Consideraciones de regulación de línea y carga de fuente de alimentación y en cascada

Para que una fuente de alimentación mantenga una salida estable, es importante asegurarse de que puede mantener determinada una salida independientemente de los cambios en el voltaje de entrada, el dispositivo conectado o la carga. La regulación de línea se refiere a la capacidad de una fuente de alimentación para mantener su voltaje de salida de acuerdo a los cambios en el voltaje de entrada. Esto es especialmente importante en situaciones en las que la fuente de entrada de la fuente de alimentación es inestable o si la fuente de alimentación no está regulada por línea, lo que podría causar grandes oscilaciones de salida.

Las fuentes de alimentación de DC convierten una fuente de alimentación de entrada de AC en un nivel de salida de DC deseado. Algunas fuentes de alimentación de DC requieren energía adicional de una fuente de alimentación auxiliar para lograr los niveles de salida deseados. La regulación de línea comúnmente se publica para fuentes de alimentación que requieren una fuente de alimentación auxiliar, pero no se especifica lo contrario. Por lo tanto, usted no debe alarmarse si una fuente de alimentación en particular no publica una especificación de regulación de línea.

La regulación de línea implica la estabilidad de una fuente de alimentación en relación con su voltaje de entrada; la regulación de carga es la capacidad de una fuente de alimentación de mantener un nivel de salida constante de acuerdo a los cambios en su carga. Por ejemplo, si una fuente de alimentación de 10 W está configurada para emitir 10 V en modo de voltaje constante, entonces debe permanecer en 10 V ya sea que esté emitiendo 1 mA o 1 A de corriente. La regulación de carga es la medida de cuánto usted puede esperar que cambie la salida en toda la capacidad de salida del suministro. Alternativamente, en el modo de corriente constante, la regulación de carga se refiere a la cantidad de cambio en la corriente de salida en relación con el cambio en la caída de voltaje.

Como se mencionó anteriormente, las diferentes condiciones de carga pueden tener un impacto en la capacidad de una fuente de alimentación de DC programable para funcionar como se espera. Usted debe tener cuidado al suministrar energía a cargas capacitivas, inductivas y de corriente inversa. El uso inadecuado puede causar un zumbido en su señal de salida o dañar su fuente de alimentación. El zumbido en una señal de fuente de alimentación es una oscilación no deseada del voltaje de salida cuando la fuente de alimentación intenta recuperarse de un transitorio causado por un cambio repentino en la corriente. El zumbido afecta la capacidad de un sistema para estabilizarse, lo que aumenta el tiempo de medida y, si los picos de oscilación son lo suficientemente altos, incluso puede dañar los circuitos conectados. A continuación, usted puede encontrar normas generales para diferentes condiciones de carga; sin embargo, en caso de tener dudas, consulte la documentación de la fuente de alimentación para obtener más información.

^{Figura 1. La respuesta transitoria puede afectar el tiempo y la precisión de la medida si es inestable o demasiado lenta.}

Cargas capacitivas

Por lo general, una fuente de alimentación permanece estable cuando impulsa una carga capacitiva, pero ciertas cargas pueden causar un zumbido en la respuesta transitoria del dispositivo. La velocidad de respuesta de una fuente de alimentación es la velocidad máxima de cambio del voltaje de salida en función del tiempo, que está directamente relacionada con la respuesta transitoria. Cuando se usa una fuente de alimentación para impulsar un capacitor, la velocidad de respuesta se limita al límite de corriente de salida dividido entre la capacitancia de carga total, como se muestra a continuación.

Usando la fórmula de velocidad de respuesta, usted puede ver que cuanto mayor es la capacitancia de carga, más lento es el cambio en el voltaje de salida. Si la respuesta transitoria es demasiado lenta, el tiempo de medida podría verse afectado negativamente, ya que usted debe esperar a que el sistema se estabilice antes de realizar medidas precisas. Sin embargo, si la velocidad de respuesta es demasiado alta, pueden producirse zumbidos. Además, los capacitores se utilizan comúnmente para amortiguar el zumbido en otras condiciones de carga.

