FUENTES CONMUTADAS EN LA PRACTICA

•

Engenharias

Mabel Alaniz

19/1/2024

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Electrónica I

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FUENTES CONMUTADAS EN LA
PRÁCTICA
SMPS

CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

FUENTES CONMUTADAS

CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

El condensador 1
La bobina 8
Circuitos osciladores 12
Conceptos y circuitos de apoyo 15
Optoacopladores 15
Diodo Schottky 17
Diodos Zener 18
Circuitos de control en electrónica 19
Indicadores de fase en un transformador 20
Circuitos esnúber 20
Clamp- Damper- Dumper 20
Chopper 21
Back up 21
Switcheo de ráfaga y switcheo normal 22
El transistor de efecto de campo 23
Fets de unión 23
Mosfet 23
Prueba del mosfet 25
El transistor bipolar 27
Polarización en región activa y región de corte 31
Fuentes conmutadas introducción 32
Fuentes lineales 32
Fuentes conmutadas 33
Métodos de control 34
Tres modos básicos en la disposición del switcheo 36
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Análisis en bloques de fuentes conmutadas 37
Sistemas de protección 37
Secuencia típica de operación de una fuente switcheada 38
Fuentes conmutadas con STR50092 / 5015 / 5412 / 50103 y similares 40
Fuente CHALLENGER /SANKEY / SAMSUNG 43
Fuente LG chasís MC83A 47
Fuente AIWA AN2010 50
Fuente JVC CN2181 52
Fuente SONY WEGA KV20FV12 55
Fuente PANASONIC CT-G2159E CT-G2939E 58
Comparación entre integrados 61
Fuente LG chasís MC-7CG 62
Fuente SAMSUNG con STR-S6707 66
Fuente SAMSUNG con STR-S5707 70
Comparación entre integrados 72
Fuente DAEWOO DTQ14J2FC 73
Fuente PANASONIC con STR58041 76
Fuente AIWA TVCN141 / 201NH 79
Fuente SHIMASU 14DTR1 82
Fuente PANASONIC modelos CT-T14/20R CT-D14/20R 86
Fuente SONY KV20EXR-10 89
Fuentes SHARP con SCR 91
Fuente SHARP modelo 26ME50 94
Fuente SONY KV27TS27/27TS31 96
Fuente DAEWOO modelo DTQ14 / 20V1FC 99
Fuente ATX DTK PTP-2038 (200W) 103

CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

EL CONDENSADOR

Un condensador es un dispositivo compuesto por dos terminales conductores
separados por un material no conductor. El material no conductor se conoce como
dieléctrico. Las cargas eléctricas o electrones no pueden moverse libremente de un
terminal conductor al otro.
Si una fuente de voltaje, puesta en serie con una resistencia, es conectada a un
condensador mediante un interruptor, como se muestra en la figura 1, tendremos
las siguientes características:

Tan pronto como se cierra el interruptor, una corriente de cargas positivas aparece
en el terminal positivo, y penetra a la placa superior, según se muestra en la figura
2:

Figura 2
A medida que las cargas se van instalando en la placa superior, un número
equivalente de las mismas desaloja la placa inferior, según lo indica la flecha.
Cuando el espacio disponible termina de llenarse, el flujo de cargas desaparece, y
la tensión de la fuente es la misma que entre las placas del condensador:
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 3
El hecho de que las cargas de la placa superior del condensador queden
enfrentadas a sendas cargas localizadas en la parte inferior del mismo, ocasiona la
aparición de unas líneas de fuerza.
Estas líneas conforman la intensidad del campo eléctrico, que será uniforme en
toda el área de las placas.
Debido a que físicamente la distribución y acomodamiento de cargas sobre las
placas del condensador toma algún tiempo y dificultad para realizarse, podemos
afirmar que:
Un condensador es un dispositivo que se opone a los cambios bruscos de tensión
que se aplican sobre sus terminales, y tiene la propiedad de almacenar una
cantidad definida de energía en forma de tensión.
Es importante observar que la cantidad de cargas contenidas dentro del
condensador es siempre la misma, pues por cada carga positiva que llegue a su
placa superior, habrá una carga positiva que desaloje su placa inferior. Esto se
concreta en la siguiente ley:
La corriente que penetra por un terminal debe salir por el otro, en todo dispositivo
de dosterminales.
También es necesario indicar que cualquier variación de voltaje que se intente
aplicar sobre el condensador, ocasionará fuertes incrementos de corriente a través
de su estructura, ya que como la energía que el condensador recibe no se
manifiesta en variaciones repentinas de voltaje sobre sus terminales será entonces
la corriente que fluye a través de él la que cambie abruptamente.
Por cada carga positiva que se aloje en la placa superior del condensador, habrá un
incremento proporcional de voltaje entre las placas del dieléctrico.
El voltaje medido entre las dos placas del condensador es proporcional a las cargas
que tiene almacenadas.
El poder de almacenamiento de cargas de un condensador es lo que se denomina
CAPACITANCIA, y se mide en Faradios. En electrónica esta unidad es demasiado
grande, por lo cual la medida en microfaradios es la más usada. Un microfaradio es
la millonésima parte de un faradio.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

RESPUESTA DEL CONDENSADOR EN EL TIEMPO
Ahora vamos a realizar varios experimentos donde descubriremos cómo se
comporta un condensador ante la aplicación de ondas entre sus terminales.
Las diferentes observaciones de los procesos, nos permitirán entender de manera
segura cómo es su comportamiento.

CARGA DEL CONDENSADOR

Figura 4
Vamos a cargar un condensador de 100uf desde una fuente de 10voltios, a través
de una resistencia de 5KΩ.
Observe las tensiones y corrientes en los instrumentos de la figura 4.
La tensión en bornes de la resistencia es de ______ voltios.
La tensión en bornes del condensador es de ______ voltios.

Figura 5
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Seguidamente hemos cerrado el switch. Registremos las medidas:
Tensión en la resistencia ____________
Tensión en el condensador _________
Corriente en el circuito _____________

Observemos a continuación la variación de la
corriente en el transcurso del tiempo.

Figura 6
Ahora ha transcurrido cierto tiempo mientras el condensador está cargando.
Registremos como antes los valores para este instante.
Tensión en la resistencia _______________
Tensión en el condensador ____________
Corriente del circuito ____________

Figura 7
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Registre ahora los valores de tensiones y corriente para el circuito, según la figura
7.
_____________________________________________
_____________________________________________
______________________________
Luego de un tiempo más largo que el transcurrido para ver la figura 6, el
condensador se acerca a la carga completa, según lo que acabamos de medir en la
figura 7.

Figura 8
En la figura 8, el condensador ha llegado a su carga total. Anote los valores:
_____________________________________________
_____________________________________________
___________________________
Complementando la observación de las gráficas, responda a las siguientes
preguntas:
1- En el primer instante de la carga, el condensador se comporta como una
(baja/alta) resistencia?
________________________
A medida que aumenta la carga, el condensador se demora más tiempo para subir
de tensión.
2- Observando en la figura 5 la tensión en bornes de la resistencia, es posible decir
que en el primer instante de la carga el condensador es un
________________________
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

3- Observando en la figura 8 la tensión en bornes de la resistencia, qué puede decir
del comportamiento del condensador al final de la carga?
_____________________________________________
El oscilograma en la figura 9 registra con exactitud las variaciones que ocurren en el
tiempo durante el proceso de carga del condensador.

DESCARGA DEL CONDENSADOR
Seguidamente analicemos la descarga del condensador.
Es fácil observar que este proceso cumple con las mismas leyes que rigen para la
carga.
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Figura 10
Regresemos a considerar las variaciones del modelo estudiado en las figuras 4 a 8.
Ahora que el condensador está totalmente cargado al valor de la fuente de 10
voltios, conectemos una resistencia también de 5K, para observar el proceso de
descarga, y además los instrumentos de medida de voltaje y corriente. Entonces
procedemos a cerrar el switch:

Figura 11
En primer lugar hemos de convenir en que ahora el condensador es la fuente de
voltaje para la resistencia.
Registremos las medidas en figura 11:
Tensión en el condensador _______________
Tensión en la resistencia _________________
Corriente en el circuito __________________
Luego de transcurrido algún tiempo del proceso de descarga, observemos las
medidas nuevamente en la figura 12:
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Figura 12
Tensión en la resistencia ________________
Corriente en el circuito _________________
Atención: observe la dirección de la corriente, indicada por las flechas en el gráfico
anterior.

Figura13
Ahora que el condensador se ha descargado totalmente, tanto la tensión como la
corriente han llegado a cero. Esto se ha registrado un cierto tiempo después de
iniciada la descarga.
En el oscilograma de la figura 14 se expresa con claridad el seguimiento de las
variaciones a través del tiempo en la descarga del condensador.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
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RESPUESTA DEL CONDENSADOR FRENTE A
UNA ONDA CUADRADA
Una señal de onda cuadrada presenta cambios bruscos de tensión desde cero
hasta un valor máximo positivo de voltaje, y viceversa.

