En el mundo tecnológico de hoy en día, a menudo escuchamos hablar de las fuentes de alimentación lineales y conmutadas. Pero, ¿sabemos realmente cuál es la diferencia entre ellas? En este artículo, exploraremos en detalle las características y ventajas de cada tipo de fuente de alimentación, brindándote la información necesaria para entender cuál se ajusta mejor a tus necesidades y requerimientos. ¡No te lo pierdas!
Elegir la fuente de alimentación adecuada para su aplicación particular puede ser una tarea desalentadora, con tantas opciones disponibles. Es importante comprender las diferencias entre las fuentes de alimentación lineales y conmutadas para que pueda tomar la mejor decisión en términos de costo, eficiencia y rendimiento para su proyecto.
En este artículo, explicaremos qué son las fuentes de alimentación lineales y conmutadas, analizaremos las ventajas y desventajas de cada tipo y responderemos algunas preguntas comunes sobre su uso. También le proporcionaremos algunos consejos útiles que le ayudarán a tomar la decisión correcta para su aplicación.
¿Qué son las fuentes de alimentación lineales y conmutadas?
Las fuentes de alimentación conmutadas, también conocidas como fuentes de alimentación de modo conmutado, utilizan interruptores electrónicos para encender y apagar rápidamente el voltaje de entrada de CA. Este proceso de conversión es mucho más rápido que con un regulador lineal, lo que lo hace más eficiente y permite factores de forma más pequeños. Además, las fuentes de alimentación conmutadas pueden regular los voltajes de salida de CA y CC. [2]
Mecanismo de fuente de alimentación lineal y fuente de alimentación conmutada.
Las fuentes de alimentación lineales utilizan un regulador lineal directo para regular el voltaje o la corriente de salida. Esto implica el proceso de transformar un voltaje más alto de una fuente de CA en un voltaje de CC constante más bajo mediante el uso de varios componentes, como resistencias y capacitores. La principal desventaja de este tipo de fuente de alimentación es su baja tasa de eficiencia.
Por otro lado, las fuentes de alimentación conmutadas utilizan un regulador de modo conmutado que utiliza modulación de ancho de pulso (PWM) para regular el voltaje o la corriente de salida. Este método de regulación es mucho más eficiente en comparación con las fuentes de alimentación lineales, ya que opera a altas frecuencias, lo que permite un tamaño más pequeño y un costo menor. La principal desventaja de las fuentes de alimentación conmutadas es su mayor nivel de ruido debido a su frecuencia de funcionamiento. [2]
¿Cómo funciona una fuente de alimentación lineal?
Una fuente de alimentación lineal es un tipo de convertidor de potencia que convierte una fuente de energía de corriente alterna (CA) en una salida de voltaje de corriente continua (CC). Funciona mediante el uso de un inductor para reducir el voltaje de CA de entrada al nivel de voltaje de CC deseado. El proceso implica hacer pasar la corriente alterna a través de un inductor que, cuando se carga eléctricamente, almacena energía. Cuando la corriente CA ya no pasa, la energía almacenada se libera y se convierte en voltaje CC.
Este tipo de fuente de alimentación ofrece una buena regulación sobre cargas o voltajes de entrada variables. También es una de las opciones más rentables para aplicaciones que requieren bajas cantidades de corriente. Sin embargo, las fuentes de alimentación lineales no son tan eficientes como las fuentes de alimentación conmutadas y pueden generar mucho calor, lo que significa que es posible que sea necesario disiparlos. [2]
¿Cómo funciona una fuente de alimentación conmutada?
Una fuente de alimentación conmutada, también conocida como conmutador, es un dispositivo electrónico que convierte el voltaje de línea de CA en voltaje de CC. Funciona aumentando o reduciendo el voltaje de la línea de CA para lograr el voltaje de CC de salida deseado.
