Cómo es el interruptor conmutador de voltaje
Un conmutador de voltaje, también conocido como regulador de conmutación o fuente de alimentación conmutada, es un componente clave en la mayoría de las fuentes de alimentación modernas.
Su función principal es tomar la corriente eléctrica de entrada, ya sea de la red eléctrica o de una batería, y convertirla en una corriente de salida que se adapte a las necesidades de los dispositivos electrónicos conectados a ella.
El proceso de conversión de voltaje es bastante simple: el conmutador de voltaje utiliza un transformador para convertir la corriente de entrada a un voltaje más alto o más bajo, dependiendo de las necesidades del dispositivo.
Luego, utiliza un circuito de conmutación para regular el voltaje de salida a niveles estables y constantes, lo que garantiza que los dispositivos conectados reciban la energía que necesitan sin sobrecargarlos o dañarlos.
Una de las ventajas clave de los conmutadores es su alta eficiencia energética.
A diferencia de las fuentes de alimentación lineales más antiguas que convierten la corriente de entrada en calor, los conmutadores de voltaje minimizan la pérdida de energía al garantizar que solo se consuma la energía necesaria para alimentar los dispositivos conectados.
En resumen, los conmutadores son un componente esencial en la mayoría de las fuentes modernas.
Al convertir la corriente de entrada en un voltaje estable y constante, garantizan que los dispositivos electrónicos reciban la energía que necesitan sin sobrecargarlos o dañarlos, al mismo tiempo que minimizan la pérdida de energía para aumentar la eficiencia energética.
Hay dos tipos de conmutadores para las fuentes de poder: lineal y conmutada
- Lineal: los diseños de una fuente lineal utilizan un transformador para reducir el voltaje de entrada. Luego, el voltaje se rectifica y se convierte en un voltaje de corriente continua, que luego se filtra para mejorar la calidad de la forma de onda. Estos tipos de fuentes utilizan reguladores lineales para mantener un voltaje constante en la salida. Estos reguladores lineales disipan cualquier energía extra en forma de calor.
- Conmutada: los diseños de una fuente conmutada tiene una metodología más nueva desarrollada para resolver muchos de los problemas asociados con el diseño de la fuente lineal, incluido el tamaño del transformador y la regulación de voltaje. Al cambiar los diseños de la fuente, la tensión de entrada ya no se reduce, en cambio, se rectifica y filtra en la entrada, luego, el voltaje pasa por un chopper, que lo convierte en un tren de pulsos de alta frecuencia. Antes de que el voltaje llegue a la salida, se filtra y se rectifica una vez más.
¿Cómo funciona un conmutador de voltaje?
Un conmutador de voltaje es un componente crítico en la mayoría de las fuentes de alimentación modernas.
Su función principal es tomar la corriente eléctrica de entrada, ya sea de la red eléctrica o de una batería, y convertirla en una corriente de salida que se adapte a las necesidades de los dispositivos electrónicos conectados a ella.
El proceso de conversión de voltaje es bastante simple. El conmutador de voltaje utiliza un transformador para aumentar o reducir el voltaje de entrada según las necesidades del dispositivo.
El transformador consta de dos bobinas de alambre aisladas eléctricamente y colocadas una al lado de la otra.
La bobina de entrada, que está conectada a la fuente de alimentación, se llama ‘primario’, mientras que la bobina de salida, que está conectada al dispositivo electrónico, se llama ‘secundario’.
Cuando se aplica corriente al primario del transformador, genera un campo magnético alrededor de la bobina.
Este campo magnético se transfiere a la bobina secundaria y, a su vez, induce una corriente eléctrica en ella.
Al ajustar el número de vueltas en cada bobina, el transformador puede aumentar o disminuir el voltaje de la corriente eléctrica de entrada.
Después de que el transformador ha ajustado el voltaje de la corriente eléctrica, el conmutador de voltaje utiliza un circuito de conmutación para regular el voltaje de salida a niveles estables y constantes.
El circuito de conmutación utiliza un dispositivo llamado ‘transistor’ para conectar y desconectar rápidamente la corriente eléctrica.
Al hacerlo, puede regular el voltaje de salida al tiempo que minimiza la pérdida de energía en forma de calor.
