Tipos más comunes de fuentes de poder

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 poder de corriente continua

Si la corriente fluye al terminal de voltaje positivo, la fuente de poder actúa como una carga electrónica. Está perdiendo energía en lugar de suministrarla. Los instrumentos que funcionan tanto como fuente o sumidero pueden simular baterías o cargas; se llaman fuentes de poder de dos cuadrantes (o cuatro cuadrantes). Las fuentes de poder para aplicaciones especiales de ofrecen una arquitectura de dos y de cuatro cuadrantes. Los instrumentos conmutan de manera automática de modo fuente a modo sumidero. Cuando el voltaje aplicado de manera externa excede el voltaje nominal definido, la corriente fluye a la fuente de poder, lo que se indica mediante una lectura de corriente negativa.

La arquitectura de las fuentes de poder puede definirse completamente con un sistema de coordenadas cartesianas. Los cuatro cuadrantes muestran todas las combinaciones de voltaje y corriente positivas y negativas. La siguiente figura ilustra un sistema de coordenadas con el voltaje en el eje vertical y la corriente en el eje horizontal.

Como se mencionó anteriormente, las fuentes de poder estándar por lo general generan solo voltaje de polaridad positiva (es decir, funcionan en el primer cuadrante), por ejemplo, de 0 V a 20 V. Si una fuente de poder puede proporcionar voltaje positivo o negativo en sus terminales de salida sin tener que cambiar el cableado externo, se denomina fuente de poder bipolar y funcionará en los cuadrantes 1 y 3, lo que proporciona voltajes que van desde los –20 V hasta los +20 V, por ejemplo. Tales instrumentos pueden utilizarse, entre otras aplicaciones, para probar el comportamiento característico de los semiconductores para los voltajes bipolares a través del punto 0 V.

Las fuentes de poder que pueden funcionar en los cuadrantes 1 y 3 suelen también ofrecer la funcionalidad de sumidero para voltajes y corrientes positivos y negativos. Pueden funcionar en los cuatros cuadrantes y se conocen como Unidades de medición de fuente (SMU). En el primer y tercer cuadrante, la corriente fluye del terminal de voltaje, el instrumento está suministrando energía. En el segundo y cuarto cuadrante, la corriente fluye hacia el terminal de voltaje, el instrumento está perdiendo energía.

Canales con rangos de voltaje idénticos

La mayoría de fuentes de poder de Rohde & Schwarz ofrecen el mismo rango de voltaje en todos los canales. Esto significa que no importa el canal qué se elija para una aplicación específica. Cada canal puede considerarse como una fuente de poder independiente.

Rizado y ruido

Un circuito electrónico complejo y avanzado es muy sensible a las fluctuaciones de voltaje en las líneas de alimentación. Para minimizar las interferencias al alimentar los dispositivos, las fuentes de poder deben proporcionar voltajes y corrientes de salida extremadamente estables. Idealmente, una salida está libre de fluctuaciones de voltaje. En la práctica hay dos tipos de fluctuaciones que posiblemente puedan afectar tanto el circuito como el dispositivo: fluctuaciones periódicas (rizado) y fluctuaciones aleatorias (ruido), también denominadas desviaciones periódicas y aleatorias (PaRD). Las fuentes de poder lineales presentan un rizado de alta frecuencia mucho menor en comparación con las fuentes de poder conmutadas.

Las fuentes de poder para aplicaciones especiales, así como algunas fuentes de poder básicas como la R&S®NGA100emplean regulación de voltaje lineal para minimizar, tanto el rizado, como el ruido residual.

El diseño lineal de las etapas de salida posibilita suministrar voltaje de baja interferencia a los diseños sensibles, como conductores complejos. Los bajos valores de rizado y ruido son también perfectos para desarrollar amplificadores de potencia y circuitos MMIC.

Impedancia de salida variable

Las salidas de las fuentes de poder para aplicaciones especiales pueden configurarse de varias maneras. Por ejemplo, pueden configurarse parámetros como impedancia de salida, un retardo de encendido y diferentes modos de disparo. Las fuentes de poder deben tener una impedancia de salida lo más baja posible para evitar la regulación de la carga en el dispositivo. Sin embargo, hay aplicaciones que requieren simular baterías de una manera controlada o simular el incremento de la impedancia interna a medida que la batería se descargue. Las fuentes de poder R&S®NGL200, R&S®NGM200y R&S®NGU201admiten estas aplicaciones con una impedancia de salida ajustable.