Las fuentes de alimentación conmutadas están diseñadas utilizando tecnología de microcontrolador moderna y utilizan transistores de conmutación de alta frecuencia para convertir la señal de CA de entrada en una salida de CC. Son más eficientes y más pequeñas que las fuentes de alimentación lineales porque la tecnología de conmutación genera menos pérdida de calor en el circuito.
Las fuentes de alimentación conmutadas también pueden proporcionar diferentes salidas de voltaje desde la misma entrada según sus parámetros de diseño, por lo que pueden usarse para proporcionar múltiples voltajes de CC para diversas aplicaciones. [2]
Eficiencia
La eficiencia es un factor importante a considerar al elegir entre fuentes de alimentación lineales y conmutadas. Las fuentes de alimentación lineales tienden a ser menos eficientes que sus contrapartes conmutadas, ya que deben convertir CA en CC y luego regular el voltaje de salida. Este proceso genera calor a medida que se desperdicia energía en el proceso de conversión y regulación, lo que requiere un disipador de calor o un ventilador de refrigeración más grande para la disipación del calor. Las fuentes de alimentación conmutadas, por otro lado, son más eficientes ya que utilizan un regulador de conmutación para convertir directamente CA en CC con una mínima pérdida de energía. Como resultado, las fuentes de alimentación conmutadas generalmente requieren menos refrigeración y pueden funcionar a temperaturas más altas que las fuentes de alimentación lineales. [2]
Ruido de señal y ondulación
Una de las diferencias clave entre las fuentes de alimentación lineales y conmutadas es la cantidad de ruido de señal y ondulación que producen. Las fuentes de alimentación lineales tienden a ser mucho más silenciosas y producen un bajo nivel de ruido y ondulaciones. Esto los hace ideales para aplicaciones sensibles como equipos médicos o instrumentos de laboratorio donde los altos niveles de ruido pueden interferir con las mediciones.
Las fuentes de alimentación conmutadas, por otro lado, producen más ruido y ondulaciones debido a su naturaleza de conmutación. Este ruido suele presentarse en forma de impulsos de alta frecuencia que pueden afectar a los componentes electrónicos sensibles. En algunos casos, este ruido se puede reducir mediante el uso de componentes externos como transformadores o condensadores; sin embargo, esto aumenta la complejidad y el costo del diseño. [3]
Tamaño y peso
Las fuentes de alimentación lineales y conmutadas suelen ser diferentes en tamaño y peso. Las fuentes lineales tienden a ser más grandes, más pesadas y tienen más componentes que las fuentes de alimentación conmutadas debido a sus voluminosos transformadores. Esto hace que los suministros lineales sean menos adecuados para aplicaciones que requieren un diseño compacto. Por otro lado, las fuentes de alimentación conmutadas son más pequeñas y ligeras porque utilizan un circuito oscilador en lugar de un transformador voluminoso. [3]
Fiabilidad y reparabilidad
Cuando se trata de confiabilidad y reparabilidad, las fuentes de alimentación lineales a menudo se consideran más confiables que las fuentes de alimentación conmutadas. Esto se debe a su diseño simple que los hace más fáciles de reparar y mantener que las fuentes de alimentación conmutadas. Las fuentes de alimentación lineales también se pueden diseñar para índices MTBF (tiempo medio entre fallas) altos, que generalmente oscilan entre 10 000 y 100 000 horas.
Las fuentes de alimentación conmutadas, por otro lado, son más complejas y requieren más mantenimiento debido a su intrincado diseño. Por eso es importante elegir una fuente de alimentación conmutada que tenga un alto MTBF, que normalmente oscila entre 40 000 y 200 000 horas. [3]
Rentabilidad
Cuando se trata de rentabilidad, una de las principales consideraciones es la eficiencia. Las fuentes de alimentación lineales son menos eficientes que las fuentes de alimentación conmutadas y acaban desperdiciando más energía en forma de generación de calor. Esto significa que un suministro de energía lineal probablemente tendrá un costo más alto durante su vida útil debido al aumento de las facturas de electricidad. Por otro lado, cambiar las fuentes de alimentación tiende a ser más eficiente y, por lo tanto, podría costarle menos a largo plazo.
