Fuentes Conmutadas 3e116o

GUIA 02 4T FUENTES CONMUTADAS

Sanchez Palomino

BOGOTÁ D.C. 2018

FUENTES CONMUTADAS

3.1 Actividades de Reflexión inicial. Situación Problemática A una mesa de ayuda han llegado tres solicitudes para la reparación de tres equipos de cómputo: 1. El primero es una U que ocasionalmente prende y después de un tiempo se apaga. RTA: Si no enciende el U, lo primero que se debemos hacer es revisar electricidad en la toma de corriente. No necesitamos específicamente un tester o un Multímetro para determinar si hay electricidad. Solo desconectamos el cable de corriente del U de toma y conectamos una lámpara un radio o algún otro aparato eléctrico. Además, puede ser que se presente un corto en el mosfet, también puede existir una falla con el puente de diodos o incluso un condensador quemado. 2. El segundo es un computador que no prende. RTA: Puede deberse a que el fusible se haya quemado, las resistencias, puente de diodos o también un daño en los integrados. 3. El tercero es un cargador de un computador portátil al cual no da carga al computador. RTA: Verificar si no hay corto en la salida de voltaje ya que pueda que los cables estén rotos por aplicarle fuerza excesiva. ¿Cómo realizan la actividad asignada por la mesa de ayuda? 3.2 Actividades de contextualización e identificación de conocimientos necesarios para el aprendizaje.) a. Realizar un auto diagnóstico tomando como referencia la situación problemática planteada: ¿Qué sé para resolver la situación problemática? 

Saber cuando una Fuente presenta fallas que afectan su correcto funcionamiento.

¿Qué no sé para resolver el problema? 

Falta de conocimientos previos acerca de el funcionamiento de algunos componentes electronicos dentro de una Fuente.

¿Por qué necesito saber esto?



Para poder detector cualquier tipo de fallas dentro de la Fuente y asi tener la capacidadad de solucinarlas empleando los conocimientos adquiridos.

b. Escribir el planteamiento del problema con sus propias palabras. 3.4

Actividades de transferencia del conocimiento.

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1: cuestionario fuentes conmutadas (instructor virtual)

1.1 El instructor técnico dará una explicación sobre las fuentes conmutadas, funcionamiento, partes externas e internas, oscilogramas correspondientes de entrada y salida de cada uno de los bloques funcionales que la componen, y los diferentes tipos de convertidores.

Figura # 1. Fuentes conmutadas. 1.2 Señor(a) aprendiz en equipos colaborativos de dos personas, haciendo uso de las tics, indague en internet para dar respuesta a los siguientes interrogantes: 1.2.1 ¿Qué es una fuente conmutada? RTA: Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kilociclos típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados). La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con núcleo de ferrita (los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias porque tienen muchas pérdidas debido a corrientes de Foucault y sobre todo por las grandes pérdidas por histéresis; hay que recordar que una curva de saturación normal de acero cocido corresponde a un material con característica dura y alta densidad de flujo) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (con diodos rápidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). 1.2.2 ¿Cuál es la función de una fuente conmutada? RTA: Su función principal es rectificar la corriente de entrada AC Y darle una salida CC/DC que será la requerida para dicho funcionamiento del aparato. se dice que es una fuente conmutada ya que su voltaje no es uno solo y a diferencia de la fuente lineal (vista anteriormente en clase) esta fuente conmutada entrega varios voltajes que se requieren para la alimentación de cada una de las etapas del funcionamiento de dicho artefacto. EJEMPLO PC, TV LCD, INVERSORES DE ES SOLARES, entre

otros, requieren de una fuente conmutada ya que esta es más confiable y además en las nuevas tecnologías se usa mucho debido a su gran ventaja de entregar voltajes variables de manera satisfactoria. 1.2.3 ¿Cuáles son las características técnicas de una fuente conmutada? RTA: Características técnicas de las fuentes de alimentación conmutadas       

Funciona en frecuencia de 50 kilociclos a 1 megaciclo. Producen voltaje de salida más bajo que el voltaje de entrada. Utiliza la señal de control para variar el ancho de pulso. Tiene una proporción grande de componentes espectrales de alta frecuencia. Generalmente exhiben salidas más ruidosas a altas frecuencias. Su mal funcionamiento puede generar sonidos agudos, pues genera ruido acústico en la frecuencia del oscilador. Obtiene la energía por la parte más alta de la onda sinusoidal. Existen diversas tipologías de las fuentes conmutadas como son: Flyvack, Back, Back-boost, Boost, Half-Forward, Push-Pull, Forward, Full-Bridge, Multiplicador de tensión, entre otras

1.2.4 ¿Cómo funciona cada uno de los bloques (etapas o circuitos) funcionales “Figura # 2”?

