Historia de los sistemas reguladores de voltaje

Desde la llegada de los sistemas electrónicos, las perturbaciones relacionadas con la energía eléctrica han tenido la capacidad de destruir componentes, interrumpir el funcionamiento del sistema e interferir con la productividad.

En el mundo

Casi todo el mundo ha experimentado los efectos de los problemas de energía en un momento u otro. Es una creencia común que la falla del sistema se debe a “bajas” y “sobretensiones” de voltaje. Sin embargo, la tecnología electrónica evoluciona continuamente y es importante reconocer que esta evolución ha cambiado la forma en que los sistemas responden a las perturbaciones eléctricas.

La llegada de las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) se implementó específicamente para abordar estos problemas. La adopción de SMPS reemplazó la fuente de alimentación lineal, lo que abrió las computadoras modernas a una falla fatal.

La evolución

Cuando John Atanasoff y Clifford Berry inventaron la primera computadora digital en 1939 en la Universidad Estatal de Iowa, construyeron una máquina que se basaba en tubos de vacío para el circuito lógico fundamental. Estos eran dispositivos de alto voltaje y baja corriente que estaban alimentados por una fuente de alimentación lineal básica.

Desde los sistemas ENIAC, EDVAC y UNIVAC que siguieron hasta los sistemas más familiares de mediados de la década de 1980. Se produjeron pocos cambios en el diseño de la fuente de alimentación. Sin embargo, a finales de los años 80, los ingenieros habían comenzado a utilizar una gran cantidad de circuitos integrados que, a su vez, se estaban construyendo con un número cada vez mayor de uniones de transistores. El resultado fue una computadora de “bajo voltaje”, que usaba cantidades sustanciales de corriente.

El Resultado

La tecnología de suministro de energía lineal de la época era ineficiente. Una fuente de alimentación capaz de cumplir con los requisitos de entrega actuales de los circuitos informáticos en rápido crecimiento sería significativamente más grande que sus predecesores. Los diseñadores se esforzaban por hacer las computadoras más pequeñas y las fuentes de alimentación más grandes simplemente no eran compatibles con este objetivo.

El resultado fue la introducción del SMPS. Este diseño eliminó los 60 Hz. Transformador reductor y sección de regulador en serie a favor de un circuito de alta frecuencia con modulación de ancho de pulso capaz de rectificar los voltajes de línea hasta una potencia de CC utilizable y bien regulada para el circuito lógico de la computadora.

Diferencias fundamentales

Este cambio tecnológico es responsable de algunas diferencias fundamentales en la forma en que los sistemas responden a los problemas de energía.

Fuente de alimentación lineal

La fuente de alimentación lineal rectificaba el voltaje de línea entrante y suministraba energía al circuito lógico a través de un regulador en serie. Sin embargo, el rango de este regulador era limitado y un voltaje de entrada demasiado alto o demasiado bajo daría lugar a problemas rápidamente.

Un voltaje de entrada bajo haría que la salida de suministro se “retrocediera” o cayera por debajo de la tolerancia operativa del circuito lógico. Un voltaje de entrada demasiado alto activaría el circuito de “palanca” de la fuente de alimentación.

En el proceso de protegerse a sí mismo, la salida de la fuente de alimentación volvería a caer por debajo de la tolerancia operativa del circuito electrónico de la computadora. Debido a que las variaciones de voltaje de la línea son frecuentes, las caídas y las sobretensiones solían ser los culpables de las primeras fallas del sistema electrónico.

Los circuitos eléctricos dedicados eran la primera línea de defensa contra esta condición y, si no eran efectivos, normalmente se especificaba un regulador de voltaje.

Fuente de conmutación

Los suministros de modo de conmutación son muy diferentes.

Los reguladores en serie se ha eliminado junto con el transformador reductor de entrada. Las fuentes de alimentación conmutadas consumen corriente de la fuente de alimentación de CA solo durante una parte de cada ciclo de la línea de alimentación.

Los suministros de modo de conmutación no solo son considerablemente más pequeños y más eficientes, sino que también son en gran medida inmunes a las caídas y sobretensiones. Una explicación se encuentra en la forma en que opera el sistema.

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