La última etapa de una fuente de alimentación conmutada es la que controla la regulación de tensión, también llamada retroalimentación (feedback), o amplificador de error.
El funcionamiento de esta etapa es muy básico, pero resulta bastante confuso por la forma de explicarlo en los libros de texto y datasheet de fabricantes.
Después de leer este artículo sabrás perfectamente cómo funciona esta etapa.
Si no has leído los artículos anteriores, te recomiendo que lo hagas, porque esta etapa se relaciona estrechamente con las anteriores.
Cómo funcionan las fuentes de alimentación conmutadas I
Funcionamiento de una fuente de alimentación conmutada II. Filtro EMC
Funcionamiento de una fuente de alimentación conmutada III. Rectificador y condensador
Funcionamiento de una fuente de alimentación conmutada IV. Corrección del factor de potencia
Funcionamiento de una fuente de alimentación conmutada V. Inverter
Funcionamiento de una fuente de alimentación conmutada VI. Transformador
Funcionamiento de una fuente de alimentación conmutada VII. Rectificador y filtro de salida
Por qué hay que regular la tensión en una fuente de alimentación conmutada
En las fuentes SMPS la tensión de salida depende de varios factores.
Cuando se conecta una carga que consume mucha corriente, la tensión de la fuente cae. Igualmente, cuando la carga disminuye, la tensión aumenta de nuevo.
Si la carga no es estable, como ocurre en la mayoría de aplicaciones, hay que mantener la tensión constante, para evitar problemas de funcionamiento y averías.
El regulador PWM del primario varía la anchura de los pulsos para cambiar la tensión de salida del transformador.
Esto quiere decir que en una fuente conmutada la tensión es variable.
En la mayoría de aplicaciones, la tensión de la fuente debe ser fija, y además muy estable, para que la tensión sea lo más exacta posible y no varíe en ningún momento.
Cómo se regula la tensión de salida de una fuente conmutada
En una fuente de alimentación lineal, la tensión de salida se regula mediante circuitos integrados estabilizadores de tensión, o diodos zener en aplicaciones más básicas.
En muchos circuitos no se requiere demasiada precisión, por lo que ni siquiera se usan componentes específicos.
La tensión de salida es la que entrega el transformador, una vez rectificada por los diodos y filtrada por el condensador.
En una fuente de alimentación conmutada no sirve este planteamiento, y se hace de una forma totalmente distinta.
La solución es muy básica. Se mide la tensión en la salida de la fuente y se varía la señal PWM para aumentarla o disminuirla según se requiera.
Es fácil decirlo, pero hacerlo es otra historia.
El principal problema es que el regulador PWM está en el primario, con tensiones de más de 300V, y queremos medir la tensión en el secundario, que suele ser de pocos voltios.
El transformador sirve como aislamiento de seguridad, por lo que no interesa conectar partes del primario con componentes del secundario, para mantener este aislamiento.
En este caso entra en juego el optoacoplador.
Qué es un optoacoplador
Un optoacoplador es un circuito integrado que contiene un diodo led y un fototransistor.
Cuando aplicamos tensión al led, éste se ilumina, activando el fototransistor que entra en conducción.
Ambos componentes “se ven pero no se tocan”, es decir que el led transmite luz al fototransistor, pero no hay contacto físico entre ellos.
Al estar los componentes aislados eléctricamente, los circuitos conectados en cada lado permanecen separados.
Las corrientes que soporta un optoacoplador, tanto en el diodo como en el fototransistor son muy bajas, por lo que únicamente pueden manejar señales.
Para poder manejar cargas de cierta potencia, se debe conectar algún componente adicional.
El circuito integrado TL431
Aunque hay varias formas de regular la tensión en una fuente conmutada, la más habitual gira en torno a un componente: el TL431.
Se trata de un circuito integrado que incorpora varios elementos.
Debido a su bajo coste y a su precisión, es el componente más habitual para esta aplicación.
Cada fabricante varía la referencia de sus componentes. Es habitual encontrar este componente con otros códigos, pero suelen coincidir en la numeración xxx431.
Internamente, el TL431 tiene tres elementos, representados a la derecha de la figura 2:
- Un circuito de referencia de 2,5V. Siempre que entre los terminales K y A (figura 2) haya una tensión superior, esta parte del circuito generará 2,5V con una gran precisión y estabilidad ante los cambios de temperatura.