El proceso de conmutación ocurre miles de veces por segundo y permite al conmutador mantener un voltaje de salida constante incluso cuando se produce una variación en la corriente eléctrica de entrada.
Este proceso de regulación es lo que garantiza que los dispositivos electrónicos conectados a la fuente de poder reciban la energía que necesitan sin sobrecargarlos o dañarlos.
Resumiendo, los conmutadores de voltaje son un componente esencial en la mayoría de las fuentes modernas.
Al convertir la corriente de entrada en un voltaje estable y constante, garantizan que los dispositivos electrónicos reciban la energía que necesitan sin sobrecargarlos o dañarlos, al mismo tiempo que minimizan la pérdida de energía para aumentar la eficiencia energética.
El transformador y el circuito de conmutación son los componentes clave del conmutador, permitiendo la regulación del voltaje y la adaptación de la corriente eléctrica a las necesidades del dispositivo.
La imagen anterior muestra la transformación general de Corriente Alterna (CA) a Corriente Continua (CC) en una fuente de alimentación conmutada.
Rectificación de entrada
La rectificación es el proceso de convertir voltaje de CA en voltaje de CC. La rectificación de la señal de entrada es el primer paso en las fuentes de poder de CA / CC de modo conmutado.
Se piensa comúnmente que el voltaje de CC es una línea recta e inquebrantable de voltaje constante, como el tipo que sale de una batería.
Sin embargo, lo que define la corriente continua es el flujo unidireccional de carga eléctrica. Esto significa que el voltaje fluye en la misma dirección pero no es necesariamente constante.
Una onda sinusoidal es la forma de onda más típica de la corriente alterna y es positiva durante el primer medio ciclo, pero negativa durante el resto del ciclo.
Si el semiciclo negativo se invierte o se elimina, entonces la corriente deja de alternar y se convierte en una corriente continua. Esto se puede lograr mediante un proceso llamado rectificación.
La rectificación se puede lograr usando un rectificador de medio puente pasivo para eliminar la mitad negativa de la onda sinusoidal usando un diodo.
El diodo permite que la corriente fluya a través de él durante la mitad positiva de la onda, pero bloquea la corriente cuando fluye en la dirección opuesta.
Después de la rectificación, la onda sinusoidal resultante tendrá una potencia media baja y no podrá alimentar los dispositivos de manera eficiente.
Un método mucho más eficiente sería cambiar la polaridad de la media onda negativa y hacerla positiva.
Este método se llama rectificación de onda completa y solo requiere cuatro diodos en una configuración de puente.
Esta disposición mantiene una dirección de flujo de corriente estable, independientemente de la polaridad del voltaje de entrada.
Una onda completamente rectificada tiene un voltaje de salida medio más alto que el producido por el rectificador de medio puente, pero aún está muy lejos de ser la forma de onda de CC constante necesaria para alimentar dispositivos electrónicos.
Aunque se trata de una onda de CC, usarla para alimentar un dispositivo sería ineficaz debido a la forma de la onda de voltaje, que cambia de valor muy rápidamente y con mucha frecuencia.
Este cambio periódico en el voltaje de CC se denomina rizado: reducir o eliminar el rizado es crucial para una fuente de alimentación eficiente.
El método más simple y más comúnmente utilizado para la reducción de la ondulación es el uso de un condensador grande en la salida del rectificador, llamado condensador de depósito o filtro de suavizado.
El capacitor almacena voltaje durante el pico de la onda, luego suministra corriente a la carga hasta que su voltaje es menor que la onda de voltaje rectificado que ahora está aumentando.
La forma de onda resultante está mucho más cerca de la forma deseada y puede considerarse un voltaje de CC sin componente de CA.
Esta forma de onda de voltaje final ahora se puede utilizar para alimentar dispositivos de CC.
La rectificación pasiva utiliza diodos semiconductores como interruptores no controlados y es el método más simple para rectificar una onda de CA, pero no es el más eficiente.
Los diodos son interruptores relativamente eficientes, pueden encenderse y apagarse rápidamente con una pérdida mínima de energía.
El único problema con los diodos semiconductores es que tienen una caída de voltaje de polarización directa de 0.5 voltios a 1 voltio, lo que reduce la eficiencia.
La rectificación activa reemplaza los diodos con interruptores controlados, como los transistores MOSFET o BJT.
