador<\/strong> Diodos:<\/strong> En el secundario del transformador, los diodos rectificadores de alta frecuencia se encargan de convertir los impulsos de CA de alta frecuencia en tensi\u00f3n continua. Estos diodos deben ser capaces de soportar altas tensiones inversas y tener un tiempo de recuperaci\u00f3n r\u00e1pido para funcionar eficazmente a altas frecuencias.<\/li>\n\n\n\n
            • Filtro <\/strong>Inductor<\/strong> y Condensador: <\/strong>Los diodos rectificadores proporcionan la tensi\u00f3n continua, que se suaviza mediante un inductor de filtro y un condensador. Durante el estado activado del MOSFET, el inductor almacena energ\u00eda y la descarga durante el estado desactivado, permitiendo que la corriente fluya continuamente hacia la carga. A continuaci\u00f3n, el condensador de filtro suaviza la tensi\u00f3n continua, dando como resultado una salida estable.<\/li>\n\n\n\n
            • Tensi\u00f3n CC de salida<\/strong>: La tensi\u00f3n de salida final es simplemente el producto de la relaci\u00f3n de vueltas del transformador y el ciclo de trabajo de la se\u00f1al PWM. A modo de ejemplo, si la tensi\u00f3n de salida necesaria es de 12 V CC, el bucle de realimentaci\u00f3n garantizar\u00e1 que esta tensi\u00f3n sea lo m\u00e1s estable posible en diferentes condiciones de carga.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
                \n
              1. Retroalimentaci\u00f3n y regulaci\u00f3n de tensi\u00f3n<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
                  \n
                • Retroalimentaci\u00f3n del optoacoplador: <\/strong>La tensi\u00f3n de salida regulada se proporciona a trav\u00e9s de un bucle de realimentaci\u00f3n optoacoplador, que se utiliza para garantizar la estabilidad y precisi\u00f3n deseadas. La regulaci\u00f3n se realiza mediante el regulador en derivaci\u00f3n TL431, ya que la tensi\u00f3n de salida es muestreada por la red divisora de tensi\u00f3n en el lado de salida y luego comparada con una tensi\u00f3n de referencia. El optoacoplador TL431 en el circuito regula el brillo del LED; si la tensi\u00f3n de salida es demasiado alta, el LED brilla m\u00e1s y la se\u00f1al m\u00e1s fuerte viaja a trav\u00e9s del fototransistor en el lado primario.<\/li>\n\n\n\n
                • PWM<\/strong>Ciclo de trabajo<\/strong> Control: <\/strong>El controlador PWM IC funciona con la retroalimentaci\u00f3n del optoacoplador y determina el ciclo de trabajo de la se\u00f1al de conmutaci\u00f3n seg\u00fan la retroalimentaci\u00f3n y, a su vez, determina la cantidad de energ\u00eda suministrada al lado secundario, manteniendo estable la tensi\u00f3n de salida.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
                    \n
                  1. Circuitos de protecci\u00f3n<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
                      \n
                    • Protecci\u00f3n contra sobrecorriente:<\/strong> La protecci\u00f3n contra sobrecorriente la proporciona una resistencia sensora de corriente que se coloca en serie con el drenaje del MOSFET y, si la corriente supera el l\u00edmite establecido, el controlador PWM apaga el MOSFET para evitar da\u00f1os mayores.<\/li>\n\n\n\n
                    • Protecci\u00f3n contra sobretensi\u00f3n: <\/strong>La protecci\u00f3n contra sobretensi\u00f3n se consigue mediante un bucle de realimentaci\u00f3n, es decir, si la tensi\u00f3n de salida est\u00e1 por encima del nivel deseado, el controlador disminuye el ciclo de trabajo y, a continuaci\u00f3n, la tensi\u00f3n de salida.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                      Resumen del proceso de trabajo<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
                        \n
                      • Etapa de entrada<\/strong>: Tensi\u00f3n de red de CA \u2192 Filtro EMI \u2192 Rectificador de puente \u2192 Condensador de filtro \u2192 Tensi\u00f3n de CC.<\/li>\n\n\n\n
                      • Etapa de conmutaci\u00f3n<\/strong>: Controlador PWM \u2192 MOSFET \u2192 Transformador \u2192 Impulsos de CA de alta frecuencia.<\/li>\n\n\n\n
                      • Etapa de salida<\/strong>: Diodos rectificadores \u2192 Condensadores de filtro \u2192 Tensi\u00f3n de salida de CC.<\/li>\n\n\n\n
                      • Bucle de retroalimentaci\u00f3n<\/strong>: Divisor de tensi\u00f3n \u2192 Regulador TL431 \u2192 Optoacoplador \u2192 Controlador PWM.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                        Consideraciones sobre el dise\u00f1o<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
                        \"psu<\/figure>\n\n\n\n