- Un amplificador operacional, que cuando la tensión en el terminal REF es superior a 2,5V activa su salida.
- Un transistor, que entra en conducción cuando el operacional entrega tensión a su base.
En definitiva, el integrado conecta los terminales K y A cuando en el terminal REF hay más de 2,5V.
Este modo de funcionamiento ha hecho que el TL431 sea conocido como “zener regulable“, aunque yo creo que este nombre provoca bastantes confusiones.
El símbolo que se suele utilizar en los esquemas es el de la izquierda de la figura 2. Se trata del símbolo de un diodo zener, al que se ha añadido el terminal REF.
Cómo funciona el circuito de regulación
Aunque en la práctica cada circuito tiene unos componentes distintos, es habitual seguir el siguiente esquema básico:
R2 y R3 actúan como un divisor de tensión. Si, por ejemplo, la tensión de salida de la fuente debe ser de 5V, R2 y R3 tendrán valores idénticos, para que en el pin REF la tensión sea igual a 2,5V.
Cuando la tensión entre + y – sea mayor de 5V, la tensión en REF también será mayor que 2,5V, por lo que el TL431 dejará pasar corriente a través de R1 y el led del optoacoplador.
El led se iluminará activando el fototransistor, que conectará a masa el terminal FB (feedback) del regulador PWM, que a su vez reducirá el ancho de los pulsos para disminuir la tensión de salida.
Cuando la tensión entre + y – caiga por debajo de 5V, y por lo tanto sea menor de 2,5V en REF, el TL431 dejará de conducir, el led se apagará, y el fototransistor desconectará la entrada FB de la masa.
En este caso, el regulador PWM aumentará el ancho de los pulsos hasta recibir una nueva señal del optoacoplador.
En definitiva, el regulador sabrá cuándo aumentar o disminuir la tensión, en función del estado del TL431.
El funcionamiento puede variar según el tipo de regulador PWM, por lo que debes consultar el datasheet del fabricante para ver las diferencias.
Las fuentes de alimentación de mayor calidad suelen tener una respuesta bastante rápida y efectiva ante los cambios de tensión provocados por variaciones bruscas de la carga.
Esto se consigue utilizando el modelo adecuado de regulador PWM, además de varios componentes adicionales, normalmente resistencias y condensadores cerca del TL431. También es fácil encontrar algún diodo zener.
Averías en la sección de feedback
No es muy frecuente que fallen estos componentes, puesto que reciben señales muy pequeñas.
Para localizar la avería, lo mejor es medir los componentes uno a uno.
Si hay tensión en la salida +, se pueden seguir las señales con un osciloscopio.
Ten mucho cuidado a la hora de medir con el osciloscopio, porque no puedes conectar la masa del primario con la del secundario.
Además, los osciloscopios de sobremesa tienen la masa de la sonda unida a la toma de tierra de la red.
Te toca a ti
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En el próximo artículo te daré más información importante sobre las fuentes conmutadas, así que no te lo pierdas:
Funcionamiento de una fuente de alimentación conmutada IX. Funciones adicionales
Jorge dice
En la fig 3 si quisiera aumentar la corriente del circuito por la punta de corriente en el momento de encendido de un router que solución habría que tomar?
Xose dice
Hola.
Tengo una Fuente MEGMEET MP113 la cual he testeado por completo y da los voltajes
adecuados: 5V 12V y 3V . El voltaje de los LED o Retroiluminacion es de 45V y solo se
mantiene 1 segundo, pues baja enseguida a 12 o menos provocando, que no se vea la imagen.
Donde puede estar el fallo de la “Caida” de los 45V?
Los Led de la pantalla estan ok . No se por que caen los 45V
Agradeceria tu ayuda.
Gino dice
Buen día, soy aficionado a la electrónica cosa que no me dedico a ella mucho tiempo, ahora tuve un acercamiento a está por motivo de un cargador, le llaman fuente conmutada, está dejo de botar voltaje en los terminales, la sección de rectificación bien revise el mofet y otptocoplador bien, ahora en la parte de abajo hay un integrado de cuatro patitas con nomenclatura De 15303 y es el último en revisar, mi pregunta sobre este integrado ¿Es probable que se averié por las tensión que fluye en ella? Y incluyo que conectado a este, un semiconductor sms que se quemó y al enchufar a la red veo un pequeña chispa sobre este sms quemado. Sería posible esa la falla? Ante mano se lo agradezco su respuesta
Marcello Baghetti dice
Eugenio
Muchas gracias por la explicación
Necesitaba cargar una batería de alarma de 12v 7ah para un grabador de firmware de billeteros portátil.
