Cómo reparar la fuente conmutada Las fuentes de alimentación de todos los monitores son las del tipo switching o conmutadas. Su utilización se ha multiplicado y estandarizado debido al alto rendimiento de energía que poseen respecto a las antiguas fuentes de alimentación lineales, no conmutadas, que incluían un pesado e ineficaz transformador. Ahora el diseño se resuelve en un circuito integrado, un pequeño transformador de núcleo de ferrita y unos pocos componentes accesorios. Baja disipación de calor, rendimientos elevados, ahorro de energía y muchas ventajas más que han hecho que se incluyan en Monitores de Ordenadores, Notebooks, DVD DVD,, TV TV,, y cientos de aplicaciones más.
La multiplicidad de aplicaciones que las fuentes switching ( SMPS) poseen en la actualidad y todos los halagos vertidos en el sumario no significan que sean irrompibles o indestructibles. A pesar de poseer una gran cantidad de elementos de protección contra innumerables fallos, no dejan de romperse, y allí estarás tú, con nuestra ayuda, intentando resolver el problema. En el artículo que habla acerca de la entrada de tensión de línea en un TV , habíamos visto que esa es una zona muy propensa a romperse por el hecho de estar conectada directamente a la red y recibir, a través de ella, todo lo malo que pueda traer consigo. Los picos de tensión se encontraban entre los principales enemigos de las fuentes de alimentación, pero hay muchos otros que irás descubriendo, analizando y, por supuesto, resolviendo. También te habíamos mostrado que la piedra fundamental de una fuente Switching era la conmutación constante que provocaba un transistor sobre un transformador especialmente diseñado para esa función, y que sus resultantes eran aprovechadas para dar energía al TV y para que la fuente pudiera auto-controlarse a sí misma. Los monitores LCD, TFT o plasma utilizan el mismo principio de funcionamiento básico, con la única diferencia que no traen el circuito de desmagnetización con el PTC. El resto es la misma fuente de alimentación, donde cambian los aspectos físicos de los materiales fundamentales que intervienen en su construcción, pero el funcionamiento y diseño trabajan bajo los mismos principios conceptuales. ¿Cómo es esto de la conmutación?
La conmutación está basada en el cambio periódico de estados lógicos de tensión La conmutación se produce gracias al cambio de estado cíclico y constante de una determinada tensión a la salida del oscilador. Es decir, podemos poner el ejemplo de un voltaje que varíe continuamente entre 0 y 5 Volts. Durante un tiempo controlado, la tensión de activación estará en cero, y en otro tiempo equivalente, estará en cinco volts, y así repitiéndose en el tiempo. Esto significa que está oscilando entre los valores ejemplificados: ejemplificados: 0-5-0-5-0-5-0-…… Si en el ejemplo que hemos adoptado realizamos la conexión apropiada a T1, haremos que dicho transistor pase de la saturación (conducción) al corte (abierto), coincidiendo con las variaciones a la salida del oscilador. El transistor transistor estará estará conmutando entre dos estados bien definidos y opuestos: saturación y corte. Es decir, T1 actuará como una llave (switch) que conecta y desconecta el bobinado bobinado primario del transformador, transformador, al ritmo que le imponga el oscilador. Un equivalente sería así: Al provocarse la conducción por el primario del t ransformador, ransformador, circulará una corriente importante a través de él, que inducirá otra corriente proporcional en su secundario. Luego ésta será rectificada, filtrada y utilizada por el equipo. Debes recordar que en la entrada del transformador existen 310 Volts de corriente continua y pulsante, apenas filtrada por un electrolítico de 100 a 200 microfaradios, por lo que la corriente circulante por el conjunto primario + transistor será muy importante.