Las ventajas de esto son dos: primero, los rectificadores basados en transistores eliminan la caída de voltaje fija de 0.5 voltios a 1 voltio asociada con los diodos semiconductores, porque sus resistencias pueden hacerse arbitrariamente pequeñas, y en consecuencia, tienen una pequeña caída de voltaje.
En segundo lugar, los transistores son interruptores controlados, lo que significa que la frecuencia de conmutación se puede controlar, y por lo tanto, optimizar.
La desventaja es que los rectificadores activos requieren circuitos de control más complicados para lograr su propósito, lo que requiere componentes adicionales, y en consecuencia, los encarece.
¿Cuál es el voltaje correcto de una fuente?
No hay respuesta con respecto a la configuración que debe usarse en el voltaje de una PC, ya que está determinada por el país donde se utilizará la fuente.
Consulta la Guía de Electricidad Extranjera de Voltajes por Valet para obtener más información sobre los voltajes de una fuente de computadora y configurar el conmutador de voltaje correctamente.
Por ejemplo, ¿Qué ocurriría si una computadora que contiene una fuente de alimentación que no se ajusta automáticamente al voltaje de entrada se configura en 230 voltios y se conecta a un tomacorriente en los Estados Unidos?
Por ejemplo, si vives en los Estados Unidos, el interruptor de voltaje de la fuente de poder de tu computadora, deberá establecerse en 110v / 115v.
Sin embargo, si estás en Francia, deberás usar la configuración 220v / 230v.
En este caso y haciendo referencia a la pregunta, si se conecta una fuente de poder configurada en 230 voltios en los Estados Unidos, simplemente no encendería por la potencia suministrada que rigen las normas de este país, pero será todo lo contrario si conectas una fuente configurada en 110 voltios en un tomacorriente donde se suministran 220 voltios, en este caso, cualquier componente de hardware recibiría un alto voltaje diferencial que dejaría inservible la fuente.
Importancia sobre el voltaje
La fuente de poder solo puede utilizar lo que proporciona el suministro eléctrico principal que se accede desde el tomacorrientes de la pared de un hogar.
Por lo tanto, si la toma está transfiriendo a la fuente de poder 220v de energía pero está configurada en 110v, pensará que el voltaje es menor de lo que realmente es, lo que irremediablemente podría dañar los componentes de la PC y dejarlos inservibles.
Sin embargo, lo opuesto también es cierto: si la fuente está configurada en 220v, aunque la potencia de entrada de la toma sea de solo 110v, es posible que el sistema ni siquiera arranque porque está esperando mayor energía de la que recibe.
De nuevo, solo utiliza el enlace del voltaje de Valet descrito anteriormente para averiguar cómo deberías tener configurado el voltaje adecuado para tu fuente.
Si el interruptor de voltaje de tu fuente está configurada incorrectamente, apaga la computadora y luego apaga el botón de encendido en la parte posterior de la misma.
Desconecta completamente el cable de alimentación, espera uno o dos minutos y luego coloca el interruptor de voltaje en su ubicación correcta antes de volver a conectar el cable de la fuente.
Dado que estás leyendo acerca de cómo cambiar el voltaje de la fuente de poder, es probable que estés usando tu computadora en un país distinto.
Como no puedes utilizar una fuente sin un cable de alimentación, recuerda que probablemente sea cierto que necesites un adaptador como enchufe para ajustarse al conector adecuado de la fuente.
Por ejemplo, el cable de alimentación NEMA 5-15 IEC 320 C13 se enchufa en un tomacorrientes de patas planas en América del Norte, pero no se puede conectar a un tomacorrientes europeo que utiliza orificios en lugar de patas planas.
Para tal conversión, podrías usar un adaptador de corriente Ckitze.
¿Por qué el conmutador es más eficiente que una fuente lineal?
En electrónica, el suministro de energía eléctrica es fundamental para el correcto funcionamiento de los dispositivos electrónicos.
Las fuentes de alimentación lineales y los conmutadores de voltaje son los dos tipos principales de suministros de energía utilizados en la electrónica.
Sin embargo, los conmutadores han demostrado ser más eficientes que las fuentes lineales.
En primer lugar, es importante entender las diferencias fundamentales entre las fuentes lineales y los conmutadores.