He cogido una fuente de 12v 1a y le he quitado una resistencia del divisor de tension del tl431 y le he puesto un pequeño potenciometro de ajuste.
He ajustado la tension en 13,8v y carga de maravilla. Lo único es que hay que controlar el tiempo de carga para no sobrecargar la bateria. A lo mejor hay que buscar un voltaje que logre cargar la bateria y a la vez que este proximo al voltaje de flotación, pero bueno ha sido una solución sencilla y económica.
Saludos desde Benidorm
TeslaS dice
Eugenio que funcion tiene el capacitor que une la masa del primario con la masa del secundario,si no estuviese este capacitor que pasaria,funcionaria igual?
Eugenio Nieto dice
Es una mezcla de protección y de filtro.
Pertenece a la sección de filtro de red, y se encarga de dejar pasar las altas frecuencias del secundario a la toma de tierra, sin dejar pasar la corriente continua.
Si lo cortas dejas al circuito sin filtro de parásitos del secundario, y si lo cruzas dejas al secundario unido al primario, con un alto riesgo de electrocución.
Por eso se usan condensadores de seguridad.
Puedes ver más detalles en este artículo:
https://fidestec.com/blog/condensadores-de-seguridad/
alfredo mejia dice
buenas noches cordial saludo poseo una fuente de marca nova anteriormente tuvo un corto cerca el 7912 y una resistencia que tenia cerca al 7912 se quemo y no se pudo saber el valor busque una resistencia variable de 5k ohms pero observo que cuando tengo el radioteléfono apagado da 13.82 voltios cuando enciendo el radio se baja a 13.78 al transmitir con 5 watios baja a13.42 voltios con 10 watios baja 13.00 voltios con 25 watios 12.8 voltiosy con 50watios 12.51voltios dejo de transmitir y sube de nuevo a 13.82 luego de unos 15minutos embpiesa a subir sola de voltage 13.82 pasa a13.85.luego a13.9 he buscado pero no encuentro solucion a mi problema la fuente deberia sostenerse en los 13.8 voltios y no lo hace tiene 5 2n3055 y la fuente es de 25 amperios agradezco su colaboracion probe con otro radiotelefono y pasa lo mismo puse otra fuente y asi transmita con 50 watios se sostiene en 13.8 lo mas que bajo fue a 13.79 la verda no se cual puede ser el problema con mi fuente gracias en lo que me pueda colaborar
nelson poelstra dice
buen dia Sr Eugenio ,he adaptado kid SMPS 540v,coreano,de 4 cables entrada rojo (D),negro(-) ,salida regule 12v,para una fuente rsag7-820-5268,retirando ci,oscilador y suits mos-fet,los otros 2 cables de salida amarillo 12v y azul a negativo,(parte fria de la fuente,ahora mi pregunta porque no es estable la tension 12v ,tomado con tester analogico me da oscilante o tengo que modificar .desde ya gracias.
erminzon dice
hola buenas tardes me podrías dejar el valor de cada cada elemento electrónico.
Milton dice
Eugenio, muy bien explicado este articulo de como es que funciona el optoacoplador y el TL431. De verdad muchas grasias. Me servira bastante con los televisores que tengo para reparar. Mi correo es : miltonpereyra.e@gmail.com para poder recivir mas tutorias de tu parte, grasias de antemano.
rodrigo rojas dice
Muchas gracias por compartir tu sabiduría, no sabes cuanto me sirvió para seguir reparando aparatos electrónicos, de nuevo muy agradecido.
Carlos dice
Es una suerte contar con estas ayudas, muy sencillas de entender.
