Ante la necesidad de generar fuentes reguladas de voltaje que eviten la pérdida de energía en forma de calor, al momento de llevar a cabo diversos procesos como la electrólisis, un grupo de investigadores de la Facultad de Ciencias de la Electrónica (FCE) diseñó un circuito de alta eficiencia que permite contrarrestar dicha situación, así como operar los transistores en condición de circuito abierto, o bien, corto circuito.
Guillermo Pérez Luna, profesor investigador de esta unidad académica, explicó que el dispositivo tiene la capacidad de realizar las funciones de rectificación y regulación de los voltajes, para trabajar con pequeñas o altas corrientes de energía eléctrica.
El académico, quien es doctor en Ingeniería por la Universidad Nacional Autónoma de México, precisó que las amplias pérdidas de energía en forma de calor, provocadas por la conversión de voltaje alterno en voltaje de corriente directa, afectan de forma directa los costos de operación y generan más fallas en los circuitos de la fuente de energía.
Por ello, el sistema representa una alternativa para la fabricación de fuentes de alimentación, con un circuito sencillo que brinda la posibilidad de obtener altos voltajes en forma regulada.
Indicó que el funcionamiento del sistema consiste en efectuar una descarga de un capacitor con alto almacenamiento de energía, sobre otro con menor energía. La descarga frecuente y rápida está controlada por un comparador en el que se introducen las señales de referencia y la magnitud del voltaje en la carga. El acoplamiento de señales se realiza de forma óptica para evitar un posible daño al circuito del control, el cual está constituido por el circuito comparador.
“Las descargas que se obtienen pueden llegar hasta los 100 amperes, por lo cual es necesario el uso de dispositivos eléctricos, conocidos como conmutadores, que puedan soportar estas altas magnitudes de voltaje y de corriente instantáneamente, es decir, durante los periodos de carga y descarga”, explicó.
Tras precisar que las amplias pérdidas de energía en forma de calor provocadas por la conversión de voltaje alterno en voltaje de corriente directa, afectan costos de operación y generan mayor factibilidad de falla en los circuitos de la fuente de energía, señaló:
“Nuestro diseño tiene la ventaja de ser adaptable a fuentes de voltaje de pequeña magnitud y alta corriente, así como fuentes de voltaje de mayor amplitud y baja corriente. Además, tiene la particularidad de ser un dispositivo económico que puede ser utilizado para el manejo de motores de corriente directa en los seguidores solares, o bien para optimizar la cantidad de energía que se produce en un panel fotovoltaico”.
Otra característica es que el diseño cuenta con tecnología cien por ciento mexicana, lo cual presenta un alto potencial de desarrollo tecnológico y competitivo en el mercado internacional.
Pérez Luna detalló que el sistema permite pasar de un voltaje de 200 volts de corriente alterna a uno de 200 volts de corriente directa; se efectúa la rectificación correspondiente y se pueda disponer de una fuente de alto voltaje no regulada, de la cual es posible sustraer energía para pasarla a una etapa posterior, en la que se obtendrá el voltaje regulado donde se implementa el mecanismo de descarga de capacitor a capacitor.
Afirmó que una vez hecho el procedimiento anterior, es necesario establecer el voltaje de referencia que se desea, como voltaje de salida, y por otra parte el voltaje real que se tiene en el capacitor. “En paralelo con este último se va a conectar la carga, es decir, el elemento sobre el cual se va a trabajar para obtener el voltaje y la corriente correspondiente”.
El investigador comentó que una vez que se han establecido los voltajes reales y de referencia, se lleva a cabo una comparación de los mismos a partir de un control de encendido y apagado, que se puede conmutar a velocidades muy altas, lo que significa que el circuito es capaz de generar pulsos que tengan periodos de hasta un microsegundo.
Gracias a su efectividad, buen funcionamiento, aplicaciones y capacidades técnicas, este sistema cuenta con un registro de solicitud de patente ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial, con el nombre “Circuito Integrado de Fuente Regulada” y el número MX/E/2016/037559.
El doctor Guillermo Pérez Luna dio a conocer que se prevé implementar un sistema digital programado, que pueda definir y controlar tanto el voltaje como la corriente, a través de un teclado integrado.
En este trabajo también participan Ignacio Carmona Gutiérrez, Héctor de la Cruz Ramos y Salvador Alcántara Iniesta, investigadores del Centro de Investigaciones en Dispositivos Semiconductores, del Instituto de Ciencias de la BUAP.
