Principales factores para la selección de un adaptador de corriente externo | Revista Española de Electrónica
jueves , diciembre 3 2020
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Principales factores para la selección de un adaptador de corriente externo

Los adaptadores de corriente a menudo tienen un papel secundario y de baja prioridad al diseñar un nuevo productoSin embargoun sistema solo es tan bueno como su eslabón más débil y el adaptador externo o fuente de alimentación externa ha de ofrecer los mismos niveles de calidad y prestaciones que el producto final para evitar que el cliente se sienta insatisfechoEl adaptador no solo suministra voltioy amperios, sino que también debe cumplir los estándares internacionales establecidos de seguridad y compatibilidad electromagnéticaque pueden variar dependiendo de la aplicación final y de la zona geográfica. Otros parámetros como eficiencia, regulación, potencia máxima de salidaretención por fallo de CA, temperatura, clasificación para entrada de humedadpérdidas sin carga/en espera y estéticaentre otros, también pueden ser primordiales para la usabilidad el funcionamiento correcto del equipo final. 

Este artículo explica las principales especificaciones junto con otras no tan conocidas de un adaptador de corriente y por qué puede haber una importante variacióen tamaño y coste entre modelos que por lo demás parecen tener valores similaresSe explican símbolos que en ocasiones parecen confusos, así como algunos errores a evitar cuando se escoge un adaptadorSe ofrecen ejemplos sobre modelos disponibles con el fin de demostrar los diseños más avanzados y las ventajas para el usuario. 

Requisitos de alimentación del sistema 

Cuando empieza a tomar forma el diseño de un nuevo producto surgen los requisitos de alimentación del sistemaUna parte de la toma de decisiones se puede centrar en añadir una fuente de alimentación discreta o modular al producto o bien en recurrir a una fuente de alimentación externa. El tipo de aplicaciónlas dimensiones físicas y la potencia total requerida constituirán los criterios de selección. Si bien ambas opciones son viablesuna fuente de alimentación externa suele ofrecer más flexibilidadespecialmente si el producto se va a utilizar en todo el mundoNo obstantesi bien puede parecer una elección prudente, la selección de la fuente externa equivocada puede afectar a la fiabilidad del producto que alimentaEsto no solo puede ocasionar molestias y ser frustrante para los clientessino que a largo plazo puede dañar la imagen de marca y la reputación del fabricante del producto. 

Criterios iniciales 

Los requisitos de ingeniería establecen la tensión y la corriente que precisa el producto; estos son los criterios iniciales a partir de los cuales se selecciona la fuente de alimentaciónEn la mayoría de los casos, el producto necesitará una sola tensión CC de entrada, por ejemplo 12 VCC, y conectarse a la red de tensión CALa corriente máxima requerida por el producto debería incluir todos los periféricos conectados o los motoreque se puedan emplear y que sean alimentados por el producto durante su usoPor ejemplosi la corriente máxima requerida es de 2 A, la potencia total de salida de la fuente de alimentación será de 24 W. La fuente de alimentación ha de tener en cuenta la potencia de salida con la máxima carga y ha de funcionar de forma fiablecontinua y sin sobrecalentarseAl seleccionar una fuente de alimentación externa para estos parámetrosel ingeniero se topará con otros factores a tener en cuenta que aumentarán el grado de complejidad del proceso de selección. 

A grandes rasgos, estos factores se pueden clasificar en tres categorías: mecánicos, eléctricos, y estándares de seguridad así como su cumplimiento. 

Mecánicos 

Dependiendo de la potencia requerida, es posible que se pueda escoger entre una fuente de alimentación externa tipo sobremesa o enchufable a la pared que se conecta directamente a la toma de corrienteLas fuentes o adaptadores de corriente enchufables a la pared suelen suministrar una potencia de salida del orden de 3 W a 45 W, son prácticas y de pequeño tamaño. La salida puede pueda estar conectada directamente o bien, para tensiones estándar como la salida USB de 5 VCC, se suministra mediante una toma de corriente estándar. ¿Si la salida está cableadala longitud será suficiente para llegar hasta el producto en la mayoría de los usos que se le vaya a darAdemás, ¿qué tipo de toma de corriente CC se ha previsto para el producto, y está disponible para el enchufe seleccionadoLa ficha técnica del fabricante debería mostrar las clavijas de CC disponiblesque suelen ser de tipo estándar (rectas o en ángulo recto)el conector de alimentación USB el conector EIAJ. 

¿Hay una opción de bloqueo disponible o la toma de corriente es personalizada, y si es así, el fabricante puede conectar el enchufe correspondiente o suministrar el cable de salida pelado y estañadoNo hay que olvidarse de comprobar la polaridad de la clavija, dónde se colocará el zócalo dentro del producto y cómo se sujetará. La entrada de CA de un adaptador de pared también ofrece varias opciones. En primer lugar, si el producto se va a utilizar en todo el mundo, la disponibilidad de configuraciones intercambiables del enchufebien sea de dos o tres clavijasfacilitan el encapsulado del productoLa patilla de tierra/masa de un adaptador de pared no se suele utilizar y la salida de CC flotrespecto a tierraeste tipo de fuente se denomina de Clase II. La web de la IEC proporciona información práctica sobre los diferentes tipos de enchufes. También se debe confirmar el rango de tensión CA de entradaaunque la mayoría de las fuentes de pared y sobremesa suministrados por los fabricantes de renombre ofrecen el rango universal de tensión CA de 90 a 264 VCA y 50/60 Hz. 

