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Fuente Step-Down o Buck con LM2596 Ajustable

Esta fuente se trata de otra pequeña SMPS (Fuente Switching) del tipo DC/DC (ingresa DC y egresa DC) en nuestro caso sea del tipo Step-Down o Buck Converter, que quiere decir que sera una fuente reductora.

Basa su funcionamiento en base al integrado LM2596-adj el cual se encarga de todo el proceso de Switcheo de la bobina o choque, que gracias a ella se logra generar la acción de reducir la tensión, aunque en algunos casos también se puede utilizar como elevador (Boost o Step-Up).

La teoría de funcionamiento es que necesitamos encender y apagar rápidamente la bobina (Switchear) para que la misma por ley de Lenz y FCEM logre generar una diferencia de tensión respecto a la aplicada en bornes, claro que se estarán imaginando que la bobina genera un pico mucho mayor al de la fuente aplicada a sus bornes al quitarle la tensión (esto es porque la bobina tiende a mantener la carga inductiva en la misma y se rehúsa a que le quitemos la alimentación), dependiendo de la velocidad con la que le quitemos esta tensión y se la volvamos a restablecer, sera la energía que nos entregara.

Estos tiempos están ligados a la frecuencia del transistor de potencia interno del LM2596-adj que suelen estar al rededor de los 150kHz, pero podríamos variar este valor y tendríamos que variar también la cantidad de espiras y núcleo de la bobina en cuestión.

Volviendo al tema anterior donde mencionamos que cuando le extraemos la energía a la bobina la misma se opone y en consecuencia se revela con un pico inverso en los bornes, esta oposición varia en función del ciclo de trabajo, es decir de cuanto tiempo permanece encendido y cuanto apagado, de ahí podremos decir que a la bobina la excitaremos con modulación de ancho de pulso “PWM”.

Entonces tenemos un circuito generador PWM, una etapa de potencia con un transistor y una bobina.

Hasta aquí no nos sirve la tensión que nos entrega porque seria una continua pulsante, entonces debemos agregar un diodo rápido “Fast Recovery” que servirá para rectificar la salida de esta bobina y luego la filtraremos con un capacitor.

NOTA: el capacitor casi siempre suele ser de capacidad reducida en comparación a una fuente de alimentación con transformador mecánico, esto es porque como esta fuente en lugar de funcionar a 50Hz funciona a 150000Hz entonces las reactancias necesarias tanto en la bobina como en los capacitores nos obligaran a modificar las capacidades e inductancias de los componentes. Por ello es que para 150kHz el capacitor no requiere tener por ejemplo 4700uF para filtrar unos 4A, sino que con unos 680uF bastara (claro en la electrónica todo se calcula).

Lo mismo sucede con la bobina ya que un transformador de 50Hz requiere una cantidad grande de espiras en los devanados primarios y secundarios, por tratarse de 50Hz posee una reactancia, lo mismo sucede con el núcleo, debe ser grande y de chapa.

Pero si aumentamos la frecuencia, la bobina requiere menor cantidad de espiras, un núcleo que responda a esa frecuencia y no se sature, por ello el ferrita es un material muy utilizado en estas fuentes.

Entonces ahora tenemos toda la fuente funcionando, el oscilador PWM, la etapa de potencia, y la salida rectificada y filtrada. Lo que faltaría es un control de tensión de salida. Al no saber que ciclo de trabajo darle al PWM para que la fuente nos proporcione una determinada tensión de salida debemos tomar muestras de la tension que nos entrega y utilizarla para controlar el generador PWM, para ello se suele hacer es una realimentación o feedback, de esa forma se varia el ciclo de trabajo y se logra el control de la fuente. La mayoría de las fuentes que involucran tensiones peligrosas suelen usar una realimentación con aislación óptica mediante un opto-acoplador, en nuestro caso la realimentación es directa con un divisor resistivo, entonces según la tensión que ingrese a este control sera la variación de tensión en salida y sera la forma de ajustarlo.

Algunas especificaciones:

Topología del tipo Buck Converter

Tensión de entrada entre 4V y 40V de corriente continua

Tensión de salida entre 1.25V y 37V de corriente continua

Corriente de salida estable en 2A

Corriente de salida máxima inestable en 3A

Tensión de Rizado (Ripple) en 100mV

Frecuencia de operación +/-150kHz

Eficiencia de conversión al rededor del 87%

Temperatura de operación hasta 85°C

Fuente Step-Down o Buck con LM2596 Ajustable

Fuente Step-Down o Buck con LM2596 Ajustable

Fuente Step-Down o Buck con LM2596 Ajustable

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