Existe una cierta
confusión cuando se habla de paralelizar una fuente de tensión
con otra u otras, lo cual causa problemas a la hora de especificar un
sistema. Este escrito no
es un estudio técnico exhaustivo del tipo que publican los catedráticos
en revistas del gremio, si no una explicación sencilla de los
diferentes métodos utilizados para paralelizar.
Básicamente
se puede decir que cualquier fuente de tensión puede ser conectada
en paralelo con otra observando que sea:
PARA ALTERNA
es bien sabido que se pueden conectar los secundarios de dos transformadores
separados:
La tensión
resultante es la misma, pero la potencia es el doble. También
sucede igual con dos
secundarios iguales en un transformador:
Notar que
las fases
"0" deben conectarse correctamente, ya que si no se hace así
la tensión resultante será cero y se dañaría
el transformador. También es
posible paralelizar la salida de dos o mas inversores o convertidores
CC/CA, pero esto es un tema complejo involucrando conceptos como la
sincronización de la onda de salida, etc. No es tan sencillo
como se cree, a juzgar por la escasez de fabricantes que ofrecen esta
característica.
PARA CORRIENTE
CONTINUA hay todo tipo de conceptos a considerar, primero hay que
preguntarse por qué queremos paralelizar dos fuentes de tensión:
A) Para incrementar
potencia
B) Para obtener redundancia
C) Para las dos cosas
A) PARA INCREMENTAR
POTENCIA
En este caso
se
pueden conectar en paralelo un numero de fuentes de tensión
aunque sean del tipo básico, es decir sin circuitos de paralelizacion
incorporados ( ver Fig 1).
Lo importante
es asegurarse de que su tensión de salida es ajustada igual,
dentro de unos márgenes (+0'1V) para conseguir un reparto de
cargas razonable y los cables usados para conectar las fuentes son
de la misma longitud y sección. Si las tensiones de salida
son muy desiguales la fuente con la tensión más alta suministra
más corriente a la utilización, calentando más. Si dicha fuente
dispone de un limitador de corriente este actuaría al alcanzar
su máximo y la tensión de salida se reduciría.
En este momento la otra fuente suministraría el resto de la
corriente.
En teoría
un reparto desigual no tiene consecuencia alguna, aunque puede afectar
el ruido generado por la fuente que está funcionando al límite y posiblemente
su MTBF ó vida útil sería reducida.
OTROS METODOS
DE PARALELIZACION PARA POTENCIA
Lo ideal es usar
fuentes con circuitería de paralelización incorporada, estos
dispositivos actúan sobre el muestreo de la tensión
de salida y ajustan automáticamente las tensiones para obtener
un equilibrio o reparto de cargas entre las fuentes mejor de un 10%
( ver Fig 2)
En teoría
no hay limite al numero de fuentes que se pueden paralelizar, pero
en la práctica algunos fabricantes recomiendan una cifra máxima
(ejemplo: PSP500, máximo 8 unidades). Si no dispone
de fuentes con circuito de paralelización ó el presupuesto
no alcanza para ellos (tienden a ser un 15-20% mas costosos), hay
otros métodos de aproximarse a un reparto de cargas. Se nos
ocurren tres:
1) Insertando
resistencias de bajo valor óhmico en serie con la salida
2) Insertando
bobinas en serie con la salida
3) Moviendo el
punto de muestreo interno
NOTAS
La solución
2 tiene la ventaja de que las bobinas actúan como un
filtro
de salida adicional reduciendo el rizado de salida, para algunas aplicaciones
esto seria "matar 2 pájaros de un tiro". La solución
3 debe ser incorporada durante el proceso de diseño inicial
y produce una cierta degradación de la regulación.
B) PARA OBTENER
REDUNDANCIA
Si bien se pueden
conectar dos o más fuentes como en el apartado anterior, la
idea de redundancia es asegurar la alimentación a una carga
critica, de manera que el fallo de una fuente no interrumpe el suministro.
Normalmente una fuente no suele fallar de modo catastrófico,
así que cuando deja de funcionar se queda parada sin causar
ningún problema.
Existe una condición
que exige componentes adicionales para evitar el fallo completo del
sistema: ésto es el fallo catastrófico del lado secundario
o de salida de una fuente cuando ésta se pone en cortocircuito. Aunque es una
circunstancia algo rara, ocurriría que la fuente ó fuentes
que estén en paralelo serian cortocircuitadas por la que está
averiada y la carga quedaría sin alimentar. Si el cortocircuito
interno de la fuente averiada ocurre en un elemento débil
(una pista del CI de poca sección, o un rectificador) puede
ocurrir que la fuente que queda "sana" haga quemar o reventar
el elemento causante del corto y el sistema vuelva a funcionar sin
mas trauma que una pequeña explosión y corta interrupción
al suministro. También
es posible que se produzca un incendio ó daños tan extensos
que la fuente averiada quede irreparable.