Figura 15. Respuesta del condensador ante una onda cuadrada.

CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
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El sector curvado de la onda de respuesta del condensador en la figura 16, muestra
la oposición que este presenta a los cambios repentinos de voltaje aplicados a sus
terminales.
Mientras la señal del generador crece en un intervalo casi instantáneo, la señal de
respuesta del condensador es mucho más lenta y sólo alcanza el nivel de 2 voltios
un tiempo después. Este intervalo de tiempo es conocido como tiempo de carga del
condensador.
El tiempo de carga del condensador para este experimento es de aproximadamente
0.24mS.
Tao, la constante de carga del condensador, es igual al valor de la resistencia
multiplicado por el valor del condensador.
T = RC
La resistencia para el experimento, se ha designado de 47KΩ, y el condensador
tiene un valor de 0.001 μF, que equivale a 1nF. Por tanto:
T = 0.000047 Segundos.
T = 0.047 mS.
Cuántas veces cabe Tao en el tiempo de carga del condensador? Esto equivale a:
0.24mS/Tao = 0.24mS dividido 0.047mS = 5.1 veces.
De aquí se desprende que el tiempo total de carga para un condensador equivale a
5 Taos, aproximadamente.
Si observamos las gráficas, nos daremos cuenta que Tao equivale al 64% de la
carga total. En el caso del voltaje de la onda cuadrada inicial, es de 2Vpp (voltios
pico a pico). El 64% de 2 voltios equivale a 1.25 voltios aproximadamente.
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Figura16

Figura17. Carga/descarga del condensador.
Seguidamente, y basados en la figura 17, vamos a analizar la corriente de carga y
descarga del condensador.
Para ello disponemos del oscilograma de la figura 18, donde se registra la señal de
entrada, una onda cuadrada, y la tensión tomada en bornes de la resistencia. Esta
tensión tiene las mismas características, es decir que equivale a la corriente del
condensador.
La caída de tensión sobre la resistencia presenta un valor pico “Vp” de 2 voltios en
el preciso instante que el condensador comienza a ser cargado. Este es el punto 1.
Si hablamos de la corriente en este punto, la cual llamaremos Intensidad pico “Ip”,
es igual a Vp (2V en el punto 1) dividido por el valor de la resistencia
R de 47KΩ.
Ip = Vp/R
CURSO DE FUENTES CONMUTADASPRODUCCIÓN:

Ip= 2V/ 47KΩ

Ip= 42.5 μA

Esto nos lleva a concluir lo siguiente:
1. El condensador se comporta como un cortocircuito para la corriente en el instante
exacto en que una fuente externa genera sobre él un cambio súbito de voltaje.
Correspondientemente, afirmaremos:

2. Un condensador cargado a la tensión de la fuente que lo alimenta, se comporta
como un circuito abierto para la corriente.
Continuando el análisis del oscilograma observamos que en el punto 2 el voltaje
sobre la resistencia, ha cambiado súbitamente de polaridad, cuando el generador
está en 0 voltios, punto 3.
Esto significa que el condensador, que en este momento está cargado con 2 voltios,
empieza a desocuparse ahora, devolviendo sus cargas al generador de voltaje. La
dirección de la corriente es inversa a la corriente inicial de carga.
Conclusión:
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
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3. Si un condensador es cargado en un sentido, entregándole una corriente, al
momento de la descarga devolverá una corriente igual pero de sentido contrario a la
que lo cargó.
LA BOBINA
Una bobina es un dispositivo compuesto por dos terminales en forma de una o
varias espiras.

RESPUESTA DE LA BOBINA EN EL TIEMPO

Figura 1
El objetivo de este experimento es comprobar que cualquier variación de corriente
que se intente aplicar sobre la bobina, ocasionará fuertes incrementos de tensión
entre sus terminales.
Para ello vamos a aplicar una onda cuadrada desde un generador. En serie con la
bobina instalamos una resistencia de 15KΩ.
El voltaje leído sobre la resistencia es el reflejo de la corriente a través de la bobina,
ya que ambas se encuentran en serie.
Observemos el oscilograma de la figura 2:
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La corriente a través de la bobina llega a su máximo nivel en un lapso comprendido
entre los puntos 1 y 2 (0.2 milisegundos aproximadamente). Dicha magnitud es
conocida como “tiempo de carga de la bobina”.
Ahora bien, entre los puntos 3 y 4 del oscilograma, aparece el segmento de señal
que representa la descarga de la bobina. Es fácil observar que esta descarga
cumple con las mismas leyes de la carga.
Cuando a través de una bobina hacemos circular una corriente, observamos que
esta sufre un retraso en el tiempo ocasionado por su resistencia a dicho paso y que
se refleja en la parte curvada del segmento. Esto nos permite entender el siguiente
principio:
Una bobina se opone a los cambios bruscos de corriente que se apliquen sobre sus
terminales. Por esta razón es un elemento capaz de almacenar energía en forma de
corriente.
Hasta aquí hemos observado la corriente en la bobina.
Ahora podemos averiguar cuál es el comportamiento del voltaje que aparece sobre
sus terminales durante el intervalo de carga.
Pero antes hemos de comprender un ítem importante:
Qué es una serie aditiva y qué es una serie sustractiva.
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Hagamos el siguiente experimento: Con dos pilas de 1.5V cada una, ubiquémoslas
de modo que el positivo de la primera quede en serie con el negativo de la
segunda. Qué voltaje obtendremos?

Seguidamente añadamos una tercera pilita a la serie, pero dispuesta de manera
que su positivo quede enfrentado al positivo de la segunda pila de nuestro anterior
experimento, así:

Cuál será el resultado en el voltímetro?
El segundo experimento nos muestra con claridad en qué consiste una serie
sustractiva o serie oposición.
Ahora regresemos a la bobina mirando su voltaje de reacción, comprendido entre
los puntos 1 y 3 de la figura 2. Para ello nos valdremos de una conexión como la de
la figura 3.

Figura 3. Polaridad de la bobina en la carga.
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Observe la flecha que indica en este momento el pulso positivo desde el generador.
El voltaje que aparece sobre la bobina cuando esta se encuentra almacenando
energía, es como se ha marcado en la figura 3. Y en el oscilograma de la figura 5 lo
podemos observar marcado con el punto 1. Es en este instante cuando la bobina
genera un pico en serie oposición al del generador, es decir del mismo signo que el
aplicado.
En el momento que el generador cae a 0 voltios, una tensión de signos contrarios
aparece en la bobina (otra serie oposición) y esta entrega su energía almacenada.
Observe que aun cuando los signos han cambiado, la dirección de la corriente se
mantiene. Figura 4.

Figura 4. Polaridad de la bobina en la descarga.
Comprobémoslo observando los puntos 3 – 2 del oscilograma de la figura 5.

Vayamos sintetizando: La tensión sobre la bobina presenta un pico pronunciado en
el punto señalado
1. Esto significa que:
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La bobina se comporta como un circuito abierto en el instante que una fuente
genera sobre ella un cambio súbito de corriente.
Después del punto 1, la curva desciende hasta que la tensión alcanza un valor de
cero voltios. Para este momento el flujo de corriente es máximo. Por lo tanto:
Una bobina cargada a un nivel de corriente máximo se comporta como un
cortocircuito.
Ahora observemos en el oscilograma el punto señalado con 2, el cual nos deja ver
que el voltaje sobre la bobina ha cambiado súbitamente de polaridad, precisamente
cuando el generador de onda ha disminuido repentinamente a cero en el punto
señalado con 3. Esto quiere decir que la bobina invierte la polaridad del voltaje que
tiene entre sus terminales y entrega la corriente que almacenó al negativo del
generador.
1. Cuando a través de una bobina circula repentinamente una corriente, de
inmediato reacciona generando un voltaje en el mismo sentido que la corriente
aplicada, lo cual resulta un circuito abierto para el primer instante.
2. Cuando la corriente cese bruscamente, la bobina producirá un voltaje de sentido
contrario con el fin de entregar su energía almacenada en el mismo sentido de la
corriente que la cargó.

