Porqué las fuentes de poder se toman un tiempo antes de calentarse y alcanzar su temperatura operativa?

AN-09

Las Fuentes de poder normalmente tienen un periodo de calentamiento el cual, una vez alcanzado, les permite cumplir con las especificaciones de estabilidad. Desde un punto de vista funcional, la unidad trabajará al momento de encenderse; sin embargo, si su aplicación requiere una salida muy estable, entonces permitir que la fuente de poder se caliente lo suficiente hasta alcanzar su “equilibrio térmico” eliminará la deriva de calentamiento, la cual se detalla a continuación.
El control y la regulación de la fuente de poder se alcanzan al muestrear la salida real de alto voltaje a través del uso de un retroalimentado y divisor de alto voltaje. La red de divisores la constituyen varias series de resistencias para alto voltaje de alta impedancia conectadas entre sí. Un extremo de la serie se conecta a la salida de alto voltaje de la fuente de poder, mientras que el otro extremo se aterriza a través de un resistor medidor; el cual genera una señal de bajo voltaje proporcional a la salida de alto voltaje que se mide. Normalmente, se genera una señal de retroalimentación de 0-10V en CD, lo cual corresponde al 0-100% del alto voltaje de salida de la fuente de poder.

La serie de retroalimentación del divisor es sensible a las variaciones de temperatura. A esto se le conoce como “coeficiente de temperatura”(CT) el cual normalmente se especifica en partes por millón por grados C. Una especificación típica del coeficiente de temperatura puede ser 150ppm/°C. En este caso, el valor de la impedancia de la resistencia cambiara a un ritmo de (150/1,000,000) = 0.00015, o 0.015% por cada grado C en el cambio de temperatura que se observe en el divisor de retroalimentación. Veamos un ejemplo real:
SL50P300 TC= 100ppm/°C (100/1,000,000) = 0.0001 o 0.01%
(0.01%) (50kV)= 5 volts

De tal manera que por cada cambio en los grados C que el divisor tenga, cambiará proporcionalmente la salida de voltaje en un ≤ 5 volts.

Si la fuente de poder no ha sido utilizada por un periodo de tiempo largo, entonces podremos asumir que los componentes dentro de la unidad se encuentran a la misma temperatura ambiente de la habitación donde se encuentra la unidad. Para ilustrar el ejemplo, imaginemos que la temperatura ambiente en la habitación es de 22°C (alrededor de 71.5°F) y asumiremos que esta temperatura en la habitación permanecerá constante durante el tiempo que dure nuestra prueba.
La fuente de poder es encendida y fijada a operar a máximo voltaje y corriente. Ocurrirán dos efectos básicos:

1. El divisor de retroalimentación empieza a crear su propio efecto de calentamiento debido la pérdida I²R en la corriente de retroalimentación fluyendo a través de las resistencias de retroalimentación.
2. Hay otros componentes en la fuente de poder que también generan calor, y esto empieza a aumentar la temperatura dentro de la fuente de poder, lo cual a su vez aumenta la temperatura en la cadena del divisor de retroalimentación.

Después de un periodo de tiempo largo, la fuente de poder alcanza un nuevo equilibrio térmico. Por propósitos de éste ejemplo, imaginemos que ahora la temperatura de la cadena del divisor de retroalimentación es de 28°C (alrededor de 82.5°F), es decir, un cambio de 6°C.

Sabemos que el divisor de retroalimentación tiene una especificación de cambio ≤0.01% (o ≤5 volts) por cada cambio de grado C en nuestro ejemplo. De manera que el cambio que esperamos será de: (5 volts/°C) (6°C) = ≤30 volts.

En general, esto es un porcentaje pequeño si se compara con la magnitud del voltaje de salida máximo, sin embargo, para algunas aplicaciones críticas esto pueda resultar significativo.

Qué hay del período de tiempo que toma para que ocurra este cambio? Bien, este aspecto se ve influenciado por el diseño físico que tiene la fuente de poder. La masa térmica contenida en la unidad, las características de la transferencia interna de calor, el flujo de aire que entra y sale de la unidad, y en particular, por el diseño del multiplicador. Todo esto influirá en los tiempos de las constantes térmicas implicadas en cada caso.