Figura 1  Clavijas de CC disponibles habitualmente para una fuente de alimentación externa de sobremesa (Fuente: CUI)  

Las fuentes de alimentación de sobremesa suelen ofrecer un conjunto de opciones mecánicas similares para el conector de entrada y salida. Las fuentes de sobremesa no suelen tener limitaciones de tipo físico como sus homólogas de paredpor lo que suelen ofrecer una potencia de hasta 250 W, como por ejemplo la serie SDI250-U de CUILa entrada será generalmente una clavija/enchufe estándar IEC320/C14, pero es preciso comprobar que haya cables de alimentación disponibles para todos los tipos de enchufes en los diferentes países y regiones donde se pueda utilizar el productoDependiendo de la mayor potencia de salida y de la necesidad de suministrar cables de alimentación opcionales para un determinado paíslas fuentes de alimentación de sobremesa pueden añadir aspectos a valorar relacionados con el tamaño y el peso a los criterios de encapsulado del producto. 

La construcción mecánica de la fuente de alimentación también influirá sobre el entorno de aplicación del productoen el cual las condiciones ambientales, entre otras, son crucialesEntre estos factorepueden estar la entrada de humedad y la temperatura dtrabajo, que son contemplados más adelante en la sección dedicada a los estándares. 

Una nota final sobre posibles maneras de personalizar la fuente de alimentaciónTodos conocemos la estructura de plástico negro utilizada en las fuentes de alimentación externaspero el diseño de los productos se ha ido haciendo cada vez más refinado y esmerado, incluso al nivel del adaptadorHay que pensar en cómo encajará la fuente de alimentación con la estética del producto¿Es posible imprimir el logotipo o la marca de su empresa en la carcasaque el adaptador tenga los colores de su empresa e incluso que un encapsulado especial? Desde el punto de vista del consumidor, pequeños detalles como estos ofrecen efecto muy favorable sobre los aspectos visuales de su experiencia en general al abrir el embalaje del producto por primera vez. 

Especificaciones eléctricas 

Además de la tensión, corriente y frecuencia de entrada, ya mencionadas, es preciso comprobar algunos parámetros eléctricos de carácter críticoDesde el punto de vista de la entrada, en la ficha técnica debe aparecer la corriente de irrupción de suministroes decir, la corriente de pico instantánea al “arrancar en frío”, que puede provocar el disparo innecesario del disyuntor de línea del clienteTambién es importante comprobar que la corriente de fuga esté dentro de las especificaciones (ver apartado de estándares)La salida de CC exige una inspección detalladala regulación de la cargael rizado y el ruido son críticos¿La fuente de alimentación puede mantener la tensión de salida dentro de un rango aceptable para todas las condiciones de carga y todos los rangos de la tensión CA de entradaUna regulación del +/- 5% suele ser adecuada, lo cual significa mantener una salida de 5 V nominales en el rango de 4,75  5,5 VCC. Además, ¿el funcionamiento de la fuente de alimentación necesita una carga mínimaEl rizado y el ruido son criterios especialmente importantes para dispositivos semiconductores sensibles como FPGA y microcontroladoresy es posible que un alto nivel de ruido exija añadir componentes de filtrado dentro de su producto con el fin de lograr un funcionamiento fiablePor ejemplola fuente de 5 VCC SDM36-U de CUI se caracteriza por un nivel máximo de rizado y ruido de 80 mV p-p. 

Figura 2  Este gráfico indica la regulación para diferentes condiciones de carga y tensión de entrada (Fuente: CUI) 

Figura 3  Evolución de los estándares de eficiencia energética en el mundo 
(Fuente: CUI) 

La Figura 4 muestra la eficiencia media mínima el consumo máximo sin carga para una fuente de alimentación única con una baja tensión de salidaPor comparaciónel European Ecodesign (2019/1782) incluye asimismo una carga baja que exige al fabricante proporcionar la eficiencia para el 10% de la carga máxima establecida. 

Figura 4  Requisitos de DoE Nivel VI para fuentes de alimentación CA/CC externas (Fuente: CUI) 

Los avances que han experimentado recientemente las tecnologías de proceso de semiconductores utilizadas en los transistores de conmutación de convertidores de potencia mejoran la eficiencia, reducen el peso y disminuyen el tamaño de las fuentes de alimentación externas. Por ejemplola fuente externa de sobremesa SDI220G-U de CUI emplea semiconductores de nitruro de galio (GaN) de gran salto de banda (bandgap) para aumentar la eficiencia hasta el 96 %, reducir el peso un 32 % y disminuir el tamaño total en más de la mitad si se compara con los modelos anteriores. 

Además de los requisitos citados sobre seguridad y eficiencia energéticalas fuentes de alimentación también necesitan cumplir los estándares de compatibilidad electromagnética para ruido conducido y radiado, entre los cuales los más citados son FCC 20870, CISPR22 e IEC 61204-3. También vale la pena destacar que para aplicaciones médicasla 3ª edición de IEC -1 incorpora criterios de inmunidad electromagnética que se detallan en el estándar IEC 60601-1-2 que se encuentra en su 4ª edición. 

Conclusión 

Los adaptadores externos de corriente CA/CC de sobremesa y enchufables a la pared ofrecen una forma práctica de alimentar una amplia variedad de equipos de consumosanitarios e industrialesAdemás de los requisitos esenciales de tensión y corriente, así como de su aspecto convencionallos ingenieros deben prestar atencióa las especificaciones no tan obvias del adaptador mediante una lectura detenida de la ficha técnica del adaptador y cerciorándose de que se ajustan por completo a los requisitos del producto. Los adaptadores de corriente externos pueden experimentar variaciones significativas de tamañopeso y costepese a tener aparentemente unos valores similares. 

 



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