FACTORES QUE DETERMINAN LA INDUCTANCIA
Hay cuatro factores que afectan la inductancia de una bobina:
a) El número de espiras por centímetro de longitud de la bobina. Cuando dos
bobinas tienen la misma longitud, tiene mayor inductancia la que tiene mayor
número de espiras.
b) La longitud de la bobina. Si dos bobinas tienen el mismo radio y número de
espiras, y una de ellas las tiene más separadas, la bobina más larga tiene la
inductancia más pequeña.
c) El radio de la bobina. Cuanto mayor es el radio de una bobina, mayor es la
inductancia.
d) El material del núcleo. Cuanto mayor es la permeabilidad del núcleo, mayor es la
inductancia en la bobina.
INDUCTANCIA MUTUA
El campo generado en una bobina puede inducir un voltaje en otra bobina a causa
de un proceso llamado inductancia mutua.
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Tiene que haber al menos dos bobinas para que exista inductancia mutua, mientras
que la autoinducción sólo necesita de una bobina.
Una definición oficial de inductancia mutua establece que es la propiedad de un par
de bobinas que da lugar a que se induzca un voltaje en una de ellas por variación
de corriente en la otra bobina.
La unidad de medida es el Henrio.
A fin de tener inductancia mutua, las bobinas tienen que estar acopladas
debidamente. El acoplamiento depende principalmente de dos factores:
• Distancia entre las bobinas y
• Si son o no paralelas.
La inductancia es mayor cuando las bobinas están más próximas entre sí.
Para obtener una inductancia mutua máxima, las bobinas tienen que ser paralelas.

CIRCUITOS OSCILADORES
Cualquier dispositivo que repita dos acciones opuestas a una velocidad regular es
un oscilador.
Un oscilador es básicamente un amplificador, pero la realimentación positiva lo
capacita para sostener la salida sin necesidad de una señal de una etapa
precedente.
Los osciladores pueden estar constituidos por circuitosLC, bobina condensador,
circuitos RC, resistencia condensador, como también pueden partir de un cristal
piezoeléctrico.
Los valores de la oscilación alternan periódicamente.
Un ciclo incluye el tiempo de ambas alternancias.
Un ejemplo de oscilaciones mecánicas es un péndulo con movimiento de vaivén.

CÓMO OSCILA UN CIRCUITO LC
En la figura 1 disponemos de un circuito LC conectado a una batería de 1 voltio, a
través de un interruptor, que en el momento está abierto.
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Figura 1
De acuerdo con lo estudiado en el comportamiento de la bobina y el condensador,
cuando cerramos el interruptor (figura 3) se genera una circulación a través de la
resistencia, la cual carga al condensador con una corriente, y a la bobina con un
campo magnético.
Esto genera un intercambio entre bobina y condensador, que podemos observar en
el oscilograma de la figura 2.

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Figura 3
Observemos en la figura 3 que hay una corriente circulando desde el polo positivo
de la batería a través de la bobina, el condensador, la resistencia y el switch, rumbo
al polo negativo, en el primer momento de cerrar el interruptor. Simultáneamente
surge como se observa en el oscilograma, una oscilación provocada por el circuito
LC, más concretamente por la reacción de la bobina, la que se va amortiguando a
medida que pasa el tiempo.
Ahora veamos el momento en que el switch es abierto (figura 4) y estudiemos el
oscilograma de la figura 5. Para este instante el switch se abre, y el circuito LC
reacciona como tal.

Figura 4
Cuando la corriente que venía de la fuente se interrumpe en la bobina, su campo
magnético produce un voltaje autoinducido. Ahora la bobina es una fuente de
voltaje con signo + en la parte de arriba, con el fin de mantener la corriente en el
mismo sentido con que venía, lo que permite que el condensador se descargue
primero y luego se llene en sentido contrario. Cuando la corriente en el
condensador disminuye porque está casi saturado, el voltaje en la bobina se
invierte para propiciar una carga con sentido contrario.
El resultado final es que la inductancia y la capacitancia intercambian energía para
producir alternancias a la frecuencia natural de resonancia del circuito LC, como se
muestra en la figura 5.
La forma de onda es una onda continua senoidal porque los valores de tensión e
intensidad no pueden cambiar abruptamente.
La amplitud de las oscilaciones se vuelve cada vez más pequeña conforme se
disipa la energía en la resistencia del circuito. Esto se denomina generación de
oscilaciones amortiguadas.
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En realidad una bobina en cualquier circuito puede producir oscilaciones
amortiguadas con su capacitancia parásita (o distribuida) en paralelo.
Una brusca caída de intensidad frecuentemente es seguida por oscilaciones
amortiguadas especialmente en bobinas de alta eficiencia.
A la combinación LC se llama circuito tanque porque almacena energía para las
oscilaciones. La habilidad del circuito tanque para producir ondas senoidales se
llama efecto de volante.
En un circuito oscilador práctico se usa un transistor o circuito integrado para
amplificación. Así el oscilador puede proporcionar realimentación positiva del
circuito de salida a la entrada para mantener las oscilaciones. La energía necesaria
para las oscilaciones viene de la fuente.
El circuito convierte el voltaje DC de la fuente en una salida de corriente alterna AC
del oscilador. Para osciladores de alta frecuencia es común el uso de circuitos LC.
Sin embargo para frecuencias de audio o vertical en televisión, se usan los circuitos
RC, ya que los valores de L y C deberían ser demasiado grandes.

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FRECUENCIA DEL OSCILADOR
F = 1.
2П√LC
La frecuencia de resonancia de un circuito LC depende de variables como la
inductancia y la capacitancia del circuito tanque. La relación entre estas y la
frecuencia, es inversamente proporcional.

FORMAS DE ONDA DE LOS OSCILADORES
En la figura 6 se muestran cuatro ejemplos de formas de oscilador. En la 6a, la
onda senoidal es la que produce un oscilador LC sintonizado.
En 6b, la salida de onda cuadrada es de un oscilador con tiempos iguales de
encendido / apagado. Tal circuito es un generador de onda cuadrada.
La onda rectangular en la figura 6c, es realmente una onda cuadrada asimétrica, ya
que el tiempo de encendido y apagado son desiguales.
La forma de onda en diente de sierra de la figura 6d, puede derivarse de la forma
rectangular de figura 6c. El método para lograrlo es usar el voltaje rectangular para
cargar y descargar un capacitor C a través de una resistencia R en serie. Cuando el
voltaje aplicado es alto, carga lentamente a C a través de una alta R para producir
el alza lineal o rampa. Cuando el voltaje de carga cae, C se descarga rápidamente
a través de una baja R. La frecuencia del voltaje resultante en diente de sierra es la
misma que la de la forma de onda rectangular.
Tal circuito se llama un generador de diente de sierra.
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REALIMENTACIÓN POSITIVA
Con el fin de compensar las pérdidas naturales por la resistencia interna, es
necesario llevar parte de la señal del circuito de salida del oscilador a su entrada,
con la misma fase, de modo que la amplitud de la onda que excita, sea un poco
mayor.
Este proceso se denomina de realimentación positiva.

CONCEPTOS Y CIRCUITOS DE APOYO
OPTOACOPLADORES
El optoacoplador es un dispositivo compuesto esencialmente por dos elementos:
Un diodo emisor de luz y Un fototransistor.
(En otros casos puede ser un foto Darlington, fotofet, foto tiristor o foto compuerta.)
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Un Optoacoplador provee aislamiento galvánico, lo que significa que hay
transmisión de señal sin contacto eléctrico.
Por consiguiente las alimentaciones en corriente continua para sus dos etapas
deben ser completamente independientes.

CONSTRUCCIÓN Y POLARIZACIÓN

El ELEMENTO EMISOR DE LUZ es un diodo led polarizado directamente. La caída
de tensión normal en sus bornes es de 1.8 voltios aproximadamente. La corriente
promedia es de 20 mA, con un máximo de 30 mA La emisión de luz es
directamente proporcional a la corriente circulando por el diodo.

Figura 1. Polarización del LED.
Sin embargo la caída de tensión normal en el led de un optoacoplador está
alrededor de 1.1V, con una corriente entre 8 y 9mA.

El ELEMENTO SENSOR es un fototransistor, cuya base es sensible a la luz. Dicha
base puede tener o no conexión externa, dado que para su polarización basta la
luz.
El colector del fototransistor se conecta a una tensión positiva con respecto al
emisor, porque es un transistor NPN. La luz recibida por base hace variar la
resistencia entre colector y emisor.

Figura 2. Fototransistor.
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Figura 3. Terminales del Optoacoplador.

CHEQUEO
Para comprobar el estado de un optoacoplador, se chequea primero el diodo led.
En la escala de diodos del multímetro, la medida normal ofrecida es una caída de
tensión de aproximadamente 1 voltio, con polarización directa.
(Punta roja en el ánodo y negra para el cátodo con un chequeador digital.)
En sentido contrario el circuito mide abierto.
Seguidamente se comprueba en la escala de ohmios más alta, que no haya fugas
entre colector y emisor del transistor. En ambos sentidos debe medir abierto.
Seguidamente se procede a un chequeo dinámico:
� Con una pila de 1.5 voltios se polariza directamente el led del optoacoplador,
pines 1 y 2.
� Simultáneamente se mide en la escala de ohmios, la resistencia entre colector y
emisor del transistor. El registro debe haber bajado.
� Retirando la pila, la resistenciaretorna de nuevo a ser abierta.