Jesus dice
Geacias por el tutorial del regulador de salida, saludos Eugenio
Antonio dice
Gracias por esta magmifico monografico explicado para que lo entendamos los que somos un poco profanos en el tema,me ha ayudado mucho en un ejerccio final.Por supuesto voy a comprar su libro.
miguel dice
Gracias por compartir conocimientos, aprendi algo de electronica en forma empirica y he notado que me falta mucho por aprender, aunque gracias a sus articulos he despejado dudas, se ve que tiene un amplio conocimiento sobre electronica, que Dios lo bendiga.
Cesar David Rojas Díaz dice
Siempre agradecido por tu labor como instructor, quiero aportar una experiencia con el optoacoplador 4N35 , mi fuente en la mesa es para un mixer Behringer, la salida es intermitente, revisando el circuito desmonto el optoacoplador y lo estudio a través de su datasheet, tiene 6 pines, 1 y 2 son el Led y los mido con el VOM como un diodo normal, pin 3 N/C, Transistor NPN , Pin 6 Base, Pin 5 Colector , Pin 4 Emisor , lo mido como un transistor normal, y ! mide abierto de base a emisor!…he medido un reemplazo 4N37 y el transistor mide bien de B a C y de B a E, voy a hacer el cambio del optoacoplador, casi seguro la fuente responderá… lo informaré en mi próximo comentario…
portu dice
hola amigo he experimentado con octoacopladores de 4 pines y los he probado de la sigiente manera : usando un cargador de telefono de 5v coloco el cable (+) en la entrada del fototransistor, y en la salida otro cable hacia el (+) de un led , y el cable (-) del cargador va al (-) del led. por otro lado, con una bateria de 1.5v exito la entrada del octoacoplador y notaras q enciende el led cuando lo haces…saludos :portu
Eugenio Nieto dice
La idea es buena, pero corres un alto riesgo de dañar el optoacoplador, porque no limitas la corriente.
Deberías usar resistencias en serie calculadas para la corriente nominal tanto del led interno como del fototransistor.
Saludos.
Cesar Augusto Tapia dice
Que tal en tu pagina vi, fuente de alimentacion conmutada
y explicaste algo sobre el TL431.
Tengo una fuente boost, la fuente del integrado oscilador
necesita 12v y tiene una pequeña fuente lineal
con un transistor y el TL431
pero no me esta regulando el voltaje.
me gustaria si me podrias hechar una mano en la reparacion.
saludos
Eugenio Nieto dice
Hola Cesar.
Deberías medir con el osciloscopio qué señales son correctas y cuáles no.
Si tienes dudas, prueba a sustituir el TL431 o verificar los componentes relacionados con la regulación de tensión.
Saludos
RAMIRO NOBOA dice
Eugenio …felicitaciones de verdad muy bien explicado…excelente didactica…por mucho tiempo he buscado una orientacion sobre este tema y nunca lo encontre, ahora lo entiendo muy claro…mil gracias de verdad.
guillermo nar dice
Excelente articulo eugenio.. una pregunta … mencionaste que una forma simple de regular el voltaje es usar el zener ficticio tl431… cual es otra forma de regular.. ?? me imagino otro circuito integrado
Gonzalo Velandia dice
Excelente exposición.
Kwuallo dice
Colega estoy interesado en modificar una fuente de una laptop de 19v a 12v,
quisiera saber si modificando la referencia del Tl431 es posible y como calculo eso.
saludos desde Cuba
Eugenio Nieto dice
Con el TL431 se hacen ajustes mínimos, pero tú quieres variar más de un 30%.
Creo que deberías usar otro sistema.
Quizás no sea rentable la modificación si debes añadir componentes, y sea más viable buscar una fuente nueva.
Saludos
Moises Gutierrez dice
Hola ,la explicacion a sido muy util y solo me restaria pedfir algo de informacion sobre los osciladores de fte conmutada en que no existe un circuito integrado que hace la funcion pwm y si una salida de potencia MOS como en la mayoria de las fuentes de TV led (muy sencillas)por ejemplo philips , magnavox , emerson y te doy un ejemplo BA31m0f0 102 1, esto es porque quiero entender como se genera la oscilacion y como se mantiane regulada.
He buscado informacion yno encuentro algo sencillo.
Gracias.
Eugenio Nieto dice
Deberías buscar algún datasheet o nota de aplicación (application note) del fabricante de los componentes principales, por si apareciese un circuito de ejemplo similar.
A partir de ahí podrías ver más fácilmente el funcionamiento.
Es posible incluso que encuentres una explicación en alguno de esos documentos.
Saludos
Moises Gutierrez dice
Hola me parecemuy interesante y ameno el contenido, pero me quedan muchas dudas y te comento por que.
Revisando el esquema de un televisor led (pantalla) me he encontrado que muchos carecen de un integrado que realize la regulacion y en su lugar por supuesto existe una circuiteria que realiza para empezar, la funcion de oscilador pwm, circuito del que busco las bases de funcionamientoy asi realiozar la reparacion previa deteccion de la falla.
Sería posible alguna notao bibliografia
Gracias
Eugenio Nieto dice
Tendrías que buscar el esquema de alguno de estos equipos, y a partir de los componentes principales buscar alguna nota de sus fabricantes.
Saludos
Armando zavala dice
bonita esplicacion del regulador TL431,,gracias.
Eugenio Nieto dice
Gracias Armando
Rodolfo dice
Excelente información
Eugenio Nieto dice
Gracias Rodolfo
Mario dice
Hola.
Me gusta mucho tu tutorial y me parece muy útil. De echo, he comprado tu libro.
Me gustaría que me remitieras, si existe, a algún sitio donde hablen de las comprobaciones que se pueden realizar con un osciloscopio, especialmente hablando de donde medir y donde no para no cargarnos nada al medir en la parte caliente (para los que no tenemos transformador de aislamiento, los que lo tienen supongo que ya tienen suficientes conocimientos como para saberlo ellos mismos 🙂 ).
Si no sabes de algún sitio donde este explicado, a lo mejor seria un tema interesante a desarrollar. 😉
Un saludo.
Eugenio Nieto dice
Hola Mario.
Es un tema interesante.
Lo primero es estudiar detenidamente el manual del osciloscopio.
A veces hay mucha información técnica que suele pasarse por alto.
También hay muchos tutoriales en YouTube.
Te recomiendo seguir a Terrazocultor, que tiene mucha información práctica, y muy bien explicada.
Saludos
German Moreno Reina dice
Saludos y muchas gracias por ayudarnos en este campo tan complejo que es la electronica y estas herramientas son utiles para capacitarnos excelente
Eugenio Nieto dice
Gracias German.
Saludos
miguel dice
muy interesante muchas gracias
Eugenio Nieto dice
Gracias Miguel
Horacio dice
Muy útil y didáctica vuestras explicaciones.me ayudaron un monton.
Eugenio Nieto dice
Muchas gracias Horacio
Pablo dice
el circuito de muestra o de ejemplo es genial! quisiera emplearlo… podria saber si no es mucha molestia… cual es el integrado de 8 patas antes del pequeño transformador… muchas gracias!
Eugenio Nieto dice
No se trata de un integrado real.
Está simplificado para ver las conexiones más importantes.
Busca un integrado comercial, y en su datasheet encontrarás esquemas de ejemplo.
No te digo un modelo exacto porque depende mucho de la aplicación y las características que necesites.
Saludos
Antonio dice
Agradezco mucho este tuturial , es muy claro y completo. yo no me dedico a la reparacion pero estaba investigando a cerca de como convertir una fuente conmutada de voltaje fijo a voltaje variable, encontre en la red que varias personas agregaban un lm317 pero la verdad ke desagrada la idea, asi que viendo este tutorial tuyo llegue a la conclusion que en teoria solo es necesario sustituir r2 o r3 por un potenciometro y asi modificar el divisor de tension para variar el voltaje de salida. espero estar en lo cierto de ser asi les compartiré mis resultados. Mil gracias y felices fiestas.
Eugenio Nieto dice
En teoría funcionaría, pero en un rango muy corto de tensiones.
Para ajustar la fuente, lo ideal es usar un circuito más complejo, que mida la salida y regule el primario mediante PWM.
En internet puedes buscar esquemas.
Saludos, y feliz 2016
Escalante dice
Excelente explicacion que me aclara detalles que no entendia.
Eugenio Nieto dice
Me alegro de que te haya servido.
Saludos
roberto dice
excelente articulo muchas gracias
Eugenio Nieto dice
Gracias Roberto
reguladores de voltaje dice
wow mis respetos y palmas para ti, difícilmente te encuentras con artículos como éste con tanto valor y tan detallados. Sigue escribiendo así¡¡ y sobre todo compartiendo, gracias.