Las fuentes lineales son dispositivos que regulan la corriente eléctrica de entrada y la transforman en una corriente continua de salida con un voltaje constante.
Sin embargo, este proceso genera una gran cantidad de calor que se disipa en el aire, lo que provoca una pérdida significativa de energía.
Por otro lado, los conmutadores son dispositivos que regulan la corriente eléctrica de entrada a través de un proceso de conmutación de corriente eléctrica a alta frecuencia.
Los conmutadores utilizan componentes electrónicos como inductores, capacitores y diodos para transformar la corriente eléctrica de entrada en una corriente continua de salida con un voltaje constante.
Este proceso genera mucho menos calor que las fuentes lineales, lo que resulta en una mayor eficiencia de energía.
La mayor eficiencia en los conmutadores de voltaje se debe a varias razones:
- Menor pérdida de energía: generan mucho menos calor que las fuentes de alimentación lineales. Esto se debe a que el proceso de conmutación de corriente eléctrica a alta frecuencia utilizado por los conmutadores de voltaje minimiza la pérdida de energía. Además, los componentes electrónicos utilizados en los conmutadores son altamente eficientes, lo que reduce aún más la pérdida de energía.
- Diseño compacto: tienen un diseño más compacto que las fuentes lineales. Esto se debe a que los conmutadores utilizan componentes electrónicos más pequeños y livianos, lo que hace que el dispositivo sea más fácil de fabricar y más económico.
- Mayor flexibilidad: son más flexibles que las fuentes lineales. Esto se debe a que los conmutadores pueden operar en un rango más amplio de voltajes de entrada, lo que permite que el dispositivo se adapte a diferentes condiciones de alimentación. Además, los conmutadores pueden suministrar una mayor cantidad de energía que las fuentes lineales, lo que los hace ideales para dispositivos de alta potencia.
En resumen, los conmutadores de voltaje son más eficientes que las fuentes de poder lineales debido a su proceso de conmutación de corriente eléctrica a alta frecuencia, menor pérdida de energía, diseño compacto y mayor flexibilidad.
Al elegir un suministro de energía para un dispositivo electrónico, es importante considerar la eficiencia de energía, ya que esto puede afectar la duración de la batería o el costo de la electricidad.
Además, la eficiencia de energía también tiene un impacto en el medio ambiente, ya que una mayor eficiencia reduce la cantidad de energía necesaria para hacer funcionar los dispositivos, lo que a su vez reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y la huella de carbono.
A medida que los dispositivos electrónicos se vuelven más pequeños y portátiles, la importancia de la eficiencia energética en los suministros energéticos aumenta aún más.
Los dispositivos móviles, como smartphones y tabletas, deben ser capaces de funcionar durante todo el día con una sola carga de batería.
Si se utiliza una fuente de poder ineficiente, la duración de la batería se reducirá significativamente.
Por lo tanto, los conmutadores son una opción popular para los dispositivos móviles debido a su eficiencia de energía adecuada.
Los beneficios de usar una fuente conmutada
Los dispositivos electrónicos modernos se han vuelto cada vez más sofisticados y requieren una fuente de alimentación estable y eficiente para funcionar correctamente.
Las fuentes de alimentación conmutadas o SMPS, han sido ampliamente adoptadas debido a sus numerosos beneficios en comparación con las fuentes de alimentación lineales tradicionales.
- Eficiencia energética: como se mencionó anteriormente, los conmutadores de voltaje son más eficientes que las fuentes de alimentación lineales. Las fuentes de alimentación conmutadas tienen una eficiencia de hasta el 95%, lo que significa que desperdician menos energía y convierten más energía eléctrica en potencia utilizable. Además, como la mayoría de los dispositivos electrónicos modernos utilizan fuentes conmutadas, se ha producido una disminución significativa en el consumo de energía en el mundo.
- Diseño compacto: tienen un diseño más compacto en comparación con las fuentes lineales. Esto se debe a que las fuentes conmutadas no requieren transformadores voluminosos y pueden ser fabricadas con componentes más pequeños. Los dispositivos electrónicos modernos son cada vez más delgados y livianos, por lo que este tipo de fuentes son una solución ideal para la reducción de tamaño y peso.