APLICACIONES
� En televisión es frecuente el uso del optoacoplador.
Por ejemplo en las entradas auxiliares de video y audio, cuando el receptor no tiene
una tierra aislada de la red. Para la polarización del led, se usa una fuente que
tenga tierra fría: Con un devanado alrededor del núcleo del Fly back, se hace una
rectificación que suministre 12 voltios. Desde aquí se polariza el led y el
preamplificador de la señal de entrada, un transistor NPN.
La polarización del fototransistor se da desde el circuito de tierra caliente del
receptor.
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Las fluctuaciones de la señal entrante de video y audio dan en el led variaciones de
luz que son amplificadas por el fototransistor.
La señal pasa, pero los circuitos quedan eléctricamente aislados. Un ejemplo de
ello es el televisor Challenger TC 920R. Planoteca 5 N° 1A.
� Para el control de las fuentes conmutadas, es común encontrar que la
comunicación entre secundario y primario se establezca a través de un
optoacoplador.
Desde la salida de +B (tierra fría) se toma una muestra que pasa por el comparador
de error y gobierna el led del optoacoplador.
Por su parte el fototransistor que se encuentra conectado al lado primario de la
fuente (tierra caliente) es el encargado de hacer el control en el integrado de
switcheo.

DIODO SCHOTTKY
La frecuencia de operación de una fuente conmutada varía según su diseño, de
modo que es posible encontrarlas oscilando a la frecuencia horizontal de televisión
15.7Khz, en rangos 7 u 8 veces mayores o incluso más altos.
A medida que la frecuencia aumenta, el desempeño de los diodos rectificadores se
hace más exigente, razón por la cual se ha hecho frecuente la utilización de diodos
especiales para este fin, llamados diodos Schottky.
Los diodos que no son de esta clase, se demoran cierta cantidad de tiempo en
dejar de conducir cuando se cambia repentinamente su polarización de directa a
inversa, lo cual se convierte en un problema a medida que aumenta la frecuencia
de operación.
Este factor se denomina Tiempo de recuperación inverso.
El diodo Schottky es un diodo especial al que se le agrega un metal como el oro, la
plata o el platino, para llevar prácticamente a cero su tiempo de recuperación
inverso.
Símbolo. Aunque no siempre, es posible encontrar representado al diodo Schottky
con una S cuadrada en el cátodo.

Diodo Schottky
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PRODUCCIÓN:

Voltaje de conducción.
La tensión de conducción de un diodo Schottky fluctúa entre 0.15V y 0.25V.
Por esta razón es posible ver diodos Schottky en puentes rectificadores de baja
tensión, ya que sólo tumban 0.25V en vez de los 0.7V habituales de un diodo de
silicio.
Chequeo.
En la escala de diodos del multímetro digital la caída normal registrada está
alrededor de 0.1V o 100 milivoltios.
(Recordemos que en la escala de diodos se leen voltios.)
En sentido contrario no hay conducción (a no ser que esté caliente).
Cuando se calienta un diodo, cualquiera que este sea, su barrera de conducción
disminuye, lo cual es más evidente en un diodo Schottky, de modo que se puede
medir como si estuviera en corto cuando está recién bajado del circuito.
Sólo hay que dejarlo enfriar para recuperar su medida normal.
Nunca reemplazar un diodo Schottky con otra clase de rectificador.
Presentación. Puede ser usado de manera unitaria como se observa en figura 4, y
también en medio puente, generalmente con cátodo común como en la figura 5.

Figura 4
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 5. Medio puente Schottky.
Ejemplos. D10SC4M caso 6085 o SBL3040PT caso 6090, es un medio puente, y
RK34 es un solo diodo caso 586.
NOTA: No confundir diodo Schottky con diodo Shockley. Este último es más
parecido a un SCR y tiene 4 capas PNPN.

DIODOS ZENER
La unión PN que conforma un zener contiene un mayor número de impurezas. Esto
hace posible que con suficiente polarización inversa se lleve a cabo la ruptura o
conducción, manteniendo entre sus bornes un voltaje fijo, llamado voltaje zener.
El propósito de este tema consiste en observar el comportamiento del zener según
esté en serie o paralelo.
Diodo zener en paralelo.
La corriente de un circuito se divide entre las resistencias que estén en paralelo
actuando como carga.
Aun cuando un diodo zener en paralelo se sitúa con la intención de regular el
voltaje de salida, ello no impide que haya carga de parte del elemento mismo.

Es precisamente esta carga la que pone bajo su dominio la salida final del voltaje.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 6. Zener en paralelo.
El voltaje registrado a la salida del circuito debe ser el mismo voltaje zener, siempre
que la tensión de entrada sea superior a este.
Observe la flecha indicando la circulación de corriente a través del diodo.
Qué indica esto?
--------------------------------------------------------------------
--------------------------------------------------------------------
Zener en serie.
Un diodo zener en serie introduce una caída de tensión al circuito, equivalente al
voltaje zener.

Figura 7. Zener en serie.

El diodo se encuentra en serie con la fuente de 9 voltios y la resistencia de 200Ω.
La salida se ha tomado en paralelo con la resistencia de 27KΩ.
¿Cuánto voltaje tumba el diodo?------------------------
¿Qué pasa con la corriente de salida en caso de que la fuente sea menor de 5
voltios?-------------------------------------------------------------------------------------
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 8. Voltaje de entrada menor al voltaje Zener.

Qué pasa con el voltaje en caso de que la fuente sea menor de 5 voltios?
------------------------------------------
--------------------------------------------------------------------
El diodo zener es muy utilizado como referencia en circuitos electrónicos, dados su
baja corriente de consumo, alta precisión y reducido costo.
También puede encontrarse actuando como regulador en fuentes de muy baja
corriente.

OBSERVACIONES: -----------------------------------------
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CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

CIRCUITOS DE CONTROL EN ELECTRÓNICA
Para el eficiente trabajo de los circuitos electrónicos, se requieren elementos de
examen automático que sensen y controlen constantemente el óptimo
funcionamiento de los mismos.
� Existen controles automáticos para circuitos osciladores, donde se vigila su
frecuencia y fase.
� En las fuentes de alimentación eficientes, sean estas lineales o switcheados, el
voltaje de salida debe ser monitoreado para mantenerlo constante.
� Las protecciones de sobre corriente y sobre voltaje deben ser automáticamente
puestas en acción cuando el caso lo merezca.
Todo circuito de control automático tiene tres principios fundamentales a partir de
los cuales establece su trabajo. Tales principios son:
Una muestra.
Una referencia.
Un voltaje de error.
Muestra.
Se toma a la salida del circuito.
Su estado dará la versión exacta del comportamiento actual.
Referencia.
Es un circuito completamente independiente, con unos parámetros fijos de tensión,
corriente, frecuencia y/ofase, calibrados de fábrica.
Contra esta medida será comparada la muestra.
Voltaje de error.
El circuito activo en el que convergen la muestra y la referencia, dictamina una
corrección, la cual expide a su salida.
Este voltaje de error será llevado como una realimentación a la sección de manejo
de salida del circuito controlado.
El circuito que expide el voltaje de corrección se llama comparador de error.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

En fuentes es común encontrar que un circuito de las características descritas para
la comparación y amplificación de error, esté dentro de un chip especializado.
Tal es el caso de la familia SEXXX, cuyos tres últimos números informan el voltaje
que debe salir al final de la corrección en una fuente, ya sea lineal o switcheada.
Por ejemplo SE110, SE115, SE125, SE130, SE135, etc.
El voltaje de salida depende del valor de la referencia.
Sin embargo existen numeraciones distintas para circuitos equivalentes.
Por ejemplo en JVC, el integrado correspondiente para una salida de 114 voltios es
el S1854-C2.
En Sony el EA135 gobierna una fuente de 135 voltios.

Figura 9. Composición interna de un IC como los SE XXX.
Existen otros tipos de integrados que son destinados al control en fuentes.
Por ejemplo el TLP431 o KA431 y el UPC1093J.
Este elemento es un zener con tres terminales: ánodo, cátodo y puerta (gate).
Se encuentra en dos presentaciones: Tipo transistor y tipo integrado.
(Ver los ECG999, ECG999M y ECG999SM.) Son usados en fuentes de Sony,
Samsung, Sankey, Challenger, Daewoo.
De otro lado en Sony hay varios integrados que cumplen el mismo propósito,
algunos de ellos presentados en forma híbrida, antecedidos por las letras DM y
luego el número correspondiente, DM4 por ejemplo.
Es de anotar que el elemento comparador de error al interior de los híbridos DM en
Sony, es generalmente un UPC1093J, acompañado del divisor de tensión para la
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

muestra y los demás elementos de control, lo cual nos da la posibilidad de
fabricarlos en caso de no conseguirse, tal como empieza a suceder actualmente
con algunos modelos.
INDICADORES DE FASE EN UN TRANSFORMADOR
Para indicar la relación de fase en los devanados de un transformador, se
diagraman guías en el plano, en forma de puntos gruesos, en alguno de los
extremos de cada bobina.