Todo esto se puede
evitar de dos maneras:
1.
Con diodos en serie con las salidas
2. Con fusibles en serie con las salidas
1. En el primer caso, aunque hay fabricantes que incorporan un
diodo
interno para esta función, estos son pocos y por tanto hay
que recurrir a la dotación de diodos externos. Éstos deben
ser capaces de soportar por lo menos la corriente que puede dar
cada fuente con un amplio margen de seguridad y deben estar montados
en un elemento disipador del calor causado por su caída de
tensión interna ( para diodos normales asumir unos 0'7 -0'8V
y para diodos SCHOTTKY unos 0'2-0'4V)
La presencia
de los diodos causa una perdida de potencia que se traduce en
calor
y una degradación de la regulación de tensión
de salida. Esto no tiene mucha consecuencia excepto en salidas de
muy baja tensión (3,3 ó 5Vcc). Algunos fabricantes
disponen de terminales externas de muestreo "sensing" que pueden compensar automáticamente
la caída de tensión en los diodos. Para otras tensiones
es suficiente el re-ajustar la tensión antes del diodo a
unos 0'8V más para obtener la correcta después del
diodo. La mayoría
de fuentes conmutadas disponen de un trimmer capaz de retocar la
tensión un ±10%.
2. El método de intercalar un fusible en serie con la salida
es ideal para sistemas de alimentación ininterrumpida en
continua. La razón es que al haber unas baterías en
paralelo con las salidas, la corriente disponible en el instante
que ocurre un cortocircuito en una de las fuentes en paralelo, es
mas que suficiente para fundir éste y así aislar la fuente
cortocircuitada del resto del equipo
Dicho fusible
debe estar tarado a una corriente algo superior a la que puede dar
la fuente para que trabaje holgado y así no sufrir degradación
ni fatiga alguna. Las grandes
ventajas de este sistema son las casi nulas perdidas de regulación
y rendimiento y la fiabilidad del fusible comparado con semiconductores,
así como el coste.
Sea cual sea
el método de obtener redundancia utilizando 2 ó más
fuentes, es aconsejable añadir algún sistema de alarma
por fallo de rectificador, ya que la idea de redundancia es
dotar
a un sistema de seguridad contra fallos. Si una fuente queda averiada
y no se entera nadie, el sistema queda expuesto a un fallo total
si se avería la otra fuente.
Hay varios métodos:
I. El
mas sencillo en el caso de redundancia por diodos serie es conectar
un relé antes del diodo y utilizar sus contactos para
accionar
un contacto, lámpara o avisador acústico. Este método
no funcionaría en el caso de redundancia por fusibles serie, ya
que el relé sería alimentado por la fuente ó
fuentes que quedan funcionando.
II. Muchas
fuentes disponen de un terminal adicional denominado "Power
Good" ó "Power Fail". Este terminal es utilizado
por sistemas informáticos con el interface adecuado y por él
salen +5Vcc y éstos desaparecen al averiarse la fuente. Se
puede conectar un relé para accionar contactos, pero éste
debe ser de bajo consumo ya que esos 5 voltios no dan mucha corriente.
III.
Un módulo adicional, con sus propios diodos de aislamiento,
el cual monitoriza las tensiones de salida de todas las fuentes
y esta dotado de ajuste de márgenes de tensión,
indicadores
de fallo de rectificador, relé de alarmas, etc.
Se pueden
ver varios módulos de este tipo en esta web, en el apartado
"Accesorios/Conexiones" bajo el titulo "Paralelizacion".
C)
PARA INCREMENTAR POTENCIA Y REDUNDANCIA
La mejor ilustración
de esta técnica puede ser apreciada en nuestros rectificadores
AMV DD25, CPS1200,CPS3000, etc, los cuales consisten en bastidores
capaces de albergar un numero de rectificadores paralelizados. Por ejemplo:
Un
AMV DD25 con
2 rectificadores de 400W colocados, puede considerarse como:
-
Un rectificador de 800W
-
Un rectificador de 400 + 400W
En el primer caso no hay redundancia, ya que no hay potencia
que
sobre si lo que se pide al equipo son 800W.
El segundo
se denomina "redundancia 1+1". El fallo de cualquier rectificador
deja 400W en servicio.
Si se desea añadir
redundancia al primer ejemplo se puede proceder de 2 maneras:
I.
La solución más práctica y económica, añadiendo
un rectificador mas de 400W para redundancia denominada N+1 (800 + 400W)
II.
Añadir 2 rectificadores más para redundancia total
1+1, es decir 800 + 800W.
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