Además, las fuentes de alimentación conmutadas tienden a ser más ligeras y pequeñas que las fuentes de alimentación lineales, lo que puede hacerlas más rentables al ahorrar en costes de envío. Por lo general, también son más fáciles de instalar y requieren menos componentes que las fuentes de alimentación lineales para una salida determinada. [3]
Comparación de fuente de alimentación lineal y fuente de alimentación conmutada.
Una fuente de alimentación lineal y una fuente de alimentación conmutada son componentes fundamentales en el mundo de la electrónica. Ambos tienen distintas ventajas e inconvenientes, por lo que es importante comprender la diferencia entre ellos si buscas una solución ideal para tus necesidades.
Las fuentes de alimentación lineales utilizan un transformador de alta calidad para transformar el voltaje entrante en salida de CC de bajo voltaje. Generalmente son conocidos por tener una excelente regulación y poco ruido, pero también tienden a ser voluminosos y relativamente ineficientes en su funcionamiento.
Las fuentes de alimentación conmutadas, por otro lado, utilizan un mecanismo de conmutación para convertir la entrada de CA en salida de CC. Este tipo de fuente de alimentación suele ser compacta y eficiente, lo que la convierte en una opción ideal para dispositivos electrónicos portátiles. [1]
Otras diferencias
Además de la eficiencia energética, existen otras diferencias entre las fuentes de alimentación lineales y conmutadas. Éstas incluyen:
Ruido: Las fuentes de alimentación lineales producen ruido audible debido a la alta corriente que pasa a través de los transformadores. Por otro lado, las fuentes de alimentación conmutadas no producen ruido audible ya que sus componentes funcionan a frecuencias mucho más altas.
Generación de calor: Las fuentes de alimentación lineales generan más calor ya que son ineficientes y desperdician una gran cantidad de energía. Las fuentes de alimentación conmutadas, por el contrario, generan mucho menos calor debido a su mayor eficiencia.
Tamaño: Las fuentes de alimentación lineales ocupan más espacio que las fuentes de alimentación conmutadas porque necesitan transformadores para transformar la corriente alterna de la red eléctrica en salida CC. Sin embargo, las fuentes de alimentación conmutadas no necesitan un transformador, lo que las hace mucho más pequeñas.
Costo: Las fuentes de alimentación lineales suelen ser más caras que las fuentes de alimentación conmutadas, ya que son menos eficientes y requieren más componentes. [1]
Ventajas de la fuente de alimentación lineal
Las fuentes de alimentación lineales tienen algunas ventajas sobre las fuentes de alimentación conmutadas, por lo que todavía se utilizan en determinadas aplicaciones. Éstas incluyen:
- Bajos niveles de ruido: las fuentes de alimentación lineales crean mucha menos interferencia electromagnética que las fuentes conmutadas. Esto los hace ideales para su uso en áreas donde el ruido eléctrico puede interferir con otros componentes electrónicos o molestar a las personas cercanas, como instalaciones médicas y hogares.
- Mayor eficiencia: las fuentes de alimentación lineales suelen ser más eficientes que las fuentes de alimentación conmutadas a niveles de potencia más bajos, lo que las convierte en una mejor opción para aplicaciones de bajo consumo.