Figura 10. Muestra de fase relativa entre primario y secundario.

Circuito Snubber

Figura 11. Circuito esnúber en paralelo con el transistor.
En inglés “Snubber”, significa achatador, burlador, amortiguador.
Se identifica con este nombre al conjunto de componentes dispuesto en paralelo
con el circuito colector- emisor o Drenador-surtidor de un transistor, a fin de
protegerlo contra las reacciones generadas en la bobina, cuando el switch está por
fuera de conducción.
Por ejemplo en una fuente conmutada, el transistor conversor en serie con el
primario del transformador, debe ser protegido por el Snubber cuando la reacción
de la bobina lo golpea fuertemente, para evitar su ruptura.
El esnúber puede ubicarse alternativamente en paralelo con la bobina primaria del
transformador.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Es posible encontrar también elementos achatadores en el circuito base emisor del
transistor.

NOTA: NUNCA desconectar algún componente del circuito esnúber al
encender la fuente.
CLAMP - DAMPER – DUMPER
La juntura base-emisor del transistor conversor, también es protegida a través de
elementos que evitan un exceso de voltaje inverso, en el momento que el mismo
deja de conducir.
Tales circuitos se nombran como clamp, damper o dumper y se conforman con
diodos de alto switcheo.
Clamp o fijador, Damper o humedecedor y Dumper o enterrador.
Cualquier denominación tiene el mismo sentido.

Figura 12. Diodo damper, dumper o clamp entre base y emisor del transistor.

CHOPPER
La denominación CHOPPER es de uso muy frecuente en el argot técnico
electrónico.
Quienes realmente saben del origen de este término, presentan sus reparos a la
costumbre que denomina así al transformador conversor en la fuente switcheada.
Al incorporar este término del idioma Inglés, lo escribiremos con una sola P, chóper.
Significa troceador, es decir convertidor de una gran longitud de algo, en trozos
pequeños.
Esto es lo que sucede en la fuente conmutada, donde a una gran longitud de
corriente directa, provista por el puente rectificador de entrada de línea y su filtro de
aplanamiento, se la convierte en pequeños pedazos que pasan y se interrumpen a
través del switch en serie con la bobina.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Entonces el nombre se aplica originalmente a todo el conjunto.
Sin embargo, ya sea por extensión o por ignorancia, es el transformador quien
heredó el nombre.
Nosotros lo usaremos de la forma común, sin ningún reparo. Lo importante es
comprender el funcionamiento del sistema.

BACK UP
Se nombra de este modo a los circuitos de respaldo para cualquier sistema.
En fuentes DC y circuitos osciladores por ejemplo, al momento inicial para el
arranque en funcionamiento, se implementan fuentes de baja potencia, las cuales
son respaldadas por otras de mayor corriente, generadas gracias a la operación
iniciada y que se sitúan en paralelo con las de arranque, para soportar el consumo
generado por el funcionamiento total del sistema.
Elemento clave para que el back up sea efectivo y no genere retornos, es el diodo.
Ejemplo:
Una fuente de stand by, cuyo pequeño transformador suministra 12 voltios para
hacer el primer disparo del Relay de encendido del resto del TV.
Cuando el receptor es puesto en ON, desde un secundario del Fly back se entrega
un voltaje entre 12.6 y 13V, el cual se acopla al Relay para mantenerlo activo.
El voltaje de back up debe ser un poco mayor que el de arranque, debido a que hay
un diodo de por medio.

CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 13. Ejemplo de un circuito de respaldo. Los diodos impiden la realimentación
entre fuentes.

SWITCHEO EN MODO DE RÁFAGA Y SWITCHEO
NORMAL
MODO DE RÁFAGA
Este término se refiere a una manera particular de oscilación de una fuente
switcheada, donde hay una baja frecuencia con un ciclo útil muy pequeño.

Figura 14. Aproximación a un modo de ráfaga registrado en el osciloscopio.

La finalidad del modo de ráfaga es cumplir con las mínimas exigencias de trabajo
de una oscilación, para un máximo ahorro de energía.
Aunque la frecuencia del ciclo completo es baja, el lapso de tiempo útil del mismo
es muy corto.
Este modo de trabajo es usado en fuentes switcheadas para el período de stand by.
El tiempo real de conducción del switch se limita al ciclo útil.
Las demás oscilaciones se registran espontáneamente en la inductancia y son
oscilaciones amortiguadas, que se van extinguiendo en amplitud a lo largo del
tiempo.
Entre tanto el transistor de switcheo está cortado y sólo reanuda su funcionamiento
tiempo después, durante el breve lapso de ciclo útil del período siguiente.
NOTA: No todas las fuentes trabajan en modo de ráfaga para stand by.
En tales casos, la frecuencia del switcheo es alta comparada con la desarrollada en
situación normal.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

SWITCHEO NORMAL
Cuando la fuente conmutada sale del modo de espera, se normaliza la frecuencia
del switcheo. Esto implica un aumento en el ciclo de conducción del switch.

El switch conduce

El transformador entrega la energía
Figura 15. Aproximación al switcheo en modo normal.
PROPORCIÓN ENTRE FRECUENCIA Y ENERGÍA ALMACENADA
La relación entre frecuencia y energía para una fuente switcheada en modo normal,
es inversamente proporcional.
Significa que cuando la frecuencia es mayor, la salida tiene menos posibilidad de
corrientey viceversa.
Pero cuidado! Esto puede llevar a confusión cuando se habla del trabajo en modo
de ráfaga.
Ya se mencionó que en este estado, la frecuencia es muy baja. Sin embargo la
salida cumple con los mínimos requisitos de corriente.
Dónde está la contradicción?
Realmente no hay contradicción si recordamos que en ráfaga, aunque la frecuencia
del ciclo completo es baja, el tiempo real de conducción del switch (período útil) es
muy breve. El resto está ocupado por oscilaciones amortiguadas.

CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO
Dada la facilidad y economía de fabricación, los transistores de efecto de campo se
han vuelto cada vez más importantes y tan comunes como los transistores
bipolares.
Los FET también son conocidos como transistores unipolares, ya que la corriente
principal se mueve a través de un solo material, ya sea positivo o negativo, llamado
Canal.
La cantidad de corriente que se desplaza a través del canal, es administrada por un
voltaje aplicado a la Puerta, fabricada esta de material P si el canal es N y
viceversa.
Los extremos del canal, por donde circula la corriente principal, se denominan
Drenador y Surtidor.
Las características de conducción de los FET se asemejan a las de un transistor
bipolar y aún las superan en algunos aspectos.
Una de las principales es que la corriente entre Drenador y surtidor puede ser
administrada por un voltaje de entrada con casi cero corriente en la puerta.
Esto significa una alta impedancia en el circuito de entrada, cualidad indispensable
en el manejo de señales débiles, por ejemplo las de antena en un sintonizador de
canales.
Existen dos clases principales de FET:
• Los FET de unión
• Los MOSFET o constituidos por metal / óxido / semiconductor.

FETS DE UNIÓN
Según el material de construcción, existen dos tipos de FET: Canal N y Canal P.
El canal es una resistencia de silicio, que conduce corriente entre Drenador y
surtidor.
La corriente se controla con el voltaje aplicado a la puerta.
Esto permite que el FET sea usado como amplificador o como switch.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Un FET de canal N conduce o tiene ensanchado el canal cuando la puerta tiene un
voltaje 0V.
Al Drenador se aplica una tensión positiva con respecto a surtidor.
A medida que el voltaje de puerta se hace más negativo, el canal se estrecha hasta
cerrarse por completo.

Figura 1
MOSFET
Los transistores de efecto de campo, hechos de metal / óxido / semiconductor han
llegado a convertirse en los más importantes de la familia, por su facilidad de
fabricación y mínimo consumo de energía.
También, como los FET, son construidos de material tipo P o N, pero a diferencia
de aquellos, la puerta está aislada por una delgada capa hecha de dióxido de silicio
SIO2.

Figura 2
Dado que el objetivo de nuestro tema es el estudio de las fuentes conmutadas, nos
centraremos en el MOSFET canal N, tipo ensanchamiento, ampliamente usado
como switch de potencia en muchos diseños.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 3
Un voltaje de puerta positivo crea un canal entre Drenador y surtidor. Entonces la
corriente puede fluir a través del canal.
El voltaje de puerta gobierna la resistencia entre Drenador y surtidor.
Si el voltaje sube, la resistencia baja, pero si el voltaje de puerta cae a 0V, la
corriente entre Drenador y surtidor es cero.
Esta es la razón para llamar a este tipo de MOSFET de “ensanchamiento” o
“enriquecimiento”.
En Drenador la tensión de polarización es positiva.

