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Fuente SMPS Simétrica 2×50V 350W con IR2153 e IRF840 – Guía Completa + PCB
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🔧 ¿Para quién es esta guía? Este artículo es perfecto para estudiantes de electrónica, entusiastas, diseñadores y hobbyistas que desean construir una fuente conmutada SMPS de alta potencia (350W) con excelente relación costo-beneficio. Vamos a detallar cada paso del proceso, desde la teoría hasta el montaje final!
¡Hola a Todos!
En el post de hoy, vamos a sumergirnos en el fascinante mundo de las fuentes conmutadas SMPS (Switched-Mode Power Supply), explorando un proyecto basado en el Circuito Integrado IR2153. Este controlador PWM (Pulse Width Modulation) de solo 8 pines es una verdadera joya para la electrónica, permitiendo construir una fuente conmutada no regulada de excelente calidad para diversas aplicaciones.
Lo que hace especial a este proyecto es la combinación de simplicidad y rendimiento. Con un costo relativamente bajo, podemos obtener una fuente simétrica robusta capaz de entregar hasta 350W de potencia - ideal para alimentar amplificadores de audio, fuentes de laboratorio u otros proyectos que requieren tensiones simétricas elevadas.
💡 Consejo de experto: Las fuentes SMPS como esta son hasta un 85% más eficientes que las fuentes lineales tradicionales, generando menos calor y ocupando menos espacio. Esto las hace ideales para aplicaciones portátiles o donde el espacio es limitado.
⚡ Entendiendo la Etapa de Potencia
La etapa de potencia es el corazón de nuestra fuente SMPS, responsable de entregar la energía necesaria para sus aplicaciones. En este proyecto, utilizamos dos transistores MOSFET tipo N IRF840, componentes robustos y ampliamente disponibles en el mercado, que reciben los pulsos PWM del circuito integrado IR2153.
La alimentación del CI IR2153 se realiza a través del resistor de potencia de 27K 5W. Un detalle importante es que, en el encapsulado interno de este CI IR2153D, ya existe un diodo Zener de 15.6V para protección. Sin embargo, la corriente está limitada, por lo que debemos estar atentos para no utilizar un resistor R3 con resistencia menor, ya que esto aumentaría la corriente en la entrada del CI, pudiendo dañar el Zener y, consecuentemente, el CI.
✓ Atención: Si está utilizando el IR2153D (versión con diodo interno), no hay necesidad de utilizar el diodo D2 (FR107 o BA159), ya que este CI ya posee este componente internamente. Si es el IR2153 "sin la letra D", mantenga el diodo D2 según lo indicado en el esquema.
Filtros de Bloqueo y Protección
En la entrada del circuito, implementamos un filtro de EMI (Interferencia Electromagnética) y sistema de protección. Utilizamos un NTC Thermistor para limitar la corriente de pico durante la carga inicial de los capacitores, evitando sobrecargas. Esta misma topología puede ser encontrada en fuentes de alimentación AT/ATX de computadoras, lo que demuestra su eficacia y confiabilidad.
📚 Para saber más: El filtro EMI es esencial para evitar que ruidos generados por la conmutación de los MOSFETs retornen a la red eléctrica, interfiriendo en otros equipos. También protege la fuente contra ruidos externos que podrían afectar su funcionamiento.
🔌 Esquema Eléctrico del Circuito
En la Figura 2, presentamos el diagrama esquemático completo de nuestra Fuente Conmutada SMPS simétrica, con potencia de hasta 350W usando el Circuito Integrado IR2153 como controlador PWM y los Transistores de potencia IRF840. Este circuito compacto es extremadamente funcional y puede ser adaptado para diversas aplicaciones.
🔍 Análisis del circuito: El esquema muestra una configuración half-bridge clásica, donde el IR2153 genera las señales PWM complementarias para accionar los MOSFETs Q1 y Q2. El transformador TR1 recibe estos pulsos y los transfiere al secundario, donde son rectificados y filtrados para producir las tensiones de salida simétricas.