1
Graficación de la conmutación con llave y transistor ¿Qué ocurre con la potencia disipada, con e l calor que esto genera? Al cerrar la llave, que sería lo mismo que pasar el transistor a un estado de conducción, la diferencia de potencial o tensión, o caída de tensión en sus extremos conectados (Colector y Emisor) será igual a cero, porque se supone que se provoca un estado de conducción plena, sin resistencia interna. Al no haber resistencia al paso de la corriente, no hay caída de tensión presente (V = 0). Según la fórmula utilizada para calcular potencia obtenemos que: P (potencia) = V (tensión) * I (corriente) Si V = 0, P también será igual a 0. Lo mismo ocurre en el momento del corte del transistor (o llave). Si está abierto, I (la corriente) será igual a cero, por lo que P también resultará igual a cero. Es decir, si el pulso de conmutación es correctamente cuadrado, con flancos ascendentes y descendentes rectos, no debiera haber nunca disipación de calor en el transistor de conmutación.
Formas de onda sobre el transistor de conmutación Los problemas de las fuentes conmutadas comienzan cuando el impulso que gobierna al transistor final de potencia, no logra tener la forma correcta. Si el transistor no pasa del corte a la saturación en un tiempo considerado prácticamente cero o nulo, habrá momentos en que en su interior no habrá resistencia cero, no habrá conducción total . Y si esto no ocurre, tendremos disipación de potencia ya que V no será igual a cero; tendremos generación y acumulación gradual de calor. A pesar de venir montados sobre generosos disipadores de aluminio para ayudar a irradiar el calor emitido, a veces éstos no alcanzan y los transistores terminan rompiéndose, o los circuitos integrados que los incluyen dejan de funcionar. Controlando la fuente. El oscilador principal recibe algunas señales de control muy importantes. 1) La realimentación principal es una referencia de tensión que le brinda un optoacoplador desde la salida en el secundario. Este dispositivo está conectado de manera que toma de la tensión útil de salida una pequeña “muestra”, que será equivalente a la tensión resultante. A veces en el lado primario, a veces en el secundario, se la compara con una referencia fija, y de la diferencia entre ambas surge lo que se conoce como tensión de error . Es con ella que se informa al control del oscilador si el voltaje entregado en el secundario es el correcto o si debe aumentar o disminuir su régimen de trabajo para ajustarse a los valores que la referencia fija le indica. De este modo se genera un lazo cerrado o Loop que continuamente está sensando – comparando – ajustando. Se utiliza un acoplador óptico para este fin, con el objeto de preservar una aislación galvánica a ambos lados del transformador de conmutación o chopper (como también se le suele llamar), manteniendo dos lados bien definidos, separados y aislados: donde hay
2
conexión a la red domiciliaria (lado HOT) y donde no la hay (lado COLD). 2) La segunda señal importante es extraída desde uno de los bobinados del mismo transformador y se utiliza en el control del oscilador para “mantenerlo informado” de posibles consumos anormales de corriente que pudieran haber tanto de un lado como del otro (primario o secundario) y evitar así que el sistema se destruya por altas corrientes de consumo requeridas. 3) Una tercera información que llega al oscilador principal es desde el circuito encargado de sensar la temperatura que el transistor de salida o el circuito integrado en su conjunto posee al momento de trabajar. Una distorsión brusca de temperatura podría desembocar en una rotura total de componentes; esta porción del circuito ayuda a evitar que eso suceda. Todas estas informaciones llegan al circuito oscilador pero, ¿cómo lo controlan?
Zona de control de una fuente conmutada
Existen dos formas clásicas de hacerlo: una es variando la frecuencia de trabajo del oscilador, y la otra es variándole el ciclo de trabajo a la frecuencia generada por él. En el caso de variar la frecuencia de oscilación, lo que estará sucediendo es que el transistor oficiante de switch conmutará a mayor velocidad, incrementando la tensión en el secundario del transformador chopper. Por otro lado, variar el ciclo de trabajo significa que el oscilador haga variar los tiempos de saturación y corte del transistor. De esta forma se aplica la técnica que se conoce como PWM (Pulse Width Modulation), o su equivalente en castellano: Modulación por Ancho de Pulso. Es decir, hacen durar más tiempo, o menos tiempo, que el transistor esté al corte o a la saturación. Las dos técnicas son empleadas (a veces en simultáneo) para regular la tensión de salida de una fuente conmutada o switching.
3