Cargas inductivas

Por lo general, una fuente de alimentación permanece estable cuando se activa una carga inductiva en modo de voltaje constante. Si una carga inductiva es producida por una fuente de alimentación que funciona en modo de corriente constante, específicamente en rangos de corriente más altos, la fuente de alimentación puede volverse inestable. En estas situaciones, aumentar la capacitancia de salida puede ayudar a mejorar la estabilidad del sistema.

Algunas fuentes de alimentación tienen una opción de capacitancia de salida programable por el usuario, que le brinda la habilidad de elegir una configuración de capacitancia más alta para reducir la posibilidad de tener zumbido. Alternativamente, usted puede proporcionar una capacitancia externa paralela a su carga, que amortigua el zumbido. Los valores típicos del capacitor que se utilizan para reducir el zumbido cuando se activa una carga inductiva son de 0.1-10 µF. Sin embargo, como se describe en la sección anterior, cuanto mayor es la capacitancia, más lenta es la respuesta de salida. Por lo tanto, usted debe usar la capacitancia mínima requerida para reducir los efectos del zumbido. Por lo general, desea que el voltaje de salida se recupere de los transitorios lo más rápido posible para limitar el tiempo en el que su circuito está recibiendo niveles de voltaje no deseados. Cuanto más rápido vuelva su sistema a un nivel de salida estable, más rápido usted podrá realizar sus medidas, lo que resulta en un tiempo de pruebas más corto. Consulte la documentación de su fuente de alimentación para obtener más información.

Cargas de corriente inversa

En ocasiones, una carga activa puede pasar una corriente inversa a la fuente de alimentación. Las fuentes de alimentación no diseñadas para operación de cuatro cuadrantes pueden dañarse si se aplican corrientes inversas a sus terminales de salida. Las corrientes inversas pueden hacer que su fuente de alimentación se mueva a un modo no regulado. Para evitar corrientes inversas, usted puede utilizar una carga de purga para precargar la salida del dispositivo. Idealmente, una carga de purga debe extraer la misma cantidad de corriente del dispositivo que una carga activa puede pasar a la fuente de alimentación. 

Figura 2. Utilice una carga de purga para proteger su fuente de alimentación del daño que pueden causar las corrientes inversas.

Por ejemplo, suponga que su fuente de alimentación está funcionando en modo de voltaje constante, suministrando 10 V a una carga activa que puede producir una corriente inversa de 30 mA. En este caso, un resistor en paralelo sirve como carga de purga para precargar la salida de la fuente de alimentación. El valor del resistor de purga debe ser tal que la corriente que sale de la salida de la fuente de alimentación sea mayor o igual que la corriente inversa producida por su carga activa. Dividir 10 V entre 30 mA sugiere utilizar una resistencia de precarga de 333 Ω, haciendo coincidir efectivamente la corriente inversa y evitando daños a la fuente de alimentación.

Elegir hardware con protección contra sobrecargas

Como se describe en las secciones anteriores, es importante comprender las condiciones de carga de su equipo y el entorno de pruebas, pero también puede elegir el hardware que lo ayudará a proteger su inversión en caso de que algo suceda. Las fuentes de alimentación programables NI PXI incluyen características como protección de salida de canal, protección de entrada de alimentación auxiliar y protección contra sobrecalentamiento.

El voltaje y la corriente de salida se pueden incrementar conectando en cascada las salidas de una fuente de alimentación multicanal o varias fuentes de alimentación. A veces, una aplicación requiere más voltaje o corriente de lo que puede generar un solo canal de una fuente de alimentación. Los canales de fuente de alimentación en cascada pueden extender las capacidades de voltaje y corriente de una salida, pero debe tener mucho cuidado al hacerlo, ya que esto puede dañar fácilmente la fuente de alimentación o al usuario si no se hace correctamente. 

