Fuentes de alimentación en paralelo: métodos seguros para obtener mayor intensidad de corriente y redundancia

¿Se pueden conectar fuentes de alimentación en paralelo? Sí, pero casi nunca de la forma en que la gente lo intenta al principio. Conectar entre sí las salidas positivas de dos fuentes de alimentación normales es lo único que puede dañar ambas. Sin embargo, combinar dos fuentes de alimentación de forma segura es una tarea habitual en talleres de reparación, cuadros de control y líneas de producción, por lo que conviene conocer las normas antes de tocar un terminal.

¿Se pueden conectar fuentes de alimentación en paralelo? Por qué la respuesta obvia es «no»

Conecta los terminales + y − de dos fuentes de alimentación de corriente continua normales a una carga y la unidad de mayor tensión se convierte en la protagonista. Una fuente de alimentación conmutada se regula a una tensión fija: la unidad A mantiene 24,0 V, la unidad B mantiene 24,2 V. La unidad B no puede contrarrestar la tensión que la unidad A ya está manteniendo en el bus, por lo que se activa la protección contra sobrecorriente o, lo que es peor, absorbe corriente de la unidad A. Dos fuentes reguladas en paralelo simplemente entran en conflicto: cada una lee el bus, detecta un valor erróneo y lo corrige en la dirección opuesta.

La unidad con la tensión de salida más alta suministra, como es lógico, corriente hasta su propio límite; a continuación, deja de suministrarla, lo que provoca que al sistema le falte la corriente que necesitaba (DigiKey, 2016). Basta una diferencia de unas pocas decenas de milivoltios para que se active, y los informes de campo hablan tanto de disparos repetidos de los dispositivos de protección como de unidades dañadas.

La analogía con las pilas no es válida en este caso. Una pila descargada pierde tensión y recibe carga de otra en mejor estado; una fuente de alimentación conmutada defiende activamente su valor de consigna. Y si has buscado fórmulas sobre circuitos en serie frente a circuitos en paralelo, la conexión en paralelo de SAI o los modos de canal internos de una fuente de alimentación de laboratorio: esos son temas distintos; este artículo trata sobre la combinación de salidas de corriente continua.

Para la mayoría de los lectores, la pregunta relevante no es “¿puedo hacerlo?”, sino “¿cuál es la forma segura de alcanzar mi objetivo?”. Dos de las tres respuestas que figuran a continuación no suponen prácticamente ningún coste.

Tres formas seguras de conectar fuentes de alimentación en paralelo… y la única que no funciona

En primer lugar, hay que distinguir entre dos objetivos que se confunden constantemente. Más actual significa que la carga supera realmente la capacidad de una de las fuentes de alimentación y que las unidades la comparten. Redundancia significa que la carga cabe en una unidad y que una segunda unidad mantiene el sistema en funcionamiento si la primera falla. Las vías se solapan, pero las opciones de producto difieren: la redundancia es donde el hardware de desacoplamiento demuestra su utilidad.

Callejón sin salida: paralelo directo y rígido. Ya se ha tratado anteriormente. Los suministros que son Los dispositivos diseñados para funcionar en paralelo son legítimos; corresponden a la Vía 3. Una fuente de alimentación convencional sin soporte declarado para funcionamiento en paralelo no puede hacerse segura por mucho que se intente.

Opción 1: repartir la carga en lugar de la corriente. Cuando dos unidades más pequeñas sustituyen a una unidad más grande que ha fallado, la solución más económica y segura suele ser no realizar ninguna conexión en paralelo: unir los polos negativos para crear una referencia común y alimentar la mitad de la carga desde cada polo positivo. Sin piezas adicionales, sin corriente circulante y con la posibilidad de reparar cualquiera de las unidades sin tener que desconectar la otra mitad. El inconveniente: la carga debe dividirse claramente en, por ejemplo, dos zonas, dos motores o dos grupos de dispositivos.

Opción 2: Desacoplar las salidas mediante diodos. Coloca un diodo de potencia en la línea «+» de cada fuente de alimentación, antes del bus común, de modo que la corriente solo fluya hacia fuera de una unidad, nunca de vuelta hacia ella. Si una unidad falla con una salida en cortocircuito, su diodo impide que la unidad en buen estado descargue corriente hacia el fallo. Utiliza diodos de tipo Schottky por su menor caída directa y dimensiona su capacidad para al menos 1,5 veces la tensión y la corriente previstas por unidad. Se pierde aproximadamente entre 0,3 y 0,5 V en los diodos, lo cual es apreciable en un raíl de 5 V y insignificante en uno de 24 V. Ajusta ambas fuentes a una tensión de salida prácticamente idéntica y ten en cuenta que la distribución no será uniforme: una proporción de 40:60 es realista y adecuada para la redundancia, mientras que una proporción perfecta de 50:50 no se puede conseguir de esta manera (PULS, 2022). Con corriente real, los diodos se calientan mucho. Móntalos sobre un disipador térmico o un panel metálico, y no los envuelvas con plástico termorretráctil en un mazo de cables.

