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

Cálculo

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:

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

V_p se halla de la función de valor eficaz:

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

Corriente Media

$I_m=\frac{V_m}{R_L}$

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.

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.

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 de Red

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.

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.

Documentación

txapuzas.blogspot.com - Paperduino de una fuente de alimentacion
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