¿Por suministro de corriente ALTERNA es rectificada primero antes de pisar el voltaje?

Question

He abierto uno de mis cargadores de teléfonos y estaba tratando de entender cómo funciona.. he encontrado IC MB6F justo en la entrada de CA de la que llegó a ser un puente rectificador.

Mi pregunta es ¿por AC es la primera rectificado lugar de dar un paso hacia abajo con los transformadores ? Como bajar de DC con un convertidor buck no sería tan eficiente como con los transformadores, ¿por qué es este camino elegido ?

Answer 1

El volumen para un núcleo, necesario para apoyar a los Webers, es este:

$$ \left(volume = l_e\cdot A_c\right) \ge \frac{\mu_0\: \mu_r\: I_{peak}}{B_{max}^{\:2}} \int H\:~\textrm{d} B$$

\$l_e\$ es la longitud de la trayectoria magnética requerida y \$A_c\$ es el área de la sección transversal del núcleo. En el caso de una onda sinusoidal, el último factor anterior, para un semiciclo de tensión aplicada, es:

$$\int H\:~\textrm{d} B = V_0\int_0^{\frac{\pi}{\omega}} \textrm{sin}\left(\omega t\right) \:\textrm{d} t = \frac{2\: V_0}{\omega}=\frac{\sqrt{2}~ V_{RMS}}{\pi\: f}$$

Para 60 Hz y \$V_{RMS}=120\:\textrm{V}\$ , se obtiene alrededor de \$0.9\:\textrm{V}\cdot\textrm{s}\$ que es enorme.

Supongamos que quiero \$10\:\textrm{W}\$ . Entonces \$I_{peak}\approx 120\:\textrm{mA}\$ . La densidad de flujo de los núcleos de hierro probablemente no debería exceder de 1,5 Tesla (aunque podríamos analizar varios materiales y llegar a un rango de números aquí). \$\mu_r\approx 1000\$ para el hierro. Así que esto sugiere que \$60\:\textrm{cm}^3\$ de volumen para el núcleo - o en el área de alrededor de 1 libra de peso. Esto es aproximadamente el doble del peso que se utiliza como guía aproximada para los transformadores de potencia, pero está en el rango correcto. (Utilizando otra cifra que he visto para el acero CRGO, 1,9 Tesla, el peso cae en el normal rango de expectativas).

Tenga en cuenta que la alta permeabilidad no le ayuda en lo más mínimo. Mira la ecuación de arriba. Ese término, \$\mu_r\$ está en el numerador. Si lo aumentas, lo único que haces es aumentar el volumen necesario. La razón es que se necesita vacío para almacenar energía. No la materia. Por lo tanto, una mayor permeabilidad significa simplemente un menor espacio de vacío efectivo en la red de materia sólida, por lo que se necesita más materia. La alta permeabilidad consiste en contener las líneas de flujo y proporcionar un buen acoplamiento magnético. La inductancia también viene de la mano.

Las bajas frecuencias sólo significan grandes voltios-segundos y, por tanto, grandes núcleos. Por lo tanto, "hierro pesado". Es algo que va con el territorio.

Answer 2

Cuando era niño, mi padre me enseñaba un par de fórmulas sencillas de "regla general" para el diseño de transformadores con núcleo de hierro. 45/s vueltas por voltio, y P = s^2, donde s = cuadrado de la columna central del núcleo de hierro EI en cm^2. Es decir, la potencia eléctrica disponible crece con la cuarta potencia del "espesor" del núcleo :-) Además, hay que tener en cuenta que las potencias mínimas hacen que se acabe con un número de vueltas extremadamente alto de un hilo muy fino... mucha resistencia en serie.

Mi entendimiento ingenuo es que para que el transformador no chupe/desperdicie energía cuando está descargado/abierto, necesitas que el transformador tenga una inductancia suficientemente alta para un voltaje primario dado (medido con un secundario abierto). También en el caso de los núcleos pequeños, esto se traduce en un elevado número de vueltas de hilo fino.

Si los pequeños transformadores con núcleo de hierro fueran más eficientes que los conmutadores de potencia similar, las normas legales sobre el consumo de energía en espera en la electrónica de consumo harían que el material con núcleo de hierro fuera omnipresente. La realidad es que sólo se pueden fabricar conmutadores con una eficiencia suficiente en los factores de forma diminutos (con un consumo de energía en reposo casi nulo).

Esto no quiere decir que todos los conmutadores sean elegantes, estabilizados y eficaces. Por ejemplo, algunos de los diminutos y ligeros cargadores de Nokia (ex accesorio de serie) contenían el conmutador más minimalista que he visto nunca: un "transistor" de tres patas auto-oscilante en el primario, elytos baratos, sin filtrado, ¡sin retroalimentación! Como es lógico, esos cargadores son energéticamente ineficientes, la regulación bajo carga es muy pobre (comparado con un trafo de núcleo de hierro diminuto de similar potencia) y no comprobé realmente la EMI.

Algunos conmutadores baratos un poco más grandes ya tienen una retroalimentación adecuada (a través de un optoacoplador) y un filtrado mínimo, pero son bastante ineficientes (se calientan). Lo mismo ocurre con los adaptadores de portátiles noame del mercado de accesorios.

Recientemente me han sorprendido los adaptadores para portátiles Lenovo de última generación (con el enchufe amarillo rectangular). Este pequeño adaptador de "ladrillo de plástico" funciona perfectamente. Increíble, comparado con algunos adaptadores para portátiles que tuve en el pasado. Me atrevería a decir que se trata de transistores TrenchFET/FinFET modernos y de una rectificación de sincronización en el lado secundario.

Answer 3

Parece que estás asumiendo que podrían hacer algo así:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Pero, por lo general, se desea que la alimentación de CC esté regulada. (Las fuentes no reguladas suelen tener un gran rizado, que causa problemas en muchos circuitos). Así que necesitas un regulador al final, sea como sea. Por razones de seguridad, también suele ser necesario un transformador en alguna parte.

El esquema que he dibujado arriba es una forma perfectamente válida de hacer las cosas. Podrías poner un regulador lineal o un convertidor buck en el extremo y obtener CC regulada. Pero (como otros han dicho) los transformadores de 60 Hz son grandes y pesados. E incluso si no necesitas un transformador por seguridad, es difícil convertir de forma fiable una tensión de entrada muy alta en una tensión de salida muy baja. Estas limitaciones dan lugar a los llamados convertidores off-line, que rectifican primero la red y luego conmutan el primario de un pequeño transformador a alta frecuencia. El lado secundario sigue aislado y el transformador realiza parte de la conversión de la tensión, lo que mantiene el ciclo de trabajo del interruptor en un rango razonable. Por supuesto, los convertidores fuera de línea son más difíciles de diseñar que el tipo más sencillo que he mostrado anteriormente.