- Durabilidad: las fuentes de alimentación lineales tienden a ser más duraderas porque tienen menos piezas móviles y requieren menos mantenimiento que las fuentes conmutadas. Esto los hace muy adecuados para el funcionamiento continuo en entornos hostiles. [1]
Ventajas de cambiar la fuente de alimentación
Las fuentes de alimentación conmutadas tienen una serie de ventajas en comparación con las fuentes de alimentación lineales. En primer lugar, son mucho más eficientes que las fuentes de alimentación lineales (normalmente hasta un 95%). Esto significa que se desperdicia menos energía en forma de calor y se utiliza más energía para alimentar su dispositivo. En segundo lugar, son mucho más pequeños, lo que los hace ideales para aplicaciones con limitaciones de espacio. Por último, generalmente son más baratos de producir y comprar que las fuentes de alimentación lineales. [4]
Desventajas de la fuente de alimentación lineal
Aunque las fuentes de alimentación lineales ofrecen una potencia de salida constante, tienen algunos inconvenientes. La principal desventaja es su tamaño y peso. Las fuentes de alimentación lineales requieren grandes bobinas de transformador para convertir la corriente alterna de alto voltaje en corriente continua de bajo voltaje. Esto los hace voluminosos y pesados, lo que dificulta su transporte o instalación en espacios reducidos. Además, no son tan eficientes como las fuentes de alimentación conmutadas.
Finalmente, las fuentes de alimentación lineales son más caras que sus homólogas conmutadas. Esto se debe al mayor costo asociado con la fabricación de transformadores más grandes. [4]
Desventajas de cambiar la fuente de alimentación
El uso de una fuente de alimentación conmutada tiene algunas desventajas, principalmente debido a su complejo funcionamiento interno. Las fuentes de alimentación conmutadas son más caras que las fuentes de alimentación lineales, ya que incluyen componentes como inductores y transformadores. que aumentan el costo de producción. Además, la frecuencia más alta utilizada para la conmutación requiere que se tengan en cuenta consideraciones de diseño cuidadosas para reducir cualquier interferencia electromagnética (EMI). Además, una fuente de alimentación conmutada puede ser más propensa a fallar que una fuente de alimentación lineal debido a su complejo funcionamiento interno y al hecho de que algunas piezas pueden fallar con el tiempo. Por eso es importante seleccionar un producto de alta calidad de un proveedor confiable que respalde sus productos en caso de cualquier problema potencial. [4]
¿Cuándo debería utilizar una fuente de alimentación conmutada frente a una fuente de alimentación lineal?
El factor principal a la hora de decidir qué tipo de fuente de alimentación utilizar es la aplicación prevista. Las fuentes de alimentación lineales son más adecuadas para aplicaciones de bajo ruido, como el audio, mientras que las fuentes de alimentación conmutadas son mejores para necesidades de mayor corriente y/o voltaje.
Además, si necesita un voltaje de salida regulado, las fuentes de alimentación lineales ofrecen un rendimiento superior en comparación con las fuentes de alimentación conmutadas. Por otro lado, si lo que busca es una alta eficiencia, entonces cambiar las fuentes de alimentación es el camino a seguir, ya que pueden proporcionar más del 90% de eficiencia en algunos casos.
Además, las fuentes de alimentación lineales tienden a ser más pesadas y más grandes que las fuentes de alimentación conmutadas debido a sus grandes transformadores. [4]
Preguntas más frecuentes
¿Qué es mejor: fuente de alimentación conmutada o regulador lineal?
La respuesta a esta pregunta depende de sus necesidades específicas. Las fuentes de alimentación conmutadas suelen ser más eficientes y rentables que los reguladores lineales, pero pueden ser más ruidosas, generar calor y requerir consideraciones de diseño más complejas. Los reguladores lineales ofrecen una regulación de voltaje confiable con una generación de ruido relativamente baja y una disipación de calor mínima.
¿Por qué es mejor una fuente de alimentación lineal?
Las fuentes de alimentación lineales son ideales para aplicaciones que requieren energía limpia y confiable con bajo nivel de ruido y generación de calor. Los reguladores lineales presentan un diseño simple que regula el voltaje de salida tomando un voltaje de entrada no regulado y luego ajustándolo para que coincida con el voltaje de salida deseado. Esto los hace muy adecuados para su uso en equipos de audio, dispositivos médicos o cualquier otra aplicación.
¿Cuál es la principal desventaja del suministro de energía lineal?
