En este documento (una introducción a las fuentes de alimentación conmutadas) se presenta una fuente de alimentación conmutada en modo elevador: tiene un inductor, un diodo, un condensador y una carga simples. Luego (página 9) se especifica que este dispositivo puede ser utilizado sólo para voltajes de entrada no superiores a 42,5 V, debido a que no existe aislamiento físico entre el voltaje de entrada y la carga.
Primera pregunta : ¿por qué voltajes mayores requerirían un aislamiento? Es decir: ¿por qué se utilizan convertidores flyback en lugar de convertidores buck-boost en tales casos?
La solución es usar un transformador en lugar del inductor. Suponga que el voltaje de entrada es la red de 220 V CA rectificada, lo que podría ser un voltaje de CC
2ª pregunta : si la tensión de entrada es tan alta, ¿por qué el transformador de una fuente de alimentación conmutada puede ser más pequeño que el de un transformador tradicional (no conmutable) (que primero baja y luego rectifica la señal de 220 V CA)?
La salida de la fuente de alimentación conmutada depende del ciclo de trabajo del interruptor, según la ecuación 1, página 6 del documento mencionado. Sé (es decir: escuché) que sería difícil obtener un ciclo de trabajo preciso con una entrada de 311 V CC (que sería el resultado de los 220 V CA rectificados).
3ra pregunta : ¿por qué debería ser difícil obtener un ciclo de trabajo tan preciso? ¿Es esta una razón importante para optar por insertar un transformador que reduce el voltaje antes del filtro LC?
si la tensión de entrada es tan alta, ¿por qué el transformador de una fuente de alimentación conmutada puede ser más pequeño que el de un transformador tradicional (no conmutable) (que primero baja y luego rectifica la señal de 220 V AC)?
Porque la frecuencia de funcionamiento es mucho más alta que 50 o 60 Hz. Con una frecuencia de operación más alta, la inductancia del primario puede ser proporcionalmente más pequeña, lo que requiere menos vueltas y un tamaño de núcleo más pequeño porque la saturación del núcleo es causada por amperios-vueltas. No es raro que un conmutador funcione a 200 kHz, es decir, 4000 veces más que 50 Hz.
Se trata de la saturación del núcleo, incluso para un transformador de red laminado: la corriente en el primario cuando el secundario está descargado es la corriente que satura el núcleo. La inductancia de magnetización del primario es proporcional a los giros primarios al cuadrado, por lo que si duplica los giros, cuadriplica la inductancia y reduce a la cuarta parte la corriente de magnetización. Así que los amperios se han reducido en 4, las vueltas se han duplicado pero, lo que es más importante, los amperios-vueltas se han reducido a la mitad.
(Alerta general) Esta es la razón por la que un transformador de red de 230 V necesita alrededor de 1000 vueltas en el primario; necesita mantener una inductancia primaria de aproximadamente 10 H. Esto entonces limita la corriente a alrededor de 73 mA y los amperios-vuelta serán alrededor de 73 At. Para un tamaño de núcleo dado, la longitud media del campo magnético podría ser de 300 mm, por lo que la intensidad del campo magnético, H, será de aproximadamente 244 At/m. Con esta fuerza de campo, el hierro y la ferrita y otros materiales del núcleo del transformador están experimentando una densidad de flujo máxima que está a punto de comenzar a causar la saturación del núcleo. Un núcleo más grande significa menos saturación. Más vueltas significa menos saturación. Una frecuencia más alta significa menos saturación. Pese esto contra los lados negativos. Más vueltas = más costo y más pérdidas de cobre. Núcleos más grandes significan un producto más grande y más costos. una frecuencia más alta significa un núcleo más pequeño, menos vueltas,
¿Por qué voltajes mayores requerirían un aislamiento? Es decir: ¿por qué se utilizan convertidores flyback en lugar de convertidores buck-boost en tales casos?
Es una cuestión de seguridad legislativa como se menciona en la página 8
Wouter van Ooijen
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