Por que hay capacitores de diferentes valores en una fuente conmutada

En el diseño de fuentes de alimentación conmutadas, tipo Buck o Bosst, es común la implementación de capacitores en paralelo de distintas capacidades, estratégicamente ubicados para optimizar la calidad del voltaje de salida. Esta técnica mejora significativamente la filtración y la pureza del voltaje, contribuyendo a la estabilidad y eficiencia de la fuente.

Los capacitores de valores altos, generalmente expresados en microfaradios (µF), desempeñan un papel crucial en la atenuación de las líneas de baja frecuencia en las salidas de las fuentes de alimentación. Estos componentes son esenciales para suavizar los rizados en la salida de voltaje, además de mitigar fluctuaciones transitorias que pueden ser provocadas por variaciones repentinas en la carga conectada a la fuente. La presencia de estos capacitores asegura una entrega de energía más uniforme, lo cual es vital para el rendimiento óptimo de los dispositivos electrónicos alimentados.

Por otro lado, los capacitores de valores bajos, expresados en picofaradios (pF) y nanofaradios (nF), cumplen una función igualmente importante. Están diseñados para filtrar eficazmente las frecuencias altas que se generan durante la conmutación de la fuente. Además, estos capacitores protegen el circuito contra posibles perturbaciones eléctricas en la línea de voltaje entrante, como los transitorios, que pueden dañar componentes sensibles o afectar el rendimiento del sistema.

En la imagen que se ha incluido, una fuente buck de memoria RAM, se muestra claramente cómo estos capacitores se combinan en paralelo justo a la salida de una fuente Buck. Esta configuración permite que tanto los capacitores de alto como de bajo valor trabajen en conjunto para filtrar un espectro más amplio de frecuencias. De este modo, se puede alcanzar una filtración efectiva de las frecuencias tanto altas como bajas, lo que resulta en un suministro eléctrico más estable y limpio para las aplicaciones que así lo requieran.

Específicamente los cuatro capacitores de la sección “A” conectados al drenador de un Mosfet y que son de diferentes capacidades, cada uno con una funciona especifica, los mas chicos de 0.1 µF, 2200 pF y los mas grandes, dos de 10 µF cumplen varias funciones importantes que ayudan a mejorar el rendimiento del circuito y proteger el dispositivo.

Capacitor de 0.1 µF (100 nF): Este capacitor generalmente actúa como un desacoplador para altas frecuencias. Su objetivo es filtrar y estabilizar la alimentación eliminando el ruido de alta frecuencia que podría afectar el rendimiento del Mosfet. Este tipo de capacitor es eficaz para suprimir los picos de voltaje de alta frecuencia y las oscilaciones rápidas que pueden generarse por la conmutación del propio Mosfet o por otras fuentes de ruido en el circuito.

Capacitor de 2200 pF (2.2 nF): Este capacitor puede ser utilizado para atenuar componentes de frecuencia específicamente muy altas, que el capacitor de 0.1 uF podría no filtrar completamente. Debido a su menor valor, este capacitor puede responder más rápidamente a las variaciones de voltaje muy rápidas, ayudando así a proteger el Mosfet de efectos destructivos como el ringing o el overshoot en las líneas de alimentación y señales.

Capacitor de 10 µF: Este capacitor tiene una capacidad mucho mayor en comparación con los otros dos y es utilizado principalmente para proporcionar una reserva de carga o para filtrar y estabilizar las fluctuaciones de voltaje de baja frecuencia en la línea de alimentación. Ayuda a mantener un suministro de voltaje estable al MOSFET durante un cambio rapido y transitorio de la carga, cuando dispositivos o componentes conectados pueden crear fluctuaciones significativas en la demanda de corriente.

La combinación de estos tres tipos de capacitores en paralelo permite abordar un espectro más amplio de problemas potenciales relacionados con el ruido y la estabilidad del voltaje en diferentes rangos de frecuencia. Al usar estos tres valores de capacitancia, el diseño asegura que el MOSFET opere de manera eficiente y segura, protegiéndolo contra variaciones y transitorios en el voltaje de alimentación que podrían dañar el componente o degradar su desempeño.

Por otro lado el capacitor colocado en la sección “B”, la cual corresponde a la salida de la fuente, es de un valor muy alto comparado a los ya mencionados, siendo de 150 µF, cumple un papel esencial en la estabilización y mejora de la calidad de la salida de voltaje de la fuente, filtrando y suavizando el rizado de voltaje resultante de la conmutación de los Mosfet de alta (PQW01) y de baja (PQW02).  Otra funciona de este capacitor es la de, estabilización de la tensión de salida durante cambios rápidos en la carga, a veces puede haber fluctuaciones instantáneas en la demanda de corriente. El capacitor de 150 µF proporciona una reserva de energía que puede liberarse rápidamente para satisfacer estas demandas repentinas de corriente.

En conclusión la implementación de diferentes configuraciones no solo mejora la calidad del voltaje de salida sino que también protege la integridad de los circuitos y prolonga la vida útil de los dispositivos electrónicos. Por lo tanto, la elección y colocación adecuada de estos capacitores es crucial en el diseño de fuentes de alimentación eficientes y confiables, como las fuentes Buck y Boost, donde la calidad del voltaje es fundamental para su correcto funcionamiento.