- Mayor flexibilidad: pueden funcionar en una amplia gama de voltajes y frecuencias, lo que las hace más flexibles en comparación con las fuentes lineales. También pueden ser diseñadas para funcionar con diferentes tipos de entradas de alimentación, como corriente alterna o corriente continua, lo que aumenta su flexibilidad.
- Rendimiento superior: pueden proporcionar un mejor rendimiento que las fuentes lineales. Además, tienen una respuesta más rápida y una mejor regulación de voltaje en contraste a este tipo de fuentes lineales, lo que significa que pueden proporcionar una fuente de alimentación más estable y confiable.
- Protección de dispositivos: pueden incluir protecciones integradas, como protección contra cortocircuitos y sobrecargas, lo que ayuda a proteger los dispositivos electrónicos de daños. Además, este tipo de fuentes conmutadas también pueden tener una protección mejorada contra sobretensiones, lo que ayuda a proteger los dispositivos electrónicos de fluctuaciones en la red eléctrica.
En resumen, las fuentes conmutadas tienen numerosos beneficios en comparación con las fuentes lineales.
Son más eficientes, más compactas, más flexibles y pueden proporcionar un rendimiento superior.
Además, las fuentes conmutadas también pueden incluir protecciones integradas para proteger los dispositivos electrónicos de daños.
Si estás buscando una fuente de poder estable y eficiente para tu dispositivo electrónico, una conmutada es definitivamente una excelente opción a considerar.
Es importante tener en cuenta que las conmutadas también tienen algunas desventajas, como la generación de ruido electromagnético, lo que puede interferir con otros componentes electrónicos cercanos.
Por lo tanto, es importante elegir una fuente de calidad para garantizar que funcione correctamente y no afecte negativamente a otros componentes electrónicos.
¿Cómo elegir la mejor fuente conmutada?
Cuando se trata de elegir la mejor fuente de alimentación conmutada para tus necesidades de electrónica, hay varios factores importantes que debes tener en cuenta.
A continuación, se detallan algunos de los factores más importantes a considerar para ayudarte a tomar una decisión informada.
- Potencia de salida: es uno de los factores más importantes a considerar al elegir una fuente conmutada. Asegúrate de elegir una fuente que pueda proporcionar la potencia de salida adecuada para tu dispositivo electrónico. Es importante elegir una que proporcione suficiente energía para alimentar tu dispositivo sin sobrecargar la fuente.
- Voltaje de salida: es otro factor importante a considerar. Asegúrate de elegir una fuente que proporcione el voltaje de salida correcto para tu dispositivo. Si no proporciona suficiente voltaje, es posible que el dispositivo no funcione correctamente. Por otro lado, si la fuente proporciona demasiado voltaje, es posible que dañe tu dispositivo.
- Corriente de salida: es otra consideración importante. Asegúrate de elegir una fuente que pueda proporcionar suficiente corriente de salida para tu dispositivo. Si la corriente de salida no es suficiente, es posible que el dispositivo no funcione correctamente o se apague.
- Eficiencia energética: es un factor importante a considerar al elegir una fuente conmutada. Asegúrate de elegir una que sea altamente eficiente. Las fuentes más eficientes utilizan menos energía y generan menos calor, lo que significa que durarán más tiempo y requerirán menos mantenimiento.
- Protección contra sobretensión y cortocircuitos: es importante elegir una fuente conmutada que tenga protección contra sobretensión y cortocircuitos. Esto ayudará a prevenir daños a tu dispositivo en caso de un pico de voltaje o un cortocircuito.
- Tamaño y diseño: también son factores importantes a considerar. Asegúrate de elegir una fuente que sea lo suficientemente pequeña para caber en tu dispositivo, pero lo suficientemente grande como para proporcionar la potencia de salida necesaria. También es importante elegir una con un diseño que sea fácil de instalar y usar.
En conclusión, elegir la mejor fuente conmutada para tus necesidades en el ámbito electrónico puede ser una tarea desafiante, pero teniendo en cuenta estos factores, podrás tomar una decisión informada.
Asegúrate de elegir una fuente que tenga suficiente potencia de salida, el voltaje y la corriente adecuados, alta eficiencia de energía, protección contra sobretensión y cortocircuitos, y un tamaño y diseño adecuados para tu dispositivo.
