Tecnología de cargadores

Prepair fabrica cargadores de batería usando dos tipos de circuitos electrónicos.
Lo que sigue a continuación es una explicación simple de cómo funcionan estos circuitos:

LINEAR

Con el tipo linear de circuitos, la salida del cargador es regulada por un regulador linear de serie, generalmente un transistor de energía, que admite una tensión más alta de entrada que la batería que está siendo cargada, y permite que entre solamente la cantidad de energía que ha sido fijada por los componentes del circuito.

La diferencia en el voltaje multiplicado por la corriente de carga en amperios dará la disipación total del regulador, que es también energía perdida que se desprende bajo forma de calor. El cargador linear es conveniente para transferencias pequeñas de salida, y también fue utilizado mucho en trabajos de comunicaciones donde eran necesarios niveles muy bajos de ondulación y de ruido para mantener las líneas libres de interferencias de fondo.

Las desventajas son:- La eficiencia del circuito es muy baja, de alrededor del 25% -35%, y como las pérdidas de energía se emiten en calor, el sistema no se utiliza para los cargadores de alta potencia. La protección del regulador en condiciones de cortocircuito puede ser un problema en cargadores de alta tensión, y donde la batería que se está cargando está sobre descargada o completamente vacía.

Las ventajas son:- Red de circuitos simple, especialmente al usar 3 reguladores terminales como los de la serie National Semiconductor LM3XX; confiabilidad a través de una cuenta de componentes baja, ruido y ondulación de salida bajos y bajo coste.

TIRISTOR

El Rectificador Controlado de Silicio (Silicon Controlled Rectifier en inglés, SCR) o tiristor es un dispositivo comúnmente usado para manejar cantidades grandes de energía. El dispositivo es una relación del transistor pero es mucho más resistente y puede controlar voltajes y corrientes mucho más altos. La característica importante del tiristor es que una vez que está encendido no se apagará de nuevo, aunque la señal de la detención sea retirada, a menos que la corriente que pasa a través del dispositivo baje a cero. Como esto sucede en cada ciclo de la corriente CA, el control del dispositivo llega a ser bastante simple, y se conoce como activador o control de fase de ángulo.

El tiristor conduce o permite que entre toda o una parte de la onda sinodal de entrada de CA en cada ciclo. La cantidad que se permite entrar es controlada a través del activador de la red de circuitos. El ángulo posible de conducción es de 0 a 180 grados de la onda sinoidal de la CA, y en un puente de tiristor completamente controlado, los tiristores de salida positiva y negativa se encienden en pares alternos. Un puente medio controlado tiene tiristores solamente en la mitad del puente, los otros siendo substituidos por los diodos que serán conductores mientras su posición permita un flujo de corriente en el puente.

Debido a que el control sólo puede suceder en cada ciclo, no es continuamente variable de la misma forma que en el ejemplo del transistor de arriba, pero en la mayoría de las aplicaciones esto no es un problema ya que la corriente eléctrica se almacena en el inductor de regulación de ondulaciones de corriente y el condensador de depósito y regula los pulsos de la corriente de salida de el/los tiristor/es.

Las desventajas son:- Principalmente el peso del transformador y el inductor de regulación de ondulaciones de corriente, a pesar de que hay mayor complejidad del control y de los circuitos de activación en comparación con un circuito linear. La salida está muy llena de pulsos y de interferencias del activador, así que el inductor de regulación de ondulaciones de corriente y los condensadores son más adecuados.

El control de la salida puede llegar a ser difícil si se requiere una ondulación muy baja de la salida, y varias técnicas son usadas para proporcionar una respuesta rápida a los cambios de la carga, que no son ayudados por la constante grande de tiempo L-C del obturador y del condensador en la salida. La eficiencia es del orden del 65%.

