Fuente Alimentación

Características Arduino:
V entrada : 7-12V
A máximo 200mA

Glosario:

• VoltiosAmperios
• Tension cortocircuitable
• Rizado máximo de carga
• Módulo de rectificación de tensión
• Módulo de regulación de tensión
• Fuente de alimentación estabilizada
• Puente retificador

Glosario

Valor Eficaz (V_RMS)

Es el valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia que la corriente alterna al aplicarla a una resistencia igual. En un transformador de 230V/9V (primario/secundario), el valor eficaz del secundario es 9V. La relación entre el valor eficaz de la tensión y la tensión de pico es la siguiente:

$V_{RMS}=\frac{V_p}{\sqrt{2}}$

La relación entre el valor eficaz de la corriente y el valor de corriente máxima es la siguiente:

$I_{RMS}=\frac{I_p}{\sqrt{2}}$

La potencia eficaz se expresa:

$P_{RMS}=V_{RMS}\cdot I_{RMS}=\frac{V_p}{\sqrt{2}}\cdot \frac{I_p}{\sqrt{2}}=\frac{V_p\cdot I_p}{2}$

Esta relación nos indica que la potencia eficaz es la mitad de la potencia de pico.

Valor Medio

Es la que mediría un voltímetro en medición de continua, y se calcula (esta fórmula es para un rectificador de doble onda):

$V_m=\frac{2V_p}{\pi }$

V_p se halla de la función de valor eficaz:

$V_p=V_{RMS}\cdot \sqrt{2}$

La corriente media que medirá un amperímetro en medición de continua se calcula:
$I_m=\frac{V_m}{R_L}$

Tensión de Rizado

La tensión de rizado es la componente de alterna que queda tras rectificarse una señal a corriente continua. El rizado se reduce después de filtrar la señal con un condensador. Si no se reduce esta tensión de rizado habrá un zumbido a 60 o 50 Hz muy molesto.

Por lo que he podido leer en un par de sitios, la tensión de rizado es correcta si es un 10% de la tensión $V_o$.
Para calcular la tensión de rizado se utiliza la siguiente fórmula:

$V_{r(pp)}=\frac{I}{f\cdot C}$

Dónde:

• $V_{r(pp)}$: es la tensión de rizado de pico y tenemos que saber que $V_{r(pp)}=2\cdot \sqrt{(}2)\cdot V_{r(ef)}$
• $I$: es la intensidad que hay en la carga.
• $f$: es la frecuencia. Para un rectificado de doble onda $f$ = 100.
• $C$: es la capacidad del condensador que hace de filtro.

Tipos de fuentes

Lineales

Diagrama de bloques

Dibujo de un diagrama de bloques con dibujo de la modificación de las señales

Componentes Fuentes Lineales

Fusible

El Fusible se coloca entre la entrada de 220V y el transformador. Su misión es interrumpir la electricidad si hay una subida de corriente para proteger la fuente (si el problema viniera de la instalación eléctrica) o la instalación eléctrica (si la fuente presentara un problema).

Consideraciones para elegirlo

El valor del fusible ha de ser el de la corriente nominal. Para calcularlo se usa esta ecuación:
$I_1=I_2\frac{V_2}{V_1}$
En donde:

• I₁ es la intensidad que circulará por el fusible
• I₂ es la instensidad que circulará por el secundario del transformador
• V₁ es la tensión del primario del transformardor (usualmente 230V)
• V₂ es la tensión del secundario del transformador

Con esta ecuación calculamos el valor del fusible y le tenemos que añadir un 30% al resultado.

Filtro de Red

Su función es la de eliminar las posibles perturbaciones electromagneticas que pueden llegar a la fuente a través de la red eléctrica. No he encontrado mas información y no he visto que se incluyan en pequeñas fuentes.

Transformador

Transforma una tensión alterna de entrada en una tensión alterna de salida.
La relación entre la tensión de entrada y la tensión de salida va enfunción de la relación de espiras del primario (N₁) y el secundario (N₂) y se expresa con esta ecuación:
$r=\frac{V_1}{V_2}=\frac{N_1}{N_2}$
La potencia del primario será igual a la potencia del secundario porque un transformador tiene muy pocas perdidas. Según esto tenemos:
$P_1=P_2\Rightarrow V_1\cdot I_1=V_2\cdot I_2\Rightarrow \frac{V_1}{V_2}=\frac{I_1}{I_2}$
Esta ecuación nos sirve para poder calcular el valor del fusible, como hemos visto en el apartado anterior.

Tipos según bornes de salida

• Un devanado con dos bornes para el secundario por la cual tendremos la tensión de salida
• Un devanado con tres bornes. El tercer borne es una toma intermedia en el devanado que nos entrega la tensión del secundario en positivo y negativo
• Dos devanados independientes que nos entrega dos tensiones secundarias diferentes

Puente rectificador

El puente rectificador es el encargado de transformar la corriente alterna (que es positiva y negativa) a corriente continua (solo positiva).