                        Las consideraciones de dise\u00f1o de las fuentes de alimentaci\u00f3n conmutadas (SMPS) incluyen varios aspectos clave que garantizan su funcionamiento eficaz y estable:<\/p>\n\n\n\n

                          \n
                        • Selecci\u00f3n de topolog\u00eda: <\/strong>El tipo de topolog\u00eda del convertidor (buck, boost, flyback, etc. ) es la elecci\u00f3n m\u00e1s importante en funci\u00f3n de la tensi\u00f3n de salida y las necesidades de potencia. Esto se traduce en un cambio de la complejidad y la eficiencia del circuito.<\/li>\n\n\n\n
                        • Elecci\u00f3n de componentes: <\/strong>La elecci\u00f3n de componentes como MOSFET, diodos, condensadores e inductores es muy crucial. La selecci\u00f3n de estos elementos debe hacerse de forma que soporten la carga prevista y se minimicen las p\u00e9rdidas y las interferencias electromagn\u00e9ticas (EMI).<\/li>\n\n\n\n
                        • Circuitos de control y PWM: <\/strong>Los circuitos de control y los controladores PWM deben utilizarse adecuadamente para garantizar que la regulaci\u00f3n de la tensi\u00f3n y el control de la frecuencia sean precisos. Ambos son cruciales para que la fuente de alimentaci\u00f3n pueda adaptarse a cargas variables.<\/li>\n\n\n\n
                        • Mecanismos de protecci\u00f3n: <\/strong>La protecci\u00f3n t\u00e9rmica, de sobretensi\u00f3n y de sobrecorriente garantiza la seguridad de la SMPS y de los dispositivos conectados frente a posibles da\u00f1os, lo que a su vez mejora la fiabilidad de la fuente de alimentaci\u00f3n.<\/li>\n\n\n\n
                        • Eficiencia y factor de potencia:<\/strong> El factor de potencia y la eficiencia de conversi\u00f3n de la energ\u00eda son los factores cruciales para reducir el derroche energ\u00e9tico y el cumplimiento de la normativa, sobre todo al convertir de la red de CA a una salida de CC estable.<\/li>\n\n\n\n
                        • Gesti\u00f3n del IME:<\/strong> La clave para evitar interferencias de otros dispositivos electr\u00f3nicos y cumplir las normas internacionales es optimizar el dise\u00f1o para minimizar las interferencias electromagn\u00e9ticas (EMI) mediante un dise\u00f1o, blindaje y selecci\u00f3n de componentes adecuados.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                          Problemas comunes y soluciones del dise\u00f1o de SMPS<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

