Tipos de fuentes de alimentación más comunes

Basic types of power supplies based on different design principles:

Linear power supplies

Linear regulated power supplies provide highly constant output voltage, low ripple and noise and fast regulation, even with high line and load transients. They produce significantly less electromagnetic interference than switchedmode power supplies. A conventional mains transformer isolates the power-line from the secondary circuits (output stages). It is followed by a rectifier that supplies the unregulated voltage to a series actuator. Capacitors at the input and output of the regulator circuit serve as buffers and decrease the ripple.

A high precision reference voltage controls the analog output amplifier. This amplifier is generally fast and allows very short recovery times for load changes.

R&S Essentials linear power supplies: R&S®NGA100, R&S®NGL200, R&S®NGM200, R&S®NGU201/401.

Switched-mode power supplies (SMPS)

SMPS, e.g. R&S®NGP800, have much higher efficiency than linear regulated power supplies. In a first step, the line voltage is rectified. Due to the high input voltage, buffer capacitors with a small capacitance can be used. In a second step, the DC voltage to be converted is chopped at a high frequency.

This takes place in the switching transistor and requires only comparatively tiny and light ferrite chokes or transformers with low losses. The switching transistor is switched fully on and off, hence switching losses are low. The output voltage is usually regulated by changing the duty cycle of the switching transistor. A rectifier and low-pass filter improve the output quality.

Mixed architecture power supplies

Different combinations of the above basic designs are in use. For example, the R&S®NGE100B power supplies use a mains transformer at the input, followed by a rectifier and switched-mode circuitry to regulate the output voltage, providing high efficiency. A linear stage reduces unwanted signal components at the output. Another example for mixed achitecture is the R&S®HMP2000/4000.

Cuadrantes de las fuentes de alimentación de corriente continua

Cuando fluye corriente hacia el terminal de tensión positivo, la fuente de alimentación actúa como una carga electrónica. En este caso, absorbe potencia en lugar de suministrarla. Los instrumentos que funcionan como fuente y sumidero pueden simular baterías o cargas. Se denominan fuentes de alimentación de dos cuadrantes (o de cuatro cuadrantes). Las fuentes de alimentación para usos especiales de Rohde & Schwarz ofrecen arquitecturas de dos y de cuatro cuadrantes. Los instrumentos cambian automáticamente del modo de fuente al modo de sumidero. Cuando la tensión aplicada externamente excede la tensión nominal ajustada, fluye corriente hacia la fuente de alimentación, lo cual se indica mediante una lectura de corriente negativa.

La arquitectura de las fuentes de alimentación se puede definir completamente mediante un sistema de coordenadas cartesianas. Los cuatro cuadrantes muestran todas las combinaciones de tensión y corriente positiva y negativa. La figura de abajo ilustra un sistema de coordenadas con la tensión en el eje vertical y la corriente en el eje horizontal.

Como se ha mencionado antes, las fuentes de alimentación estándar generan normalmente tensión solo con polaridad positiva (es decir, funcionan en el primer cuadrante), por ejemplo de 0 V a 20 V. Si una fuente de alimentación puede suministrar tensión tanto positiva como negativa en sus terminales de salida sin necesidad de cambiar el cableado externo, se dice que es una fuente bipolar, y funcionará en los cuadrantes 1 y 3, suministrando tensiones de –20 V hasta +20 V, por ejemplo. Estos instrumentos se pueden utilizar entre otras cosas para probar el comportamiento característico de semiconductores para tensiones bipolares que pasan a través del punto de 0 V.

Las fuentes que pueden operar en los cuadrantes 1 y 3 ofrecen normalmente también función de sumidero para tensiones y corrientes positivas y negativas. Estas pueden operar en los cuatro cuadrantes y se denominan unidades de medida de fuente (SMU). En el primer y tercer cuadrante, la corriente fluye fuera del terminal de tensión; es decir, el instrumento suministra potencia. En el segundo y cuarto cuadrante, la corriente fluye hacia el terminal de tensión; es decir, el instrumento absorbe potencia.

Canales con rangos de tensión idénticos

La mayoría de las fuentes de alimentación de Rohde&Schwarz ofrecen el mismo rango de tensión en todos los canales. Por lo tanto, es indiferente qué canal se utilice para una aplicación concreta. Cada canal puede considerarse como una fuente de alimentación independiente.

Nivel de ruido y rizado

Los circuitos electrónicos avanzados y complejos son muy sensibles a las variaciones de tensión en las líneas de alimentación. Para reducir al mínimo las interferencias cuando se suministra potencia a los dispositivos examinados, las fuentes de alimentación deben proporcionar tensiones y corrientes de salida sumamente estables. En el caso ideal, una salida no presenta ninguna variación de tensión. En la práctica, dos tipos de variación pueden afectar al circuito o el dispositivo: variaciones periódicas (rizado) y variaciones aleatorias (ruido), que se denominan también desviaciones periódicas y erráticas (PaRD). Las fuentes de alimentación lineales presentan un rizado de alta frecuencia considerablemente inferior en comparación con las fuentes conmutadas.

Las fuentes de alimentación para usos especiales y algunas fuentes básicas como la R&S®NGA100utilizan la regulación de tensión lineal para reducir al mínimo el ruido y el rizado residual.

El diseño lineal de las etapas de salida permite suministrar tensión con pocas interferencias a dispositivos sensibles como los semiconductores complejos. Los valores bajos de rizado y ruido son también altamente recomendables para el desarrollo de amplificadores de potencia y circuitos MMIC.

Impedancia de salida variable

Las salidas de las fuentes de alimentación especializadas se pueden configurar de diferentes maneras. Por ejemplo, se pueden ajustar parámetros como la impedancia de salida, un retardo de activación y distintos tipos de disparo. Las fuentes de alimentación deben tener una impedancia de salida lo más baja posible para contrarrestar los efectos de la carga sobre el dispositivo bajo prueba. Sin embargo, existen aplicaciones en las que se requiere simular baterías de forma controlada, o bien simular el incremento de la impedancia interna a medida que se descarga la batería. Las fuentes de alimentación R&S®NGL200, R&S®NGM200y R&S®NGU201son adecuadas para estas aplicaciones, ya que ofrecen impedancia de salida ajustable.