Fuentes de alimentación reguladas y no reguladas

Fuente de alimentacion conmutada en amplificador de car audio

La semana pasada veíamos Cómo funcionaba la fuente de alimentación de un amplificador. Al final del artículo vimos que los amplificadores de car audio tienen una particularidad especial respecto a un amplificador normal, y es que el voltaje de alimentación proveniente del vehiculo (14 V C.C.), ha de ser convertido a voltaje alterno (14 A.C.), ya que el transformador (toroidal) necesita que la corriente a convertir sea alterna.

El siguiente dibujo muestra el mismo esquema de amplificador genérico que veíamos la semana pasada, con la sección de conmutación añadida a la izquierda, tal como ocurre en los amplificadores de car audio:

Fuente de alimentación de un amplificador de car audio
Esquema de un amplificador de car audio

 

Esta sección de conmutación, tiene la misión de convertir el voltaje contínuo, proveniente de la batería y del alternador del coche, a un voltaje alterno necesariamente, para que pueda ser transformado por el transformador toroidal.

Sección de conmutación de un amplificador
Sección de conmutación de un amplificador

 

Las fuentes de alimentación No Reguladas

El diseño que acabamos de ver, es una fuente de alimentación no regulada, ya que si por alguna razón cae el valor del voltaje continuo de la alimentación del coche, esa caída de voltaje se transmite proporcionalmente hacia el interior del amplificador. De esta manera, si por ejemplo la alimentación del coche cae de 14 V a 13,5 V en un instante determinado, el voltaje en los railes finales también cae de manera proporcional (recordemos que el voltaje en los railes es de un valor adecuado a la potencia máxima que pueda dar el amplificador).

Por lo tanto, si nos encontramos con que el voltaje en railes no es siempre constante, sino que puede variar, la musica amplificada asi mismo también variará su amplitud final de manera proporcional.

En resumen, el amplificador con fuente de alimentación no regulada, es sensible a las caidas de voltaje de alimentación del vehículo, de la siguiente manera:

  • Si se trata de una caída continuada (digamos que pasa de 14 a 12 V, cuando el coche esta parado), el problema será que el amplificador tendrá un voltaje constante inferior en sus raíles, y por lo tanto la potencia que dará será algo menor a la que daría con 14 V. Esto no es perjudicial en términos de calidad de sonido.
  • Si las caídas de voltaje son microcaídas momentáneas (debidas a picos de intensidad, resistencia en la linea de alimentación, la lentitud de respuesta del alternador del vehículo, etc… cuando el amplificador pide picos de corriente), estas microcaídas también se transmiten como microcaídas en los raíles. En este caso, sí que se percibe como perjudicial para la calidad de sonido, ya que provoca que la amplitud del sonido amplificado se “module” de acuerdo a estas microcaídas, añadiendo una cierta distorsión específica al sonido resultante, especialmente durante los transitorios musicales.

Las fuentes de alimentación Reguladas

Para solventar estas posibles caídas de voltaje entre raíles, se ideó una arquitectura que permite mantener el voltaje siempre constante entre los raíles, a costa de pedir corriente extra al sistema eléctrico del coche, en los momentos en los que el voltaje caiga por debajo del valor nominal.

Para conseguirlo, se añade una sección al diseño anterior, que monitoriza el voltaje entre railes, y si este cae por debajo del valor nominal, este controlador modificará la anchura de la señal de conmutación. Aumentando esta anchura del voltaje de conmutación,  el amplificador está “solicitando” más corriente al sistema eléctrico del coche. De esta manera, el amplificador consigue mantener el voltaje en los railes siempre constante, a costa de pedir más corriente al vehículo cuando considera necesario.

Para este tipo de diseños, se sobredimensiona la transformación en el toroidal respecto a un diseño no regulado. O sea, el toroidal hace una transformacion del voltaje de entrada , a una amplitud “superior” a la que necesitarían los railes. Y así mismo, se diseña el controlador de conmutacion, de manera que en estado normal su pulso sea mas estrecho de lo que es en un amplificador no regulado, y de esta manera, el voltaje conseguido al otro extremo del toroidal sea efectivamente el voltaje que necesitan los railes (inferior al que sería capaz de dar el toroidal si la anchura de conmutacion fuese la normal).

En caso de que haya una caida de voltaje en los railes, el controlador de pulso amplia la anchura del pulso, de manera que fuerza a subir el voltaje al otro lado del transformador, para conseguir que se mantenga el voltaje nominal.

Fuente de alimentación conmutada regulada
Fuente de alimentación conmutada regulada

En resumen, si el voltaje entre railes cae en un instante determinado, el amplificador aumenta la anchura de los pulsos de conmutación, lo que tiene el efecto de solicitar más corriente al vehículo. Esa señal de conmutación más ancha, con ese “extra” de corriente, contiene la energía necesaria para mantener invariable el voltaje entre los railes y corregir esa caída.

Anchura variable del pulso de conmutación
Anchura variable del pulso de conmutación

Esto ocurrirá de manera puntual, si la caída de voltaje es puntual; o de manera contínua, si el voltaje del vehículo esta permanentemente por debajo del valor de trabajo que espera el amplificador.

El resultado de este diseño, es que la música nunca se ve afectada por las microcaídas de voltaje del vehículo, (caídas especialmente acusadas cuanto más volumen pedimos a nuestro equipo de sonido). De ahí que muchos aficionados con amplificadores No Regulados perciban ciertas bondades al instalar reguladores de tensión externos, instalados para alimentar un amplificador No Regulado; realizando esta misma función.

Pero no todo son ventajas. Las desventajas de las Fuentes de Alimentación Reguladas más destacadas son las siguientes:

  • El coste de esta arquitectura siempre es superior al de una no regulada.
  • Llevar a cabo este proceso, implica la disipación de una parte de la potencia consumida por el amplificador, lo que se manifiesta en una reducción del rendimiento respecto a un mismo amplificador sin regulación.
  • Al añadir una conmutación variable, hace falta una electrónica de más precisión, y es mas costoso conseguir un diseño que no provoque interferencias electromagnéticas.

Como curiosidad, hay que decir que dentro de las fuentes de alimentación reguladas, existen las fuentes estrictamente reguladas, y las no estrictamente reguladas. Esta última modalidad se queda a medio camino entre las reguladas y las no reguladas, para combinar algunas ventajas y desventajas de ambos diseños.

Espero que esta entrada haya ayudado a entender el concepto de la regulación, que a veces ofrecen algunos fabricantes en sus productos. Como siempre, cualquier comentario o cuestión, no dudeis en plantearlo!

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Acerca de Diego Ena

Desde siempre he tenido un gran interés por los fundamentos y curiosidades del sonido. Durante mis estudios tuve la suerte de poder hacer una especialización sobre audio, y aunque no me dedico profesionalmente a ello, a día de hoy sigo siendo un gran aficionado. Con este blog espero aportar mi granito de arena a la afición por el interesante mundo del sonido.

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