Consideraciones para elegirlo

Hay que tener en cuenta la tensión máxima ($V_p$) y corriente máxima ($I_p$) del secundario mas un 30% por seguridad.
También hay que tener en cuenta que en cada diodo hay una caída de tensión de 0,7V y por cada pareja de diodos que conducen de un puente rectificador hay una caída de tensión de 1,4V. Este valor se tiene que tener en cuenta al calcular las tensiones de salida.

Características Datasheet

• Peak Repetitive Reverse Voltage (VRRM)
  • Tensión inversa máxima que puede ser soportada en picos de 1ms repetidos cada 10 ms por tiempo indefinido.
• Working Peak Reverse Voltage (VRWM)
  • Tensión inversa máxima que puede ser soportada por el diodo de forma continuada sin peligro de avalancha.
• DC Blocking Voltage (VR o VDC)
  • Si es alcanzada, aunque sea por una vez, el diodo puede destruirse o al menos degradar sus características eléctricas.
• Input Voltage Recommended (VR (RMS))
  • Máximo voltaje que aguanta el diodo en modo inverso
• Non-Repetitive Peak Forward Surge Current (IFSM)
  • Es el máximo pico de intensidad aplicable por una vez cada 10 minutos o más, con duración de pico de 10ms.
• Forward Voltage (per element) @IF = 1.5A (VFM)
• Maximum Average Forward Rectified Output at TA = 25ºC (IO o IF(AV))
  • the average rectified forward current at a specified temperature, usually at 60 Hz with a resistive load.
• Peak Reverse Current @TA = 25°C / At Rated DC Blocking Voltage @TA = 100°C (IRM)
  • Es la máxima corriente de fuga inversa aplicando VR
• Maximum Forward Voltage Drop per element at 1.0A DC (VF)
  • Máximo voltaje uqe soporta el diodo cuando conduce

Filtro

Es el encargado de que la corriente con formas de semiciclos sea más lienal. Para ello se utiliza un condesador que se cargará mientras estemos en la parte de subidadel semicilo y descargará la corriente almacenadas cuando estemos en la parte descendiente del semiciclo, consiguiendo así una corriente más uniforme.
Se utiliza un condensador para realizar esta función.

Consideraciones para elegirlo

$C=\frac{Q}{V_{max}-V_{min}}=\frac{I_{max}\cdot T}{V_{max}-V_{min}}$

En donde:

• Vmax: Es el valor máximo de la tensión de entrada que equivale al valor de pico del secundario del transformador ($V_p$).
• Vmin: Tensión mínima que queremos que tenga la tensión de entrada y que determina el rizado de la fuente.
• Imax: Intensidad máxima en el secundario, que equivale a la $I_p$.
• T: Periodo de la señal de la red, para 50Hz y rectificador de onda completa son 10 ms. En media onda seria 20 ms.
• C: Capacidad del condensador de filtro en faradios.
  

Otra fórmula:

$C=\frac{I_o}{V_{r(pp)}\cdot f}$

• $C$: Capacidad del condensador en faradios
• $I_o$: Intensidad de salida
• $V_{r(pp)}$: Tensión de rizado
• $f$: Frecuencia de la onda pulsatoria (Hz). En el de media onda $f$ = 50 y en el de doble onda $f$ = 100.

Efecto del condensador en la conducción del diodo rectificador

Este efecto está explicado en el pdf http://www.info-ab.uclm.es/. Aqui solo pongo la referencia a ese apartado pero no lo explico.

Esquema F.Alimentación

Aqui voy ha describir los pasos para crear una fuente de alimentación con la siguientes características:

• Tensión de salida: 9V
• Corriente de salida: 300mA
• Fusible
• Tiene que llevar regulador de tensión

Elegir Regulador de Tensión

Como la fuente que voy a realizar quiero que lleve un regulador de tensión para poder tener una tensión estable voy a elegir el regulador 7809. Este regulador entrega 9V positivos.
Una de las primeras cosas que tengo que tener en cuenta es que:

$V_{in}>V_o\Rightarrow$ la tensión de entrada al regulador ha de ser mayor que la tensión de salida

Si sabemos que este regulador consume 3V, la tensión de entrada del regulador ha de ser de 11V como mínimo, sino el regulador no podrá "hacer bien su trabajo".

Documentación

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electan.com - Transformador 9V 300mA de Cebek
pisotones.com - Circuito Ejemplo Fuente Alimentación 9V
electronicasi.com - Circuito Fuente Alimentación Regulable
construyasuvideorockola.com - Otro ejemplo de fuente de alimentación con el 78xx
forosdeelectronica.com - Reguladores de Voltaje 78XX en la práctica - Interesante documento que analiza mejoras en un circuito de fuente de alimentación con los reguladores 78xx
mcbtec.com - Teoría Fuentes Alimentación - Explicación bastante buena de los componenetes y configuración paso a paso de una fuente
info-ab.uclm.es - Teoría Fuentes Alimentación - Explicación muy completa de las fuentes de alimentación
electronicadpe - Calculo de la tensión de rizado
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