Las ventajas son: - Dispositivos mucho más resistentes que el transistor, los tiristores están disponibles con grados de los millares de amperios a hasta 1800V Piv. La mayoría de los circuitos de control de energía eléctrica utilizan los tiristores en una u otra forma, y los grados de energía aseguran que haya disponible un dispositivo conveniente para casi cualquier aplicación. Los puentes trifásicos plenamente controlados tienen niveles de ondulación mucho menores y la frecuencia es más alta que un circuito monofásico. La mayoría de los circuitos de cargador por encima de 3 o 4 Kw usan trazados de circuito trifásicos por esta razón. La regulación es mucho más simple en la ondulación de 300Hz que en la de 100Hz, así que la eliminación de ondulaciones de corriente puede ser más simple. Además el control de la salida es mejor con la activación traslapada de los tiristores del puente.

Modo conmutado

El otro tipo principal de circuito en volumen de uso es el Alimentador de Energía en Modo Conmutado. (En inglés: Switchmode Power Supply: SMPS) Ha tenido una enorme penetración en los mercados de fuentes de alimentación y de cargadores en los últimos 15 años, y ahora es el modo predominante de operación en los mercados de telecomunicaciones y de ordenadores. Es ligero en comparación con sistemas Lineares y del Tiristor, pero tiene problemas con la complejidad de circuitos y las emisiones EMI/RFI.

En funcionamiento, el SMPS convierte la fuente de entrada CA a CC. de alta tensión. Esto entonces es conmutado a muy altas frecuencias a través de un transformador que consigue la reducción de tensión a niveles bajos de voltaje y también al aislamiento de la fuente de la CA. Como la frecuencia de la conmutación es muy alta, la salida es fácilmente regulada y la velocidad de la respuesta del circuito es muchas veces más rápida que la del tiristor, ya que los circuitos de control pueden cambiar niveles de control en intervalos muy cortos, probablemente en microsegundos, mientras que el sistema del tiristor tiene que esperar a que vuelva el ciclo siguiente antes de que pueda cambiar algo. Los tiempos rápidos de conmutación del sistema significan que el poder de disipación bajo forma de pérdida de calor son mucho menores que en los otros dos sistemas.

El transformador de reducción de tensión es muy ligero, y es hecho con material de Ferrita. El volumen de hierro o de acero en un transformador desciende con un aumento en la frecuencia, y a 100 Khz el volumen de Ferrita es ciertamente muy pequeño y también muy leve. Un transformador moderno de 1 KW SMPS es probablemente menor de 3 pulgadas cúbicas y de unas pocas onzas de peso, mientras que una unidad con tiristor estaría cercano a 10 pulgadas cúbicas y pesaría muchas libras. Además la unidad del tiristor también necesitaría un obturador de ondulaciones de corriente mientras que el SMPS no.

Las desventajas son: - Su complejidad, la radiación de EMI/RFI; MTBF bajo en comparación con la fragilidad linear y de tiristor del trazado de circuito y del transformador de ferrita (aunque mejora rápidamente); los altos voltajes de C.C. usados dentro de la unidad.

Las ventajas son: -Bajo en peso para la energía, pequeño, baja disipación de calor, bajo costo ya que el volumen es muy alto. Eficiencia superior al 95% para una unidad moderna, aunque tienden a encarecerse en el pequeño mercado de la alta potencia.

RESUMEN

Los sistemas LINEARES son buenos por el bajo ruido y ondulación, simples, pero son pesados e ineficaces.

Los sistemas del TIRISTOR son más resistentes que los Lineares, alcanzan energías mucho mayores, pero son pesados. La eficiencia es más que el doble que el de un cargador linear.

Los sistemas de MODO de CONMUTACION son rápidos, ligeros, baratos y fácilmente acoplables, si bien un poco frágiles y complejos. No son capaces de manejar altas energías a menos que muchas unidades se coloquen en paralelo. La eficiencia es lo mejor del equipo.

Debido a la necesidad, estas notas son una gran simplificación de las operaciones del mundo real de los cargadores mencionados, y para algunas aplicaciones especializadas puede haber una buena razón para utilizar un tipo particular de cargador donde otro tipo podría parecer de entrada la opción más adecuada. Estamos siempre preparados para ofrecer consejo técnico sobre materias relacionadas con la carga donde se asistiría a un cliente para la selección del mejor tipo de cargador. Recomendamos a menudo sistemas de modo de conmutación, a pesar de que nosotros no los producimos.

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