Las fuentes de alimentación lineales tienden a ser menos eficientes que las fuentes de alimentación conmutadas. Dado que los reguladores lineales disipan la diferencia entre los voltajes de entrada y salida en forma de calor, pueden calentarse mucho durante el funcionamiento. Esto los hace inadecuados para algunas aplicaciones donde se necesita alta eficiencia o un tamaño compacto.
¿Las fuentes de alimentación lineales mejoran la calidad del sonido?
Sí, las fuentes de alimentación lineales pueden mejorar la calidad del sonido de los equipos de audio. Dado que las fuentes lineales ofrecen un voltaje de salida muy estable, brindan una mejor protección contra interferencias eléctricas y ruido que las fuentes de alimentación conmutadas. Esto da como resultado una reproducción de sonido más limpia y precisa.
¿Cuáles son las desventajas de un regulador lineal?
La principal desventaja de un regulador lineal es su baja eficiencia. Dado que el voltaje de salida se regula disipando la diferencia entre los voltajes de entrada y salida en forma de calor, pueden calentarse mucho durante el funcionamiento, lo que genera un desperdicio de energía y un aumento de los costos operativos. Además, los reguladores lineales requieren componentes grandes para mantener la estabilidad, lo que los hace inadecuados para aplicaciones donde el tamaño o el peso son consideraciones importantes.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas de un regulador lineal?
La principal ventaja de un regulador lineal es su rendimiento confiable y su bajo nivel de ruido. Los reguladores lineales ofrecen una regulación de voltaje muy estable con una mínima disipación de calor, lo que los hace muy adecuados para su uso en equipos de audio, dispositivos médicos u otras aplicaciones donde se necesita energía limpia. La principal desventaja de los reguladores lineales es su menor eficiencia en comparación con las fuentes de alimentación conmutadas, ya que disipan la diferencia entre los voltajes de entrada y salida en forma de calor. Además, requieren componentes grandes para mantener la estabilidad, lo que los hace inadecuados para aplicaciones donde el tamaño o el peso son consideraciones importantes.
¿Cuál es la desventaja de cambiar las fuentes de alimentación frente a los reguladores lineales integrados?
La principal desventaja de cambiar las fuentes de alimentación frente a los reguladores lineales integrados es su mayor complejidad. Los conmutadores son más complicados y requieren más componentes, lo que resulta en un costo más alto que los reguladores lineales. Además, las fuentes de alimentación conmutadas tienden a ser más ruidosas que los reguladores lineales debido a la conmutación de alta frecuencia necesaria para su funcionamiento. Finalmente, generan calor durante el funcionamiento que debe disiparse con disipadores de calor externos u otros mecanismos de refrigeración.
Vídeo útil: Fuentes de alimentación de CC lineales y conmutadas: ¿cuál es la diferencia?
Conclusión
Elegir entre una fuente de alimentación lineal y una fuente de alimentación conmutada es una decisión importante que depende de la aplicación. Los suministros lineales ofrecen regulación superior, reducción de ruido y eficiencia en frecuencias más bajas. Los suministros de conmutación son superiores en términos de tamaño, costo, eficiencia y velocidad en frecuencias más altas. Sin embargo, requieren más filtrado para reducir la radiación, lo que puede resultar costoso en algunas aplicaciones.
Al seleccionar una fuente de alimentación lineal o conmutada, es importante considerar los requisitos de la aplicación y las implicaciones de costos de cada opción. Hacerlo le ayudará a tomar decisiones informadas que proporcionarán un rendimiento optimizado en el diseño de su circuito.
Esperamos que este artículo haya sido útil para comprender las diferencias entre fuentes de alimentación lineales y conmutadas.
Referencias
- https://www.matsusada.com/column/linear_switching_difference.html
- https://www.makeuseof.com/linear-vs-switching-power-supplies-difference/
- https://www.wevolver.com/article/switching-vs-linear-power-supply-whats-the-difference
- https://www.bravoelectro.com/blog/post/linear-vs-switching-power-supply