Figura 4
A diferencia de los transistores bipolares, la tensión de puerta en el MOSFET puede
variar en el rango de varios voltios.
Al estar la puerta aislada por el dióxido de silicio, se forma un condensador de muy
baja capacidad entre puerta y surtidor.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Entonces la corriente es despreciable. Por esta razón se dice que el manejo se
hace con voltaje.
Los tipos de MOSFET usados en fuentes conmutadas pueden articular corrientes
altas en pocas billonésimas de segundo.

¡CUIDADO!
La capa aislante entre puerta y canal, hecha de dióxido de silicio, es muy delgada,
razón para que ocurra daño por cargas electrostáticas, si no se toman las
precauciones apropiadas.
Dicen los que saben de este aspecto, que es posible que la carga estática
generada por la ropa o una envoltura de papel celofán puedan dañar la compuerta
de un MOSFET.

Figura 5
Sin embargo es un hecho que cuando uno va a cualquier almacén de repuestos,
estas precauciones no se observan. Igual ocurre en el montaje cuando nos toca
reemplazarlo, y sin embargo es raro que ocurra daño.
Por ejemplo un IRF9610 o un P6N60FI y similares.
¿Será que los están fabricando con algún tipo de protección?
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 5

PROBADOR DE MOSFET
De la página “comunidadelectronicos.com” anexamos el siguiente documento, que
puede ser de utilidad a la hora de hacer prueba dinámica de un MOSFET.

Figura 6
Lista de materiales:
C1 - Capacitor 4,7uF (16Volts mínimo)
R1 - Resistencia 2200Ω1/4W
R2 - Resistencia 10KΩ 1/4W
R3 - Resistencia 680Ω 1/4W
R4 - Resistencia 100 KΩ 1/4W
IC - CMOS CD4049
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

D1 - LED Rojo
D2 - LED Verde (Colores y tamaños a elección o disposición)
Pulsador: NA (Normalmente abierto)
Batería de 9V. Zócalo para transistores, conectores, etc.
Modo de Uso:
Consiste en conectar correctamente los terminales D, G y S del transistor MOS-FET
en los correspondientes terminales del probador y verificar lo siguiente, de acuerdo
al diagrama:
I) TRANSISTOR EN BUEN ESTADO:
a) "Transistor con diodo interno surtidor-Drenador".
Si el "LED verde" enciende (debido a presencia del diodo interno) antes de
presionar el pulsador y luego de presionar el mismo, es acompañado por el "LED
Rojo" (Canal N), significa que el transistor es de "canal N" y su correspondiente
diodo surtidor-Drenador se encuentran en BUEN ESTADO.
El caso "inverso" significa que un transistor "canal P" con diodo interno (S-D) está
en BUEN ESTADO.
b) Si el transistor carece de diodo entre surtidor y Drenador, solo el "LED Rojo"
encenderá luego de presionar el pulsador, si éste es de "canal N" y se encuentra en
BUEN ESTADO. Lo inverso ("LED verde" enciende solamente c/ pulsador activado)
se cumpliría para un transistor de "canal P" en las mismas condiciones.
II) TRANSISTOR EN CORTOCIRCUITO (malo):
En caso de estar el transistor en CORTOCIRCUITO, se produce el "encendido" de
"ambos" LED sin necesidad de presionar el pulsador. (Esto es más rápido y práctico
determinarlo con el buzzer o comprobador de continuidad del téster!)
III) TRANSISTOR ABIERTO (malo):
En caso de transistor ABIERTO tanto con el pulsador activado como sin activarlo,
"ambos" diodos permanecen "apagados". (En este caso convendría hacer un ligero
corto entre terminales D y S del probador y al producirse el "encendido de ambos
LED" nos aseguramos el estado medido del transistor)

EL TRANSISTOR BIPOLAR
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Un transistor bipolar está constituido por tres capas de material semiconductor, dos
negativas, una positiva para el NPN, y dos positivas, una negativa para el PNP.
El nombre para cada uno de los terminales, conservando el orden NPN o PNP,
siempre será emisor, base, colector, de modo que la base es el electrodo central.
El objetivo al usar un transistor es conseguir un gran flujo de corriente entre emisor
y colector, gobernándolo con una muy pequeña corriente desde la base.

CARACTERÍSTICAS DE CONDUCCIÓN DEL TRANSISTOR
La unión base emisor constituye un diodo, de modo que si el material es silicio, la
tensión necesaria para que haya conducción está entre 0.5 y 0.7 voltios.
En otras palabras, paraque un transistor conduzca, es esencial que entre base y
emisor haya una tensión aproximada de 0.6voltios de polarización directa.
Esta regla de oro vamos a concretarla con unas explicaciones gráficas:

Figura 1
En la figura 1 observamos que la tensión base emisor del transistor es de 0.45
voltios, es decir, menor de 0.5voltios. Por el circuito colector emisor circula una
corriente despreciable de 1.40μA. Por lo tanto, no hay caída de tensión en bornes
de la resistencia de 1K. El voltímetro demuestra que la tensión colector emisor, es
la misma que la de la fuente.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 2
Ahora, en la figura 2, la tensión de base a ascendido a 0.5volitos, con lo cual una
pequeña corriente de 8.39μA ha comenzado a fluir, haciendo que la lectura del
voltímetro caiga en 0.01voltios.
En este momento podemos afirmar que la resistencia colector emisor del transistor
empieza a reducirse.

Figura 3
Observamos en la figura 3, que la tensión entre base y emisor es de 0.6voltios, lo
cual ha hecho que la resistencia colector emisor disminuya un poco más.
Por consiguiente ha aumentado la caída de tensión en los bornes de la resistencia,
y ahora el voltímetro registra 8.67voltios desde colector a tierra.
¿Cuánta es la caída de tensión en bornes de la resistencia?
___________________voltios.
La lectura del amperímetro es de 332μA y se pueden observar las flechas
señalando la dirección de la corriente. Usando la ley de Ohm confirme la corriente
circulando a través de la resistencia.
Recuerde que I=E/R. Entonces la corriente es
de_______________________________
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 4
Ahora en figura 4 el transistor está saturado. ¿Qué significa esto? Observe que la
tensión base emisor es de 0.7 voltios, y según el voltaje registrado entre colector y
emisor, podemos afirmar que la resistencia interna del transistor es baja.
La corriente que circula por la resistencia y el circuito colector emisor del transistor,
señalada por las flechas, se mide en el amperímetro como de 8.98mA. Compruebe
este valor partiendo de la ley de Ohm. De acuerdo con este análisis, qué significa
para usted el hecho de que el transistor se encuentra saturado?
_________________________________________
_________________________________________
_____________________________
Los ejemplos anteriores fueron efectuados en su totalidad con transistores NPN,
pero también aplican sus leyes a los transistores PNP. Para estos últimos basta
observar las diferencias de polarización de acuerdo con sus materiales de
construcción.
La tensión base emisor del transistor en figura 5 es de –0.4 voltios. En otras
palabras, para un transistor PNP la tensión de la base siempre debe ser negativa
con respecto al emisor. Sin embargo, todavía –0.4 voltios no logran poner en
conducción al transistor y, por consiguiente no hay caída de tensión en colector.
Entonces también podemos afirmar que la corriente colector emisor es de
_____________ Amperios.
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 5
En la figura 6, la tensión base emisor es de ________ voltios. Ahora se mide una
caída de tensión en colector. Ello indica que la resistencia interna del transistor ha
disminuido. Podemos calcular la corriente basándonos en la ley de Ohm
I=E/R. Entonces la corriente es de ______________ amperios.

Figura 6
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 7
Observemos en la figura 7 que la tensión entre base y emisor se ha incrementado a
_________ voltios.
Esta es la razón para que en el voltímetro se lea 8.61V. Significa por lo tanto, que la
resistencia interna del transistor se ha (aumentado/
disminuido)____________________
Según el cálculo que podemos obtener basados en la ley de Ohm, la corriente que
circula por la resistencia es de: ________________. La corriente a través de la
resistencia es/ no es la misma que circula entre colector emisor del transistor
______________

Figura 8
Como la corriente en el transistor es la misma que circula a través de la resistencia,
y es de 0.393 mA, calculemos ahora la resistencia interna del transistor basados en
la ley de Ohm R=E/I. ¿Cuál es la tensión? Observemos que si el voltímetro dice
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

8.61 voltios, esta es la tensión entre colector y emisor del transistor. Entonces
8.61V / 0.00039
Amp = 22.077ohmios. Esta es la resistencia interna del transistor, 22.1K
aproximadamente. Figura 8.
En la figura 9 observamos que la tensión base emisor del transistor es de -0.7
voltios. Cuando esto sucede decimos que el transistor está saturado, y por lo tanto
la resistencia colector emisor es mínima. Si la resistencia interna del transistor es
muy baja, el voltaje colector emisor también es
_______________________
Calcule la corriente a través del transistor.
_______________________

Figura 9
Seguidamente averigüe la resistencia interna del transistor. R=E/I.
______________________