🌀 Guía Detallada: Enrollando el Transformador
El transformador TR1 es un componente crítico y fue reaprovechado de una fuente de alimentación ATX de desecho. Después del rebobinado, su inductancia primaria quedó en aproximadamente 6,4 mH, un valor ideal para esta aplicación.
⚠️ Atención: El núcleo del transformador no debe tener espacio de aire (gap). Algunos transformadores de fuentes ATX poseen un espaciado en el gap. Si el suyo tiene, necesitará lijar las superficies hasta eliminar completamente este espaciado, garantizando el contacto total entre las mitades del núcleo.
Proceso de Enrollado del Primario
El enrollado primario consiste en 40 vueltas de hilo de cobre super esmaltado de 0,6 mm, configuradas sin el Center Tape (punto central).
Enrollado del Secundario
El secundario consiste en un enrollado de 28 vueltas con Center Tape de hilo de cobre super esmaltado de 0,6 mm. Esta configuración nos proporcionará las tensiones simétricas de aproximadamente ±50V después de la rectificación y filtrado.
Inductores de Filtrado
El inductor L1 / L2 es el mismo utilizado en la fuente ATX original y no requiere modificaciones. Ya los inductores L3 y L4, de los filtros de EMI de salida, pueden ser enrollados en núcleos toroidales de ferrita.
Para los inductores de salida, recomendamos enrollar las bobinas emparejadas en los mismos núcleos toroidales, utilizando hilo de cobre super esmaltado de 0,6 mm con 25 vueltas en cada terminal de alimentación. Esto garantizará un filtrado eficaz y reducirá el ripple de salida.
💡 Consejo práctico: Al enrollar los inductores, mantenga el hilo siempre tensionado y distribuya las espiras de forma uniforme por el núcleo. Esto evitará acumulación de calor en puntos específicos y mejorará el rendimiento del filtro.
💡 Inspiración para tu Próximo Proyecto Maker
¿Te gustó este proyecto? Entonces te encantará explorar otros circuitos que hemos preparado. ¡Cada uno con sus particularidades y aplicaciones ideales!
🧾 Lista de Materiales Detallada
Para garantizar el éxito de su proyecto, la calidad de los componentes es esencial. A continuación, presentamos la lista completa de materiales de forma organizada, con especificaciones claras para facilitar su compra y evitar errores.
| Referencia | Componente | Especificación | Observaciones |
|---|---|---|---|
| CI1 | Circuito Integrado | IR2153 o IR2153D | Controlador PWM |
| Q1, Q2 | Transistores Mosfets | IRF840 | 500V, 8A. Necesario disipador de calor. |
| R1, R2 | Resistor | 150k (1/4W) | Marrón, verde, amarillo |
| R3 | Resistor de Potencia | 27K 5W | Rojo, violeta, naranja. ¡No use valor menor! |
| R4 | Resistor | 10K (1/4W) | Marrón, negro, naranja |
| R5, R6 | Resistor | 10Ω (1/4W) | Marrón, negro, negro. Gate de los MOSFETs. |
| R7, R8 | Resistor | 22Ω 2W | Rojo, rojo, negro. Descarga Cap Snubber. |
| D1 | Puente de Diodos | GBJ2510 | Rectificación de entrada. 1000v 25A. |
| D2 | Diodo Rápido | FR107 o BA159 | No usar con IR2153D (ya tiene interno). |
| D3 à D6 | Diodos Rápidos | MUR460 | Rectificación de salida. 600V, 4A. |
| C1, C2 | Capacitor Poliéster | 470nF - 250Vac | Filtro EMI de entrada (tipo X). |
| C3, C4 | Capacitor Electrolítico | 680uF - 450V | Filtro de bus DC. |
| C5, C7 | Capacitor Electrolítico | 100uF - 50V | Alimentación del CI (bootstrap). |
| C6 | Capacitor Cerámico | 470pF | Define la frecuencia de oscilación. |
| C8 | Capacitor Poliéster | 2,2uF - 400V | Acoplamiento del primario del trafo. |
| C9, C10 | Capacitor Electrolítico | 2200uF - 65V | Filtro de salida. Use de bajo ESR. |
| C11, C12 | Cerámica MKP | 1nF - 1000V | RC Snubber |
| P1 | Potenciómetro | 100kΩ | Ajuste fino de la frecuencia (opcional). |
| NTC1 | Thermistor | 5Ω | Protección contra inrush current. |
| L1, L2, L3, L4 | Inductores | *Ver detalles en el texto | Filtros de EMI y de salida. |
| TR1 | Transformador | *Ver detalles en el texto | Núcleo EE o EI de fuente ATX. |
| F1 | Fusible | 3A (soldable) | Protección principal contra sobrecorriente. |
🖨️ Placa de Circuito Impreso (PCI) - Proyecto Optimizado
Para facilitar su montaje y garantizar el máximo rendimiento y seguridad, hemos preparado una placa de circuito impreso (PCI) diseñada profesionalmente. El diseño ha sido optimizado para:
- Pistas Anch Para soportar altas corrientes sin sobrecalentamiento.
