La tecnología lineal usa directamente la frecuencia de la red eléctrica para lograr la conversión de voltaje, mediante un transformador o fierro laminado. Este, a su vez, sirve de protección, aislando al circuito secundario del primario. La salida AC del secundario, que por lo general es de bajo voltaje, es luego rectificada por un puente de dos o cuatro diodos y suavizada por un gran condensador elec-trolítico para producir una salida DC. La salida es regulada mediante un transistor o regulador lineal, que mantiene un voltaje estable "botando" el exceso de voltaje con un tran-sistor o regulador lineal que actúa como una resistencia variable en serie con la carga. De este modo, el "exceso de voltaje" es liberado directamente al medio ambiente en forma de calor (ver figura 1).

Figura 1.

Conversión Switching

En comparación, la tecnología swit-ching es bastante más sofisticada. El voltaje AC de la red es primero recti-ficado y suavizado por un puente de diodos y condensadores, para luego ser interrumpido a alta velocidad por una compuerta sólida, generalmente FET, produciendo una señal AC de alta frecuencia. El transformador de fierro es reemplazado por un transformador de ferrita, reduciendo enormemente el peso y tamaño de éste. Una vez reducido el voltaje, la salida DC es recuperada por un rectificador de diodos y suavizada por un filtro formado por induc-tancias y condensadores. El voltaje de salida es monitoreado por un sistema de control, que regula el ancho de los pulsos en la compuerta para aumentar o reducir el voltaje según los requerimientos de la carga (ver figura 2).

Figura 2.

Además de esta configuración, la tecnología switching presenta una serie de otras configuraciones que permiten convertir energía sin la necesidad de un transformador, si bien perdiendo el aislamiento galvánico entre primario y secundario, esta nueva línea de conversores abre las puertas a un sinnúmero de aplicaciones en cuanto a la conversión DC/DC (ver figura 3).

Figura 3.

Ventajas y desventajas

El uso de un transformador de ferrita permite reducir enormemente el tamaño del transformador. A modo de ejemplo, una fuente de 50W swit-ching es normalmente un 80% más pequeña que una fuente lineal. Esta reducción también se observa en cuanto al peso, donde volviendo al ejemplo una fuente de 50W lineal pesa alrededor de dos kilogramos, mientras que su contraparte switching sólo alcanza los 350 gramos.

Otra gran ventaja de la tecnología switching es que posee gran flexibilidad para tolerar grandes rangos de voltaje de entrada, funcionando indistintamente con voltajes que varían entre 85 y 265VAC. Esto es imposible en su contraparte lineal, donde una variación de un 10% en la entrada puede provocar un sobre-calentamiento del regulador lineal, debiendo agregar puntos medios en el transformador para permitir su operación a 110/220VAC. Esta característica hace a las fuentes switching ideales para operar en distintos puntos del planeta sin necesidad de ajustes.

La otra gran ventaja de las fuentes switching es su eficiencia. Las fuentes switching presentan eficiencias de entre 70% a 90%, lo cual debe ser comparado con las fuentes lineales, que en el mejor de los casos alcanzan un 60% de eficiencia. Si todos los componentes de una fuente switching fuesen ideales se podría lograr una eficiencia del 100%, debido a que el principio físico en que se basan lo permite. Lo opuesto ocurre con las fuentes lineales, las que requieren de disipación de energía para lograr la regulación. Por ejemplo, si consideramos una fuente de 100W lineal se espera que disipe 67W en calor, en contraste con una fuente switching donde la disipación es de tan sólo 25W.

Pero, como dicen, "no todo lo que brilla es oro", las fuentes lineales siguen teniendo ciertas ventajas respecto a sus contrapartes switching. Un defecto de la tecnología switching es que es esencialmente ruidosa, produciendo rizado además de emisiones electromagnéticas o conducidas que pueden afectar equipos muy sensibles. Afortunadamente, hoy contamos con múltiples técnicas para controlar estas emisiones, permitiendo la aplicación de estos equipos en sistemas tan complejos y sensibles como un computador. Sin embargo, las fuentes lineales siguen siendo dominantes en equipos de audio de alta fidelidad y equipos de medición.

Otra característica donde las fuentes lineales mantienen ventaja es en la respuesta a transientes. Por ejemplo, una fuente switching puede tardar 3000ms en reaccionar ante un cambio en 50% de la carga, mientras que una lineal tarda tan sólo 50ms. La diferencia radica en que el control de la primera se realiza con un circuito que primero detecta el cambio y luego ejecuta el ajuste en la compuerta, mientras que en la segunda el control es directo. Si bien esto es una ventaja en equipos extremadamente sensibles, no lo es en la mayoría de las aplicaciones comerciales.

Otro aspecto que beneficia a las fuentes lineales es que poseen menor corriente de "leakage". Esto se debe a que los sistemas switching requieren, en ciertos casos, la conexión de condensadores a tierra para permitir la circulación de emisiones conducidas. Esto puede significar una ventaja en aplicaciones que se caractericen por su corriente de leakage al enfrentarse a disposiciones de seguridad como la UL1950 que limitan esta corriente.

Como vemos, la elección entre una tecnología u otra depende del tipo de aplicación que se quiera implementar, sin embargo salvo excepciones muy específicas, la tecnología switching va un paso adelante en cuanto a conversión de energía comercial se refiere.