AHORA RESPONDA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS:
¿Qué voltaje se aplicó para los experimentos con el transistor NPN al terminal de
colector?
(figuras 1 a
4) ________________
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

¿Fue este voltaje positivo, o negativo? ___________

De acuerdo con esta observación diga cómo debe ser la polarización de colector
con relación a emisor para un transistor NPN? __________________
Seguidamente observe la polarización de colector para los gráficos (figuras 5 a 9)
de transistores PNP.
El voltaje aplicado al colector con relación al emisor fue __________________
De acuerdo con esta otra observación, diga cómo debe ser la polarización de
colector con relación a emisor para un transistor PNP? _________________

COMPLETE LA POLARIZACIÓN PARA LOS
SIGUIENTES TRANSISTORES:

CUALES DE ESTAS POLARIZACIONES SON
INCORRECTAS?
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

CONCLUSIONES
1. Para que un transistor conduzca la tensión base emisor debe ser de
polarización directa, entre 0.5 y 0.7 voltios.
Esto significa que con relación al emisor, la tensión de base en un transistor NPN
debe ser positiva, mientras que en un PNP la misma será negativa.
2. La polarización de colector para un transistor NPN debe ser más positiva que la
polarización de la base.
3. La polarización de colector para un transistor PNP debe ser más negativa que la
polarización de la base.
4. Cuando la polarización base emisor sube en sentido de conducción, la
resistencia colector emisor baja y la corriente aumenta tanto para un transistor NPN
como para un PNP.
5. En los ejemplos de polarización, figuras 1 a 9, hemos aprendido que cuando un
transistor conduce, la tensión entre colector y emisor disminuye, ya que su
resistencia interna también lo hace.

POLARIZACIÓN EN REGIÓN ACTIVA Y REGIÓN DE
CORTE
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Polarizar es llevar alimentación en corriente continua a un elemento, como por
ejemplo, un transistor. La polarización es esencial para que el circuito trabaje. Un
transistor puede estar polarizado en región activa, o en región de corte. Esto
depende de la clase de circuito en que esté operando.
• Cuando un transistor tiene entre base y emisor un voltaje de corriente continua
comprendido entre 0.5 y 0.7 voltios, se dice que está en región activa. Esto significa
que el transistor conduce.
• Si la tensión entre base y emisor es inferior a 0.5 voltios, se dice que el transistor
está en región de corte.
En otras palabras, el transistor no conduce.
• Concretamente se dice que un transistor está en región activa, cuando su voltaje
corriente continua entre base y emisor es de 0.6 voltios. (Ver Tabla 1)

FUENTES CONMUTADAS
INTRODUCCIÓN
Para el normal funcionamiento de cualquier equipo es necesario disponer deuna
fuente de poder que le provea sus necesidades de voltaje y corriente.
Durante mucho tiempo el uso de fuentes lineales, ha sido la manera de responder a
esta necesidad.
Tales diseños generalmente son de baja eficiencia, ya que disipan en forma de
calor la diferencia entre el voltaje de entrada no regulado y el voltaje de salida
regulado. Además su tamaño es generalmente considerable.
Para superar estas limitaciones se ha recurrido al diseño de fuentes switcheadas,
debido a sus características de eficiencia y bajo volumen. Sin embargo,
inconvenientes como la emisión de ruido electromagnético y de radio frecuencia,
son inherentes a su constitución y deben ser eliminados.
Los términos conmutación, switcheo u oscilación, corresponden a la acción repetida
de circular una corriente e interrumpirla, a través de un circuito.
El principio general de una fuente conmutada, tiene como resultado la conversión
de una tensión DC en otra DC gracias a las reacciones ocasionadas por cambios
abruptos y constantes de los valores de corriente a través de una inductancia. La
CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

energía resultante será rectificada y filtrada para disponer nuevamente del voltaje
DC.
La salida depende del control efectuado por un circuito automático el cual, gracias a
la comparación entre muestra y referencia, administra el tiempo de encendido –
apagado del switch en serie con la bobina, para la dosificación de corriente a través
de la misma.
NOTA: Si bien es cierto que los principios generales de las fuentes conmutadas son
de aplicación universal, el objetivo de este curso tiene énfasis en fuentes cuyo
voltaje y cuya corriente no son muy altos. De esta manera, al hablar de temas como
“protecciones”, se excluye la consideración de aquellas aplicaciones cuyo rango de
estrés sea superior a los valores promedio de un receptor de televisión o aparatos
similares en consumo de potencia.

FUENTES LINEALES
La operación de un regulador lineal es siempre en corriente continua. La diferencia
de tensión entre el circuito de fuente no regulada y la salida, es disipada en forma
de calor por el elemento de control o regulador, que se convierte en una resistencia
variable para mantener constante el voltaje de salida, no obstante las variaciones
de la entrada y de la carga.
Existen esencialmente dos modalidades de regulador lineal:
� El regulador en paralelo y
� El regulador en serie.

CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

Figura 1. Diagrama en bloques de una fuente lineal tipo serie.

REGULADOR EN PARALELO.
Es un sistema usado para circuitos de pequeño consumo, dado su bajo factor de
rendimiento. El regulador mantendrá constante el voltaje de salida derivando a
tierra parte de la corriente del circuito.
Este ya es en principio un factor de bajo rendimiento. Cuando la carga aumenta, el
drenaje de corriente a tierra será menor.
Ejemplo:

Figura 2
REGULADOR EN SERIE:
La eficiencia de este sistema es mayor, debido a que la pérdida de corriente es
mínima cuando el circuito no tiene carga.
Sin embargo a medida que el consumo aumenta, la diferencia entre la fuente
primaria y la salida genera disipación de calor en el elemento de control.

Figura3

CURSO DE FUENTES CONMUTADAS
PRODUCCIÓN:

FUENTES CONMUTADAS
Las reacciones generadas en una bobina y la energía almacenada en la misma
ante cambios súbitos de corriente, pueden ser convertidas en tensiones de
corriente continua a través de rectificación y filtraje.
Si el elemento de switcheo disipa una baja proporción de la energía en forma de
calor, la eficiencia del circuito será muy superior a la de una fuente lineal.
El voltaje de salida está en relación con el tiempo de encendido y apagado del
switch.
Por tanto el sistema de regulación debe administrar estos parámetros para que la
fuente tenga una salida constante.

Figura 4. Diagrama en bloques de un tipo de fuente conmutada.
MÉTODOS DE CONTROL
Los sistemas más comunes de hacer el control sobre una oscilación para
administrar el tiempo de encendido – apagado del switch son:
• PWM o modulación de ancho de pulso.
• Modulación de frecuencia.
• Saturación de núcleo.

� MODULACIÓN DE ANCHO DE PULSO. La sigla PWM viene del inglés
“Pulse width modulation”, y significa Modulación de ancho de pulso. Es la
fabricación de una onda de frecuencia constante, con posibilidad de que la duración
de sus semiciclos pueda variar complementariamente.
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Esto significa que, aunque el período tiene una extensión fija, si la duración del
semiciclo positivo se reduce, aumenta el tiempo del semiciclo negativo y viceversa.
La incidencia final está en la duración del tiempo de encendido - apagado del
switch.
Supongamos que este es un transistor NPN.
Entonces su base debe ser excitada por una onda positiva con respecto al emisor.
Para que exista switcheo, la onda en la base debe tener una amplitud suficiente con
el fin de saturar y cortar al transistor.
La forma ideal es una onda cuadrada o rectangular.

Figura 5. La frecuencia es constante. El ancho de pulso varía.
La duración del semiciclo positivo determina el tiempo de encendido del transistor.
Sin modificar el ciclo total, es posible hacer el semiciclo positivo más corto o más
largo.
La energía almacenada en la bobina es directamente proporcional al tiempo de
circulación de corriente por la misma. De otro lado, el pico de tensión entregado en
la descarga, será proporcionalmente inverso al tiempo de la misma descarga.
Significa que si este tiempo es corto, la bobina producirá un voltaje mayor al
entregado si dispone de un tiempo largo para deshacerse de su energía
almacenada.
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Figura 6. La amplitud de la reacción (líneas segmentadas) depende del tiempo
disponible para la descarga.
El circuito modulador de ancho de pulso regula el voltaje de la fuente, debido a que
desde la salida se toma una muestra en corriente continua, que es comparada con
la onda generada por el circuito oscilador (referencia). Como resultado final es
modificado el ciclo útil del PWM.
NOTA: la modalidad PWM es sólo una de las posibilidades de control para una
fuente conmutada.
Sin embargo el manejo, aunque sea efectuado con un método diferente, siempre
sigue el mismo principio de muestra, referencia y voltaje de error, para conseguir la
regulación.