                          Los dise\u00f1os de SMPS suelen enfrentarse a varios problemas comunes. Un problema habitual es una mala regulaci\u00f3n de la tensi\u00f3n, que suele deberse a un bucle de realimentaci\u00f3n inestable o a una selecci\u00f3n inadecuada de los circuitos de control. Esto puede solucionarse utilizando optoacopladores de alta calidad y resistencias de precisi\u00f3n en la red de realimentaci\u00f3n. Adem\u00e1s, las interferencias electromagn\u00e9ticas (EMI) son otro problema causado por la conmutaci\u00f3n de alta frecuencia, por lo que se necesitan t\u00e9cnicas adecuadas de dise\u00f1o de placas de circuito impreso, filtros EMI y blindaje para minimizarlas. Adem\u00e1s, la gesti\u00f3n t\u00e9rmica es muy importante, ya que la conmutaci\u00f3n de alta frecuencia genera calor que puede provocar aver\u00edas. Los disipadores de calor, las almohadillas t\u00e9rmicas y la ventilaci\u00f3n son los medios para resolver este problema. Por \u00faltimo, el fallo de los componentes por sobretensi\u00f3n y sobrecorriente se previene con circuitos de protecci\u00f3n y componentes con los valores nominales adecuados.<\/p>\n\n\n\n

                          Conclusi\u00f3n<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

                          En el futuro, los dise\u00f1os de SMPS se centrar\u00e1n en una mayor eficiencia, compacidad e inclusi\u00f3n de nuevas funciones. La aparici\u00f3n de los semiconductores GaN (nitruro de galio) y SiC (carburo de silicio) es un gran paso adelante, que permite velocidades de conmutaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidas y una menor generaci\u00f3n de calor. Esto da pie a la producci\u00f3n de fuentes de alimentaci\u00f3n peque\u00f1as y muy eficientes con bajas interferencias electromagn\u00e9ticas (EMI).<\/p>\n\n\n\n

                          Preguntas frecuentes<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

                          \u00bfQu\u00e9 papel desempe\u00f1a el convertidor Boost en el dise\u00f1o de SMPS?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

                          En los SMPS, el convertidor elevador se utiliza para aumentar la tensi\u00f3n de entrada de CC hasta una tensi\u00f3n de salida superior almacenando energ\u00eda en el campo magn\u00e9tico del inductor cuando est\u00e1 encendido y liber\u00e1ndola a la salida cuando est\u00e1 apagado. Este circuito es ideal para aplicaciones que requieren una mayor tensi\u00f3n de salida para poder alimentar dispositivos anal\u00f3gicos e inversores.<\/p>\n\n\n\n

                          \u00bfC\u00f3mo funciona un convertidor Buck en un circuito SMPS y cu\u00e1les son sus ventajas?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

                          El convertidor Buck del circuito SMPS se encarga de regular la tensi\u00f3n de entrada de CC a una tensi\u00f3n m\u00e1s baja encendiendo y apagando repetidamente el MOSFET, creando una onda cuadrada que carga el inductor y el condensador de salida. El regulador garantiza una tensi\u00f3n estable con un alto rendimiento. Es un elemento muy \u00fatil en electr\u00f3nica de potencia por su sencillez y sus caracter\u00edsticas de corriente estable.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

                          Prefacio Los circuitos SMPS (Switch Mode Power Supply) son un elemento esencial en los dispositivos electr\u00f3nicos modernos, se utilizan para convertir la energ\u00eda el\u00e9ctrica de una fuente de alimentaci\u00f3n en la forma m\u00e1s eficiente. A diferencia de las fuentes de alimentaci\u00f3n lineales constantes, los circuitos SMPS controlan la tensi\u00f3n de salida mediante la conmutaci\u00f3n r\u00e1pida de una serie de transistores de potencia en [...]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":4575,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_seopress_robots_primary_cat":"301","_seopress_titles_title":"Demystifying the Switch Mode PSU Circuit %%sep%% HEBAI","_seopress_titles_desc":"Unravel the mysteries of switch mode PSU circuits with our informative content. Get insights and tips on mastering this circuit design.","_seopress_robots_index":"","footnotes":""},"categories":[301],"tags":[],"class_list":["post-4632","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-switching-power-supplies"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4632","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4632"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4632\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":4786,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4632\/revisions\/4786"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/4575"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4632"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=4632"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hebaiele.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=4632"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}