Canales de fuente de alimentación en cascada para aumentar la salida de voltaje

Si su fuente de alimentación ofrece salidas aisladas, o si tiene disponibles varias fuentes de alimentación aisladas, usted puede ampliar fácilmente el rango de salida de voltaje máximo conectando canales en serie. Para conectar en cascada múltiples canales aislados desde una sola fuente de alimentación o varias fuentes de alimentación, conecte los canales en serie como se muestra en la Figura 3. El voltaje resultante suministrado a su carga será igual a la suma de los voltajes de los canales individuales.

^{Figura 3. Aumente el voltaje de salida conectando en cascada canales aislados de fuente de alimentación.}

Importante: Al conectar en cascada los canales de fuente de alimentación, asegúrese de que el voltaje entre cada pin y la tierra del dispositivo sea menor que el voltaje de aislamiento máximo especificado. Por ejemplo, si la especificación de aislamiento de su dispositivo establece que cada canal está aislado hasta 60 VDC a tierra, entonces el voltaje entre cada pin y tierra debe ser menor a 60 VDC. No cumplir con esta especificación puede dañar el dispositivo y/o dañar al usuario.

Las fuentes de alimentación programables NI PXI ofrecen canales con salidas aisladas, por lo que usted puede conectar en cascada múltiples canales en serie para generar un mayor voltaje de salida. Consulte la documentación y las especificaciones para obtener información detallada y recomendaciones sobre cómo combinar los canales de salida.

Canales de fuente de alimentación en cascada para aumentar la salida de corriente

Si su fuente de alimentación ofrece salidas aisladas, o si tiene disponibles varias fuentes de alimentación aisladas, usted puede ampliar fácilmente el rango de salida de corriente máximo conectando canales en paralelo. Para aumentar la salida de corriente conectando en cascada múltiples canales aislados desde una sola fuente de alimentación o varias fuentes de alimentación, conecte los canales en paralelo como se muestra en la Figura 4. La corriente resultante suministrada por la fuente de alimentación a su carga será igual a la suma de las corrientes de los canales individuales.

^{Figura 4. Aumente la corriente de salida conectando en cascada canales aislados de fuente de alimentación .}

• La regulación de línea es la capacidad de una fuente de alimentación de mantener el voltaje de salida de acuerdo a los cambios en el voltaje de la línea de entrada.
• La regulación de la carga es la capacidad de una salida de fuente de alimentación para permanecer constante de acuerdo a los cambios en la carga.
• Usted debe tener cuidado al suministrar energía a cargas capacitivas, inductivas y de corriente inversa. El uso inadecuado puede causar un zumbido en su señal de salida o dañar su fuente de alimentación.
• El zumbido en una señal de la fuente de alimentación es una oscilación no deseada del voltaje de salida cuando la fuente de alimentación intenta recuperarse de un transitorio causado por un cambio repentino en la corriente, lo que puede aumentar el tiempo de prueba o incluso dañar los circuitos conectados con picos de alto voltaje.
• La velocidad de respuesta de una fuente de alimentación es la velocidad máxima de cambio del voltaje de salida en función del tiempo.
• Si una carga inductiva es producida por una fuente de alimentación que funciona en modo de corriente constante, aumentar la capacitancia de salida puede ayudar a mejorar la estabilidad del sistema.
• Las corrientes inversas pueden hacer que su fuente de alimentación se mueva a un modo no regulado y pueden causar daños. Evite corrientes inversas utilizando una carga de purga para precargar la salida del dispositivo.
• El voltaje y la corriente de salida se pueden incrementar conectando en cascada las salidas de una fuente de alimentación multicanal o varias fuentes de alimentación.
• Al conectar en cascada los canales de alimentación, asegúrese de que el voltaje entre cada pin y la tierra del dispositivo sea menor que el voltaje de aislamiento máximo especificado.
• La corriente de transporte describe la cantidad de corriente que puede pasar a través de un relé previamente cerrado sin causar daños. Por otro lado, la corriente de conmutación es la corriente nominal máxima que puede fluir a través del interruptor cuando hace o rompe el contacto sin causar daño.