Fuentes de alimentación aisladas o no aisladas: La elección acertada

Electrical power supplies

Llegará momento en tu carrera como diseñador de PCB en el que deberás atenerte a las disposiciones de los organismos reguladores. Tu diseño, sea médico, automotriz, militar o de cualquier otro tipo, se examinará minuciosamente y se someterá a estándares muy altos. A menudo, llegados a este punto, el aislamiento de energía (o la falta de éste) es un tema muy recurrente. 

El aislamiento lineal de la alimentación es exactamente esto: aislar la fuente de alimentación del resto del circuito aplicado. Esta es, por razones obvias, una de las regulaciones de las que hablábamos antes, especialmente cuando se trata del campo médico. Si la PCB del equipo médico no tiene la fuente de alimentación aislada, existe un riesgo real de que se produzcan descargas peligrosas a través de la fuente de alimentación y en el interior del dispositivo, lo que podría hacer daño al usuario (¡e incluso al paciente!). ¿Te lo imaginas?

Entender mejor la diferencia entre tener fuentes de alimentación aislados o no, así como las posibles desventajas de cada tipo y la mejor forma de usarlos, nos ayudará a evitar fallos en los dispositivos que creamos y, por supuesto, daños. Así que pongámonos manos a la obra, y analicemos estas regulaciones a fondo antes de que sea tarde. 

Fuente de alimentación aislada

Una fuente de alimentación aislada es una fuente de alimentación que está aislada eléctricamente del resto del circuito que está alimentando. La principal barrera para la mayoría de estas fuentes de alimentación aisladas es el uso de un transformador. 

Los transformadores son, en su esencia, potentes imanes. Éstos reciben una corriente alterna típica y su objetivo es aumentar o disminuir la tensión de salida dependiendo de los requerimientos de salida. El beneficio del aislamiento es que el imán actúa literalmente como un muro magnético de protección en el sentido de que una sobretensión importante que intente pasar a través del transformador se detendrá al momento. Esto mantiene protegido todo lo que se encuentra después del transformador, o, en otras palabras, lo mantiene 'aislado'.

Como ya se ha dicho, estas fuentes de alimentación son a menudo necesarias para las industrias reguladas. Sin embargo, el hecho de que un transformador grande se utilice más a menudo para este cometido, también puede suponer que tengamos que despedirnos de los requerimientos de espacio del que creías disponer. Pero yo, personalmente, (y probablemente muchos más) preferiría un dispositivo grande que esté aislado y sea seguro, que riesgo de recibir una peligrosa descarga eléctrica al usarlo.

Otra cuestión que se plantea al utilizar estas fuentes de alimentación aisladas es la de la eficiencia, pues estos transformadores simplemente nunca son tan eficientes como sus contra-partes no aisladas. Dicha ineficiencia proviene de la física del propio transformador. Como el núcleo de hierro funciona como "palanca", se pierde algo de energía a medida que el calor se disipa a través del metal y hacia el aire (dile adiós cuando la veas salir).

A power transformer

Las fuentes de alimentación aisladas a menudo emplean el uso de transformadores como éste

Fuente de alimentación no aislada

Ahora que ya sabemos qué es lo que aísla una fuente de alimentación de la placa, resulta bastante obvio que para tener una fuente de alimentación no aislada, basta con quitar el transformador de la cadena de diseño. ¿Quién lo hubiera dicho? Este tipo de fuentes de alimentación utilizan a menudo chips para regular su alimentación lineal.

Diseñar una placa sin aislamiento eléctrico es una práctica que queda al margen de lo dispuesto por las agencias reguladoras. Sin embargo, te recomiendo que consideres al usuario final durante tu diseño, pues podrías ahorrarte un par de juicios en la corte, en el caso de que la fuente de alimentación falle y le dé a tu cliente favorito una sorpresa que le costará olvidar.

Las ventajas de diseñar estos diseños de potencia no aislada son bastantes. En primer lugar, disfrutarás de un agradable aumento del espacio disponible (si lo comparas con un diseño aislado) debido al hecho de que no necesitarás incluir dentro de la carcasa un transformador grande y gordo. [Descargo de responsabilidad: Altium es una empresa que defiende la igualdad de oportunidades. Aceptamos transformadores de todas las formas y tamaños. ¡No excluimos a ninguno!]

Overloaded circuit

Las fuentes de alimentación no aisladas siempre conllevan el riesgo de descargas eléctricas durante el diseño.

Bromas aparte, te beneficiarás, además, de un incremento de la eficiencia de tu fuente de alimentación ya que, una vez más, no necesitarás el uso de un transformador grande, gordo e ineficaz. De hecho, estos transformadores no parecen gozar de muy buena fama en nuestros días. Gran parte de estas unidades no aisladas alcanzan el 95% de eficiencia.

Cabe señalar que se esta siendo una práctica habitual colocar estas fuentes de alimentación no aisladas después de una aislada (a veces físicamente separados entre sí). Esto es un poco más complejo, pero tiene la ventaja de brindarte una protección que cumpla con tus requerimientos de seguridad. Como ejemplo, imaginemos una fuente de alimentación médica independiente (aislada) que alimenta a un puñado de dispositivos (no aislados).

Entonces, ¿cuál es el adecuado para ti?

Ahora que hemos hablado de hechos, beneficios y aplicaciones, ¿sabes cuál es el adecuado para ti? Es muy probable que ciertos factores te ayuden a decantarte por una de estas dos opciones, lo que siempre será mejor que decidirlo a cara o cruz.

Saber, por un lado, que el aislamiento de tu fuente de alimentación te obligará a renunciar a gran parte del espacio que necesitarías y será ligeramente menos eficiente, pero te garantizará protección; y por otro lado, que la fuente de alimentación no aislada te dejará más espacio disponible e incrementará la eficiencia del diseño, pero con el coste potencialmente peligroso de renunciar a la protección, debería darte suficiente información para tomar una decisión inteligente acerca de cuál elegir.

Programas como Altium pueden serte de gran ayuda para el diseño y enrutado de cualquiera de estas dos opciones de diseño. Interesantes funcionalidades como el PDNA te brindan un análisis útil sobre la distribución de la potencia para cada una de las partes de tu diseño.

Si necesitas más información sobre cuál es el diseño de la fuente de alimentación más adecuado para ti, habla hoy mismo con un experto de Altium.

Acerca del autor

Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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