Figura #2. Bloques funcionales fuentes conmutadas. RTA: Funcionamiento Circuito de entrada y protección: Esta etapa se encarga de proteger la fuente en caso de que ocurra algún problema, ya sea interno o no de la fuente. Está constituida por un fusible y un termistor. Circuito Rectificador: Está constituida por lo que se conoce como un puente de diodos (circuito conformado por 4 diodos o un integrado), el cual se utiliza como rectificador. Este componente convierte la onda alterna de entrada en una señal positiva pulsante, este es el primer paso para obtener una señal continua a partir de una alterna. Circuito de Conmutación: Está constituida por los 2 dispositivos que le confieren a la fuente el sobrenombre de switching o conmutada: 2 transistores de potencia. Estos dispositivos se encargan se convertir la señal casi continua proveniente de los capacitores nuevamente en una señal alterna, pero con una frecuencia mayor (50hz de la red eléctrica en aproximadamente 18000 hz).

Circuito de Salida: Debido a que el transformador entrega una corriente alterna, pero con alta frecuencia, y se tiene que entregar una corriente continua, no se usan diodos normales sino que se utilizan dispositivos conocidos como dobles diodos o diodos de potencia. Aquí existen tantas etapas como voltajes se entregan: una para 12V y otra para 5V (tanto positivos como negativos). La salida de esta etapa es casi una señal continua pura A diferencia del filtro de entrada, aquí no se utilizan sólo capacitores, sino también bobinas (filtro LC) debido a que tiene una mejor respuesta en el manejo de grandes corrientes (cercanas a los 12 - 15 Amperios). Su implementación se hace necesaria debido a los tiempos de recuperación de los diodos utilizados en la etapa anterior, los cuales impiden obtener una salida continua perfecta en la etapa anterior, cosa que si se logra en esta etapa. De aquí salen ya las tensiones de trabajo de la fuente (5 y 12V) Etapa de filtro de salida Sensado: De este modo, la tensión de salida se mantiene constante, aunque varíe la carga aplicada. Para ciertas aplicaciones, donde la carga varía muy rápidamente, el circuito debe tener una respuesta inmediata para prevenir altibajos en la salida. PWM Cuando la tensión de salida supera el valor deseado, estrecha los pulsos de corriente, y así el transformador recibe menos energía. Al caer la tensión de salida realiza la función contraria. El regulador también puede incorporar una entrada que se conecta a una resistencia shunt, para medir la corriente que consume el equipo. 1.2.5 ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de las fuentes conmutadas? RTA: Las fuentes conmutadas tienen las siguientes ventajas: La eficiencia de las fuentes conmutadas está comprendida entre el 68 y el 90%. Esto hace reducir el costo de los dispositivos de potencia. Además, los dispositivos de potencia funcionan en el régimen de corte y saturación, haciendo el uso más eficiente de un dispositivo de potencia. Debido a que la tensión de entrada es conmutada en una forma de alterna y ubicada en un elemento magnético, se puede variar la relación de transformación pudiendo funcionar como reductor, elevador, o inversor de tensión con múltiples salidas. No es necesario el uso del transformador de línea, ya que el elemento magnético de transferencia de energía lo puede reemplazar, funcionando no en 50/60 Hz, sino en alta frecuencia de conmutación, reduciendo el tamaño del transformador y en consecuencia, de la fuente; reduciendo el peso, y el coste. Un transformador de energía de 50/60 Hz tiene un volumen efectivo significativamente mayor que uno aplicado en una fuente conmutada, cuya frecuencia es típicamente mayor que 15 kHz.

Las fuentes conmutadas tienen las siguientes desventajas: Su diseño es más elaborado pero a un menor costo. Un diseño de una fuente conmutada puede llevar varias semanas o meses de desarrollo y puesta a punto, dependiendo de los requerimientos. Segundo, el ruido es mayor que el de las fuentes lineales. En la salida y entrada, radia interferencia electromagnética y de radiofrecuencia. Esto puede dificultar el control y no deberá ser ignorado durante la fase de diseño. Por éste motivo se deberán agregar de protección, de arranque suave, y filtros de línea adicionales como etapas previas. Tercero, la fuente conmutada toma proporciones de energía de la entrada en pulsos de tiempos limitados para transferirlo a la salida en otras condiciones de corriente y tensión, por lo que le llevará mayor tiempo de restablecimiento al circuito para soportar variaciones en la entrada. Esto se llama “respuesta transitoria en el tiempo“. Para compensar este funcionamiento lento, los capacitores de filtro de salida se deberán incrementar para almacenar la energía necesaria por la carga durante el tiempo en que la fuente conmutada se está ajustando. 1.2.6 ¿Cuál es la eficiencia de una fuente conmutada Vs una fuente lineal? RTA: La eficiencia de las fuentes conmutadas está comprendida entre el 68 y el 90%. Esto hace reducir el costo de los dispositivos de potencia. Además, los dispositivos de potencia funcionan en el régimen de corte y saturación, haciendo el uso más eficiente de un dispositivo de potencia. 1.2.7 ¿Cuál es la función del certificado 80 plus en las fuentes de poder de los ordenadores? RTA: 80 Plus es un programa de certificación voluntaria destinada a promover el uso eficiente de la energía en las fuentes de poder (PSU). Lanzado en 2004 por Ecos Consulting, que certifica los productos que tienen más de un 80% de eficiencia energética, en un 20%, 50% y 100% de la carga nominal. Es decir, tales fuentes de alimentación tendrán un desperdicio de 20% o menos de energía eléctrica en forma de calor en los niveles de carga especificados, reduciendo así el uso de electricidad y las facturas, en comparación con fuentes de alimentación menos eficientes. Así que es importante verificar que su fuente tenga un "80 Plus" además de los Watts necesarios para el equipo de cómputo, pues esto le garantiza también que el tiempo de vida de su equipo no se vea afectado.

Una vez realizada la consulta se realizara una mesa redonda donde cada grupo socializara las respuestas que se le dieron a cada una de las preguntas. La consulta se debe desarrollar aplicando el formato NTC1486 y se deberá subir a la plataforma (BLACKBOARD) el documento en formato pdf. • Realizar el foro presente en la plataforma BlackBoard acerca de las ventajas y desventajas de las fuentes conmutadas y fuentes lineales. ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 2: Medición de voltajes fuentes de poder ATX (instructor presencial)

Figura # 3. Partes fuente de poder ATX 300W. 2.1 Consultar los diferentes voltajes que se presentan en una fuente de poder AT y ATX y la forma de probar sus diferentes tenciones cuando la fuente está apagada (conectada a la red eléctrica), y cuando está encendida. el voltaje que proporciona cada uno de los cables que tiene una fuente de alimentación, según el color de los cables proporciona un voltaje u otro. FUENTE ATX NARANJA = 3.3 V ROJO = 5 V BLANCO = -5 V AMARILLO = 12 V AZUL = -12 V VIOLETA = 5 VSB NEGRO = MASA FUENTE AT ROJO = 5 V BLANCO = -5 V

AMARILLO = 12 V AZUL = -12 V} NEGRO = MASA Forma De Probar Sus Diferentes Tenciones PASO # 1: Por normas de seguridad aislamos nuestra fuente de poder de la tarjeta madre.

PASO # 2: En nuestro conector de 20+4 pines buscamos el pin del cable verde y con un alambre realizamos un puente hacia el pin cable de tierra color negro, esto sirve para encenderla

PASO # 3: Ahora conectamos a la corriente alterna y verificamos el switch de paso de la fuente que este encendido

PASO # 4:

Si la fuente enciende, proseguimos a medir los voltajes de cada línea con un multímetro colocándolo medición de voltaje continuo.

PASO # 5: Colocamos las puntas del multímetro en su polaridad correcta colocamos el negativo en tierra (cable negro) e ir midiendo cada línea con el positivo a cada línea.

Nota: Las mediciones no tiene que variar más de 05% si esto sucede pueda que no encienda el equipo o que lo dañe si es demasiado. 2.2

realizar una lista de chequeo para realizar diagnóstico de una fuente de poder del ordenador. Lista de chequeo

DISPOSITIVO

FUENTE DE PODER

MARCA

BESTEC

SERIAL

5070448840

MODELO

250-12Z

TIPO

ATX (ENTRADA-SALIDA)

CAPACIDAD(V)

INPUT: 100-120 OUTPUT: 200-240V

50/60HZ

FUNCIONA CORRECTAMENTE?

SI

NO

OBSERVACIONES

EL COOLER GIRA?

SI

NO

OBSERVACIONES

HAY SALIDA DE VOLTAJE?

SI

NO

OBSERVACIONES

2.3 Identificar los bloques funcionales de una fuente ATX en un plano eléctrico, puede tomar como referencia el diagrama de la figura # 3. (los diferentes planos de fuentes conmutadas las encontrara en la carpeta de material de apoyo en la plataforma BlackBoard)

1. IC Cuádruple Amplificador operacional

2. Controlador PWM 3. Inductor acoplado de salida 4. Rectificadores rápidos de salida 5. Trafo de potencia 6. Trafo para disparo de los transistores de potencia 7. Rectificador de entrada 8. Capacitares de filtro de entrada 9. Optoacoplador 10. Trafo de la fuente de Stand By 11. Transistores de potencia 12. Capacitor de bloqueo 2.4 Señor aprendiz siguiendo las instrucciones del instructor realiza las correspondientes mediciones de voltaje que se presentan en una fuente de poder AT y ATX, de acuerdo a la consulta realizada anteriormente. ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 3: Reparación de fuentes de poder ATX (instructor presencial) El instructor explicara los diferentes componentes de una fuente de poder ATX, la forma de comprobar el correcto funcionamiento con los respectivos equipos de laboratorio (Multímetro, osciloscopio) 3.1 En grupos colaborativos personas realizar una presentación en donde se debe indicar cada una de las partes de una fuente ATX, y el paso a paso para probar cada uno de las partes y asegurar su correcto funcionamiento.

3.2 El instructor asignara una fuente de poder, la cual deberán hacerle el respectivo mantenimiento y la comprobación de cada uno de los dispositivos que la componen, para lo cual deberán desarrollar un informe en formato IEEE donde se evidencien cada uno de los pasos.