- Separación Adecuada: Distancia segura entre las partes de alta tensión y baja tensión.
- Planificación Térmica: Posicionamiento estratégico de los componentes que disipan calor.
- Compatibilidad: Perforación estándar para los componentes listados.
Estamos disponibilizando para Descarga todos los materiales necesarios para quien desee montar con la placa sugerida: archivos en webp, PDF para impresión casera y archivos Gerber para quien desee enviar para una fabricación profesional.
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Para descargar los archivos necesarios para el montaje del circuito electrónico, simplemente haga clic en el enlace directo disponibilizado a continuación:Enlace para Descargar: Layout PCB, PDF, GERBER, JPG
🤔 Preguntas Frecuentes Fuente SMPS Simétrica IR2153 IRF840 (FAQ)
Para garantizar que su proyecto sea un éxito, hemos compilado algunas de las preguntas más comunes sobre la Fuente Conmutada SMPS Simétrica con IR2153 y IRF840
❓ ¿Puedo usar esta fuente para un amplificador de audio? 🔽
Sí, esta fuente es excelente para amplificadores de audio que requieren alimentación simétrica, como los de clase AB o D. La baja ondulación (ripple) y la alta capacidad de corriente garantizan una calidad de sonido superior.
❓ ¿Qué debo hacer si la fuente no enciende? 🔽
Primero, verifique el fusible F1. Después, con la fuente desconectada de la red, mida la continuidad de los componentes principales. Un error común es el enrollado del transformador o soldaduras frías en los MOSF s y en el CI. Use una lámpara en serie con la entrada para una prueba segura.
❓ ¿Es necesario añadir un ventilador (cooler) para refrigeración? 🔽
Para operaciones en potencias cercanas a 350W o por largos períodos, es altamente recomendable. Un pequeño cooler de 12V puede ser alimentado por la propia fuente (con un regulador 7812, por ejemplo) para mantener los MOSFETs y el transformador a una temperatura segura.
🎉 Conclusión y Próximos Pasos
Hemos llegado al final de esta guía completa para la construcción de su Fuente Conmutada SMPS Simétrica de 350W. Con este proyecto, usted no solo construye una herramienta poderosa para sus aplicaciones, sino que también profundiza su conocimiento en electrónica de potencia, un área fundamental y gratificante.
Recuerde siempre priorizar la seguridad, trabajando con cuidado y utilizando equipos de protección adecuados. El montaje de fuentes conmutadas involucra tensiones elevadas y puede ser peligroso si se maneja de forma incorrecta.
✨ Nuestro Agradecimiento y Próximos Pasos
Esperamos sinceramente que esta guía haya sido útil y enriquecedora para tus proyectos. ¡Gracias por dedicar tu tiempo a este contenido!
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Saludos cordiales, El Equipo de Circuito Electrónicos ⚡
