Fuentes de alimentación

Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet Introducción En esta nueva parte y artículo del sitio web, veremos todo acerca de este gran proyecto de la fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet, una solución muy confiable para alimentar circuitos lógicos sensibles como microcontroladores, Arduino y demás, con la ventaja de la separación de tierras para así evitar que estos lleguen a tener reinicios por la activación o desactivación de cargas pesadas de potencia o su posible destrucción por quemaduras. Veremos los circuitos, ecuaciones y demás de parte de este diseño y mostraremos más profundizaciones y la parte práctica de este mismo.   Fundamentos teóricos Definiciones Una fuente autooscilante de 12V a 5V con MOSFET es un convertidor de corriente continua a corriente continua (DC-DC), diseñado para reducir un voltaje de entrada de 12V a uno de salida de 5V mediante un sistema de oscilación y conmutación. A continuación, te doy una fundamentación teórica de este tipo de fuente. Principio de Funcionamiento Una fuente autooscilante se basa en el principio de la conmutación electrónica, donde un MOSFET se utiliza para abrir y cerrar rápidamente el flujo de corriente, generando pulsos que luego se transforman y regulan a un voltaje de salida menor. Al oscilar a frecuencias altas, la eficiencia de conversión aumenta debido a la menor disipación de potencia en el MOSFET y en los componentes asociados. Etapas de la Fuente Autooscilante Oscilador: En este tipo de fuente, el circuito suele incluir una red de retroalimentación positiva (como una resistencia o un capacitor de realimentación) para inducir oscilaciones en el MOSFET. La frecuencia de oscilación depende de los valores de los componentes pasivos y el diseño del circuito. Conmutación del MOSFET: Al oscilar, el MOSFET se enciende y apaga, controlando la cantidad de energía transferida desde la fuente de 12V a la salida de 5V. En cada ciclo de conmutación, el transformador almacena energía en forma de campo magnético y la libera, generando un voltaje controlado. Una resistencia shunt con un transistor NPN dará el límite de corriente que pasa por el Mosfet. Filtrado: Para obtener una salida de 5V estable, se utiliza un capacitor de filtro que suaviza los pulsos de voltaje de la conmutación, proporcionando una señal continua. Características del MOSFET en la Fuente El MOSFET es clave, ya que su capacidad para manejar altas corrientes y conmutar rápidamente permite reducir el tamaño de los componentes de filtrado y aumentar la eficiencia. El MOSFET debe estar en estado de saturación (con baja resistencia interna) durante la conmutación para minimizar pérdidas y en corte cuando no conduce. Cálculo de la Frecuencia y Voltaje de Salida La frecuencia de oscilación suele estar determinada por la combinación del capacitor, devanado de bías y la resistencia de retroalimentación. Para el voltaje de salida, la relación de conmutación (duty cycle) se ajusta para que el promedio del voltaje de salida sea de aproximadamente 5V. Este duty cycle se puede modificar según los requerimientos del circuito y la carga conectada. En este caso no se le puso, dado el bajo voltaje de conversión. Otro factor importante, es que este PWM también se verá afectado por la limitación de corriente seteada por la resistencia shunt conectada al Source del mosfet y en compañía al transistor NPN. Ventajas y Desventajas Ventajas: Alta eficiencia, reducción en tamaño de componentes, y la posibilidad de operar a bajas tensiones de entrada. Desventajas: Diseño más complejo que fuentes lineales, y posibles problemas de ruido debido a la alta frecuencia de conmutación. Con estos principios teóricos, una fuente autooscilante de 12V a 5V con MOSFET puede optimizarse para adaptarse a aplicaciones que requieren un nivel de eficiencia elevado y un tamaño compacto, como sistemas portátiles o dispositivos de bajo consumo. Análisis y diseño Apariencia y simbología Para el proyecto Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet, se tiene en cuenta que su simplicidad lo hace un circuito sencillo y fácil de montar si se tienen bien seleccionados sus componentes. Así quedaría su montaje en protoboard. Acá vemos el transformador toroidal de ferrita del proyecto Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet que nos da la separación galvánica de tierras y etapas de circuito. Es evidente que, si el proyecto de la Fuente autooscilante de 12 a 5V estuviera en una pcb, esta no sería de un tamaño considerable. Estructuras y planos A continuación, mostraremos el plano completo de esta Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet, y más adelante mostraré la parte funcional de este. Para un desglose mas cercano de la Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet, mostramos cada parte en el mismo plano. En este plano se pueden ver sus bloques principales de la Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet: Rojo: simplemente es la entrada y filtro de potencia. Naranja: Conmutación y control de realimentación positiva del primario del transformador de ferrita toroidal. Azul: Protección con desactivación del límite de corriente por Rshunt. Verde: Circuito de realimentación con el devanado de bias del transformador de ferrita. Amarillo: Salida de voltaje, rectificación y filtrado y carga con resistencia y led. Gráficas y fórmulas En esta parte del proyecto Fuente autooscilante de 12 a 5V con Mosfet mostramos la oscilación de las partes, en amarillo la señal del Gate del Mosfet, y la azul es la salida de potencia. Funcionamiento El funcionamiento básico de una fuente autooscilante de 12V a 5V con MOSFET se basa en un ciclo de conmutación repetitivo que reduce el voltaje de entrada a un nivel deseado de salida. Aquí tienes un desglose de cómo opera en términos sencillos: Inicio de la Oscilación: El circuito cuenta con componentes de realimentación, como resistencias y capacitores, que crean una señal oscilante o pulsante. Esta señal se aplica al gate (puerta) del MOSFET, encendiéndolo y apagándolo de manera continua y rápida. Este empieza cuando la resistencia que va desde el positivo al gate del Mosfet activa el mismo, ya empieza la circulación de corriente y posterior oscilación. Etapa de Conmutación: