Notas sobre paralelización
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   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:

  • El mismo tipo de tensión (alterna ó continua)
  • Las tensiones sean iguales
  • La potencia sea la misma

 

   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.