¿CÓMO SE GENERA EL PWM?
Una frecuencia puede ser modulada en ancho de pulso partiendo de la
comparación de una onda que puede ser diente de sierra, triangular o senoidal, con
un voltaje de muestra, a través de un amplificador operacional.
Si el voltaje de muestra baja, la salida del PWM aumentará, haciendo que el switch
conduzca por un tiempo mayor para mantener fijo el voltaje de salida. El efecto
contrario ocurre si el voltaje de muestra sube. Ver figura 7. Integrados de frecuente
uso para hacer PWM, se encuentran en los ECG 7096 a 7099 entre otros.
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Figura 7. Circuito generador de PWM y su funcionamiento observado en el
osciloscopio.
MODULACIÓN DE FRECUENCIA.
La oscilación aplicada al conversor puede ser modulada en frecuencia para hacer el
ajuste en la salida de la fuente: cuando la frecuencia baja, el tiempo de carga de la
bobina es mayor generando voltajes de reacción superiores a los obtenidos cuando
la frecuencia sube.
Es poco usual encontrar este sistema de manera exclusiva, pero fácilmente puede
estar combinado con la PWM, haciendo gobierno por frecuencia / ancho de pulso.
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Existe además, una manera de modular la frecuencia de una fuente para hacer que
trabaje diferente en stand by y en encendido. Tal consiste en propiciar el modo
BURST o de ráfaga.
En este caso la frecuencia de switcheoen stand by es muy baja, aunque el ciclo útil
es muy corto. Esto suscita oscilaciones no aprovechables en el sistema mientras el
switch permanece cortado, hasta que el nuevo ciclo útil aparece.
(Ver “Conceptos y circuitos de apoyo”)
� NÚCLEO SATURADO. En este caso la frecuencia y el ancho de pulso de la
oscilación, no varían.
El voltaje de salida es mantenido constante, haciendo más o menos alta la
inductancia del transformador, y por tanto su eficiencia para generar tensiones de
reacción. Esto se logra introduciendo una corriente continua de control a través de
un devanado independiente, dispuesto en forma transversal sobre el mismo núcleo.
La disposición transversal de la bobina de control, modifica la inductancia en el
transformador, cuando la corriente de control circula.

TRES MODOS BÁSICOS EN LA DISPOSICIÓN DEL SWITCHEO
Hay tres maneras básicas de posición relativa entre switch, bobina y diodo
rectificador para conseguir el switcheo. Dependiendo de ellas, será la característica
de voltaje y corriente de la fuente.

1. STEP DOWN. También se denomina “Reductor”.
Se caracteriza porque su voltaje de salida es menor que el de entrada y
proporciona buenos niveles de corriente.

Figura 8. Fuente tipo Step Down.
� En el momento inicial el switch se cierra y carga al condensador con un valor
medio de fuerza Electromotriz FEM.
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La razón estriba en que la oposición de la bobina a la circulación de la corriente
impide la carga total del condensador en el tiempo de encendido del switch, que
debe ser menor de 5 taos para la bobina.
Este paso aporta la corriente.
� Cuando el switch se abre, la bobina genera una fuerza contra electromotriz
FCEM negativa al lado del diodo, el cual la rectifica, cargando el condensador con
el voltaje pico inverso.
Este paso aporta el voltaje.

2. STEP UP o elevador.
El voltaje de salida es mayor que la entrada. Los valores de corriente son medios.

Figura 9. Conversor elevador.
� Cuando el switch conduce, la tensión de entrada va a tierra, haciendo circular
corriente por la bobina. El diodo no conduce.
� En el semiciclo negativo cuando el switch se abre, la tensión de FCEM en la
bobina es rectificada por el diodo cargando el filtro con el voltaje de la fuente, más
la tensión pico en la bobina.

3. INVERSOR Fly back. La salida puede ser mayor o menor que el voltaje de
entrada. La disponibilidad de corriente es baja. Puede producir sobre voltajes con
facilidad, lo cual debe controlarse.

Figura 10. Fuente tipo Fly back.
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� En el semiciclo positivo el switch conduce, y a través de la bobina circula
determinado valor de corriente a tierra. El diodo no conduce.
� Cuando el switch se abre, la corriente se interrumpe a través de la bobina y esta
reacciona haciendo conducir al diodo con su FCEM de sentido negativo. El voltaje
generado depende del tiempo de conducción del switch.
� Se denomina Fly back porque la conducción del diodo se lleva a cabo durante el
tiempo de corte del transistor.

ANÁLISIS EN BLOQUES DE FUENTES CONMUTADAS
Como se ha expresado, existen diferentes sistemas de diseño y dentro de cada uno
la forma particular de llevarlo a término, puede ser también múltiple.
No obstante es posible tener una apreciación general bastante aproximada a través
del diagrama en bloques. (Ver figura 4.)
• OSCILADOR. Para establecer un switcheo en el circuito de salida, es
indispensable la presencia de un oscilador. Este elemento puede ser un bloque
independiente, o estar constituido por la combinación transformador switch y
condensador, en lo que se denomina una fuente auto oscilante.
• CONVERSOR. Se compone de la combinación switch (transistor de potencia) y
bobina o transformador. A través de este circuito circula la corriente principal de la
fuente.
• MUESTRA. Es un voltaje DC, tomado de la salida principal o de alguna salida
auxiliar, que entra al circuito comparador.
• REFERENCIA. Es el punto de comparación contra el cual se mide la tensión de
muestra. Puede ser un voltaje DC fijado por un diodo zener, o uno AC dado por
valores RC, posible en modulación por ancho de pulso.
• COMPARADOR DE ERROR. Ya hemos observado que un circuito PWM es
esencialmente un comparador de error. En las fuentes que no usan esta técnica, un
transistor o un amplificador operacional dentro del integrado, es el que lleva a cabo
la función.
También es factible un bloque independiente cuyo componente principal sea un
zener programable, en integrados como el UPC1093J o TLP431. Encapsulados
como el SE110, SE125, SE130, etc, incluyen tanto el comparador que es un
transistor, como el zener de referencia, además del divisor de tensión para la toma
de la muestra.
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• DRIVE CONTROL. No siempre se encuentra este bloque de manera definida, ya
sea porque no exista como tal (fuentes de regulación por núcleo saturado en Sony)
o porque esté incluido dentro del integrado, como en el STR S6707 y similares. La
función del circuito drive es conformar la onda que golpea la base o puerta del
switch.
• SALIDA. Cuando el voltaje en el filtro de salida es correcto, se considera
completamente cumplido el objetivo de la fuente. La rectificación puede ser en
media onda, onda completa puente u onda completa transformador, siendo más
utilizada la primera. Los rectificadores son diodos de alto switcheo y el sistema de
filtraje procura evitar ruido de la fuente hacia las demás zonas del receptor.

SISTEMAS DE PROTECCIÓN
Son varios los parámetros de protección en una fuente conmutada, a fin de que su
operación sea eficiente y segura.

1- LÍMITE DE INRUSH. Este circuito reduce el flujo de corriente hacia los
terminales de entrada cuando la fuente es activada por primera vez, debido a que el
filtro está descargado. En aparatos de televisión y similares este requisito es
satisfecho mediante la puesta en serie de una resistencia de bajo valor y buen
vatiaje entre el puente rectificador y el filtro de aplanamiento.
En casos como las fuentes de PC, el límite de Inrush es confiado a un termistor
NTC.

2- SOFT START. Significa arranque suave. Este sistema hace que la corriente
inicial a través del switch y la bobina sea gradual, dado que los filtros de salida
están descargados.
De este modo se evita ya sea la saturación durante el manejo, o el transiente
excesivo al momento del corte.

3- PROTECCIÓN DE SOBRE VOLTAJE DE SALIDA.
En fuentes que no tienen aislamiento galvánico entre la entrada y la salida, un corto
en el switch puede trasladar a la carga todo el voltaje disponible en el filtro de
aplanamiento.
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En estas circunstancias es muy usado para televisión un diodo zener de avalancha
controlada (caso 570) cuya función es ponerse en corto si el voltaje entre sus
bornes sobre pasa los 130V, seguido de la interrupción del fusible de entrada.
Puede eventualmente encontrarse un SCR cumpliendo la misma función.
Esta protección también se encuentra en fuentes cuyo secundario está aislado de la
red, como las de Sony KV21RS10 por ejemplo.
4- PROTECCIÓN DE BAJO VOLTAJE. En algunos integrados para el manejo de
fuentes switcheadas, existe un circuito capaz de inhibir la salida drive al conversor,
cuando el voltaje de alimentación caiga por debajo de cierto límite.
Tal es el caso del TEA2262.
5- PROTECCIÓN DE SOBRE CORRIENTE PARA EL CIRCUITO DE ENTRADA.
Este implemento es aplicado para establecer un límite de circulación de corriente
por el conversor. Si bien es cierto que en el secundario ya debe haber un circuito
protector de igual característica, el primero es puesto como un respaldo (back up)
que rápidamente proteja al conversor en caso de sobre corriente, máxime cuando la
salida del secundario sea múltiple y el exceso pueda ubicarse en