Eugenio Nieto dice
Muchas gracias
Emiliano dice
Hola Eugenio, esta muy bien explicado el tema, además de estar muy claro. Mi pregunta es la siguiente:
Desarrolle una fuente conmutada que trabaja con un UC3843. Puedo regularle la tensión de vacío mediante el agregado de una resistencia multivuelta en el divisor resistivo del TL431. El problema es que me cae la tensión de salida al conectarle carga. Si bien no es mucha (en vacío es 50V y caen a 47V a plena carga), no debería funcionar así. El transistor del optocoplador conecta el pin1 “Comp” a masa. Ese mismo pin, si no tuviera el optocoplador conectado, tiene una tensión de 6V. Es de esta forma que regula la tensión de salida.
Si bien se tiene el conjunto tl431-optocoplador, el ancho de pulso de la señal PWM queda determinado por la tensión de sensado de la corriente. Cuando la rampa de tensión Vsense (tensión de sensado de corriente) alcanza a V’comp (tensión en el pin “Comp” dividida 3), se finaliza la duración del ancho del pulso de la señal PWM. Pude notar además, a través de mediciones, que la tensión en el pin “Comp” varía de forma analógica y lineal con la carga, y no en corte-conducción.
Mi hipótesis es que la tensión de salida no se compensa correctamente con la carga porque existe un corte prematuro del pulso de la señal PWM, provocado por una tensión inferior a la necesaria en el pin “Comp”.
Lo que necesitaría es lograr de alguna manera “polarizar” menos el transistor del optocoplador para que aumente un poco la tensión colector-emisor, manteniendo la tensión regulada a 50V.
Desde ya muchas gracias.
Eugenio Nieto dice
Hola Emiliano.
No conozco mucho el tema de las fuentes conmutadas regulables.
Muchas incorporan un pequeño potenciómetro para regular ligeramente la salida (no mucho más de un +-10%), pero su finalidad es compensar las caídas de tensión del cableado, no que sea una fuente regulable.
De todas formas, puedes estudiar los datasheet del UC3843, que al estar fabricado por distintas empresas, puedes encontrar diferencias entre la documentación de cada fabricante, y ahí puede estar la clave que te ayude a resolverlo.
Piensa también en las limitaciones del transformador. Si usas una fuente reciclada es posible que no trabaje bien por encima de una determinada tensión.
Un saludo.
ruben dice
Gracias Eugenio… Excelente material!!
Eugenio Nieto dice
Gracias a ti, Rubén.
ivan bernal dice
no entiendo de donde viene la señal de salida del opto acoplador .la entrada de al opto de la salida eso esta claro, pero la salida gracias por su reayuda
Eugenio Nieto dice
Hola Iván.
El optoacoplador no genera señal. Simplemente conecta y desconecta una patilla del integrado PWM con la masa (en algunos modelos es distinto y la conecta al positivo), según la señal aplicada a la entrada del optoacoplador.
El integrado suele tener una resistencia interna de pull up.
Espero que te haya quedado más claro.
Daniel dice
Pensaba que el tl431 solo regulaba que la tension no superara un umbral maximo. No sabia que al no activarse, el chip SMPS aumentara el ancho de los pulsos hasta volver a activarse. Pensaba que el límite inferior de voltaje lo establecia el isense que mide la intensidad que atraviesa el mosfet del primario mediante una resistencia grande de pocos ohmios. (Por lo de que al aumentar la carga y por ende la intensidad, disminuye la tension de salida). Pero lo que explicas tiene mas sentido que lo que yo creia. Y el isense supongo sera para el cycle skipping. Gracias estupendo articulo!
Eugenio Nieto dice
Hola Daniel.
El isense está destinado principalmente a proteger contra sobrecargas.
De todos modos, hay cientos de circuitos integrados controladores de conmutación, por lo que hay grandes diferencias entre ellos.
Posiblemente muchos de ellos utilicen las mismas entradas para controlar varias funciones.
Por eso invito siempre a consultar los datasheet del fabricante, porque ahí se especifica la función concreta de cada pin.
Un saludo.
Juan dice
Muy buen material Eugenio y gracias porque me fué de mucha ayuda
Eugenio Nieto dice
Me alegro, Juan.