Eficiencia de corriente de la fuente de alimentación

La eficiencia de corriente de una fuente de alimentación es la corriente máxima que la fuente de alimentación debe suministrar a la carga, manteniendo todos los parámetros especificados en la hoja de datos (tensión de salida, potencia, etc.) y operando en las condiciones ambientales especificadas (temperatura, humedad, etc.).

De acuerdo con el sistema SI, la intensidad de la corriente eléctrica se expresa en amperios (A). La corriente también se puede expresar en miliamperios (mA).
1 mA es igual a 1/1000 A, es decir, 1000 mA = 1 A (por ejemplo, 600 mA = 0,6 A).

El diagrama (fig. 1) muestra los fenómenos que ocurren entre la fuente de alimentación (1) y la carga (2). La fuente de energía eléctrica (fuente de alimentación) suministra la energía a la carga que la absorbe. La carga que se muestra en el diagrama con el símbolo de la resistencia tiene una resistencia (R) y genera una potencia (P). La carga puede convertir la energía eléctrica en otra forma de energía, por ejemplo la luz (bombilla) o el calor (radiador).

La eficiencia de corriente es la corriente máxima que la fuente de alimentación puede suministrar a la carga y está estrechamente relacionada con la potencia generada por la carga. Esto se debe a una ley fundamental que rige todos los circuitos eléctricos, a saber, la ley de Ohm. La ley define la relación entre la tensión (V), la corriente (A), la resistencia (R) y la potencia (P).

Fórmula general de la ley de Ohm:

Una fórmula más útil de la ley de Ohm para calcular la máxima corriente de salida de la fuente de alimentación:

Después de la transposición, la fórmula de máxima potencia de salida de la fuente de alimentación es la siguiente:

donde:

I – corriente de salida en amperios [A],
P – potencia de salida en vatios [W],
U – tensión de salida en voltios [V],
R – resistencia de la carga.

A continuación se muestra un ejemplo de cálculo (aplicación de la ley de Ohm) para una fuente de alimentación con una tensión de 12 V y una eficiencia de corriente de 5 A.

Fig. 2. Aplicaciones de la ley de Ohm (ejemplo de cálculos)

Potencia

Resistencia

Corriente 

o

Voltaje 

Otros ejemplos:

Tenemos una fuente de alimentación con una tensión de salida de 12 V y una eficiencia de corriente de 10 A. Calculamos su potencia máxima:

Fuente de alimentación con una tensión de salida de 12 V y potencia de 150 W. Calculamos su eficiencia de corriente:

Si la fuente de alimentación está diseñada para un funcionamiento continuo (las 24 horas), la corriente nominal de la fuente de alimentación no debe exceder el 80% de la corriente máxima. Esto está estrechamente relacionado con la temperatura que ella emite. La eficiencia de corriente (o potencia) siempre debe referirse a la temperatura de funcionamiento, es decir, la temperatura ambiente (aire) en que opera la fuente de alimentación.

Deben evitarse temperaturas superiores a 50°C (preferiblemente, hasta 40°C), sin embargo, algunos fabricantes pueden permitir el funcionamiento a temperaturas más altas. Hay fuentes de alimentación para las que los fabricantes especifican una temperatura máxima de 70°C. En este caso, hay que examinar cuidadosamente la documentación técnica. También hay fuentes de alimentación diseñadas para funcionar a una temperatura máxima de trabajo de 30°C.

Ejemplo 1.

Fuente de alimentación modular de alta calidad 12 V/12,5 A/150 W. Temperatura de funcionamiento especificada: de -10°C a 70°C. La hoja de datos incluye un gráfico (fig. 3) de carga con respecto a la temperatura de funcionamiento.

Fig. 3. Gráfico de carga de la fuente de alimentación con respecto a la temperatura de funcionamiento

Como se muestra en el gráfico, la fuente de alimentación puede suministrar la potencia total a la carga, pero sólo hasta una temperatura de 50°C. Cuando se trabaja a una temperatura exterior de 70°C, el equipo puede cargarse a 50%, es decir, la mitad de la corriente máxima. Esto significa que a una temperatura ambiente de 70°C, la eficiencia de corriente de la fuente de alimentación se reduce a la mitad. En este caso, se reduce de 12,5 A a 6,25 A.

Ejemplo 2.

Fuente de alimentación modular 12 V/5 A/60 W. Temperatura de funcionamiento especificada: de -10°C a 40°C. Sin embargo, la hoja de datos incluye el gráfico (fig. 4) de la corriente de salida admisible (I_N) de la fuente de alimentación con respecto a la temperatura ambiente (t_amb) (para la carga momentánea).

Fig. 4. Gráfico de la corriente de salida admisible (I_N) de la fuente de alimentación con respecto a la temperatura ambiente (t_amb) (para la carga momentánea).

Como se puede ver en el gráfico anterior, la fuente de alimentación puede suministrar la corriente máxima a la carga, pero solo hasta la temperatura de 30°C. A una temperatura exterior de 40°C, el dispositivo puede cargarse hasta un 70%.
En este caso:
– temperatura ambiente (t_amb) 30°C – corriente máxima 5 A,
– temperatura ambiente (t_amb) 40°C – corriente máxima 3,5 A.

Se puede suponer que una fuente de alimentación de alta calidad tiene alta temperatura de funcionamiento y alta corriente nominal máxima. Dependiendo de la eficiencia de la fuente de alimentación, parte de la energía suministrada al dispositivo se convierte en calor. Si una fuente de alimentación de baja eficiencia se instala en una carcasa cerrada, los componentes electrónicos que se calientan pueden aumentar la temperatura dentro de la carcasa. Esto lleva a una reducción significativa de la eficiencia de corriente de la fuente de alimentación.

La siguiente es una prueba de temperatura (fig. 5), realizada con una cámara térmica, de una fuente de alimentación modular económica de 12 V/10 A para diferentes corrientes de carga a una temperatura ambiente de 25°C.

Como se puede ver en las capturas de pantalla, algunos componentes de la fuente de alimentación alcanzan muy altas temperaturas. La más calentada es la bobina del filtro de salida. Esta fuente de alimentación tiene una baja eficiencia y mucha energía se pierde debido al calentamiento.

Para las fuentes de alimentación que cuentan con el control de la tensión de salida, hay que tener en cuenta que su eficiencia de corriente, es decir, la corriente máxima suministrada por la fuente de alimentación a la carga, es especificada por el fabricante para la tensión de salida nominal. Si la tensión de salida se aumenta, debe reducirse la corriente de salida.

Ejemplo 3.

Fuente de alimentación con una tensión de salida de 12 V y una potencia de 500 W, con control de la tensión de salida de 11,6 a 16,2 V. Calculamos su eficiencia de corriente para la tensión nominal de 12 V.

Si la tensión de salida se aumenta a 16,2 V, su eficiencia de corriente será la siguiente:

Como se puede ver, la corriente máxima (es decir, la eficiencia de corriente de la fuente de alimentación) se reduce con respecto a la corriente nominal de más de 10 A.