Opción 3: utiliza hardware diseñado para compartir. Los catálogos de fuentes de alimentación industriales para carril DIN clasifican los productos en unidades normales y unidades diseñadas para funcionar en paralelo. Los modelos aptos para funcionamiento en paralelo cuentan con una función de reparto de corriente: terminales CS/share, un enlace de reparto de caída de tensión o una indicación explícita de “funcionamiento en paralelo de hasta N unidades”. Los módulos de redundancia se sitúan entre dos o más fuentes de alimentación y el bus, las desacoplan y añaden un contacto de relé «DC-OK» para la supervisión; los módulos DIN modernos utilizan MOSFET en lugar de diodos para reducir el calor y la pérdida de tensión (la clase DRDN20/40 de MEAN WELL admite redundancia 1+1 y 1+N a 20 A o 40 A con dos contactos «DC-OK») (CON BUENA INTENCIÓN, 2020). Esta vía tiene un coste y está diseñada de principio a fin; en la siguiente sección se explica cómo elegirla.

Cómo elegir una configuración de suministro eléctrico redundante: 1+1 frente a N+1, y cómo interpretar las especificaciones sobre la capacidad de funcionamiento en paralelo

Cuando el objetivo es la redundancia, predominan dos esquemas de numeración, cada uno con requisitos de producto distintos.

1+1 frente a N+1: ¿cuántos elementos de suministro y de qué potencia?

Redundancia 1+1 utiliza dos fuentes de alimentación idénticas, cada una de las cuales es capaz de soportar toda la carga por sí sola, además de contar con desacoplamiento. Dado que en ningún momento se exige a ninguna de las unidades que supere su potencia nominal, la fórmula «1+1» funciona con fuentes de alimentación normales, sin clasificación en paralelo, siempre y cuando estén desacopladas (PULS, 2022).

Redundancia N+1 instala una unidad de repuesto más de las necesarias. Dado que el grupo solo se equilibra si las unidades comparten la corriente, N+1 requiere suministros homologados expresamente para el funcionamiento en paralelo. Una unidad normal no puede desempeñar esta función (PULS, 2022). Tras la conexión en paralelo, se considerará que el 90% de la potencia nominal combinada es el límite máximo utilizable (CON BUENA INTENCIÓN, s. f.).

Cómo saber si una fuente de alimentación se puede conectar en paralelo

Lee la ficha técnica como si fuera una lista de comprobación:

• Una interfaz de corriente-participación. Terminales CS o de reparto que se conectan mediante cable entre unidades (algunas familias los denominan P, LP o PLINK), o una función documentada de reparto de caída que no requiere cable.
• Una calificación paralela explícita. “Funcionamiento en paralelo de hasta N unidades” con un número máximo; la mayoría de los fabricantes limitan las configuraciones a entre cuatro y seis unidades.
• Un contacto DC-OK / de alarma. Sin ello, no se puede indicar al PLC que una unidad ha dejado de funcionar.
• El silencio significa «no». Si la tabla de especificaciones incluye la sobrecarga en modo «hiccup», la ondulación y el rango de temperatura, pero no menciona en ningún momento la conexión en paralelo, considera que la unidad solo funciona de forma individual. Ese es el caso de la mayoría de las fuentes de alimentación delgadas para carril DIN de la gama de 15 a 480 W: son buenas unidades, una por bus.

Las normas de cableado son tan importantes como la potencia nominal. Mantén la diferencia de tensión de salida entre las unidades por debajo de 0,2 V y conecta las unidades entre sí con un cable corto y de gran diámetro. antes de conectando un par de cables a la carga. Además, mantén la carga total por encima de aproximadamente 10% de la potencia nominal de una sola unidad: por debajo de ese valor, las señales de «power-good» y de alarma pueden comportarse de forma anómala aunque no haya ningún problema (CON BUENA INTENCIÓN, s. f.).

¿Una fuente de alimentación con capacidad en paralelo o una fuente de alimentación convencional más un módulo de redundancia?

Para un armario nuevo, cómpralo según las especificaciones: fuentes de alimentación con capacidad de conexión en paralelo para N+1, y para 1+1, bien un par con capacidad de conexión en paralelo, bien unidades normales conectadas a un módulo de redundancia. Para un armario que ya esté instalado, la solución de adaptación es casi siempre fuentes de alimentación normales más un módulo: se mantiene el espacio ocupado y se obtienen los contactos «DC-OK» del módulo. Hay una advertencia de los fabricantes de módulos que conviene tomarse en serio: una fuente de alimentación con función de conexión en paralelo no está automáticamente preparada para la redundancia, ya que los circuitos activos de reparto de corriente suelen carecer de protección contra la corriente inversa. Si una unidad conectada en paralelo falla con un cortocircuito en la salida, puede provocar la caída del bus a menos que algo la desacople. Eso es exactamente lo que proporcionan los diodos o el módulo basado en MOSFET (CON BUENA INTENCIÓN, 2020). Además, siempre que sea posible, alimenta cada fuente redundante desde una fuente de CA independiente, de modo que la pérdida de una fase no pueda dejar fuera de servicio ambas unidades a la vez (PULS, 2022).

Por qué fallan las fuentes de alimentación conectadas en paralelo: fallos compartidos, trampas de carga ligera y comprobaciones sobre el terreno

Todos los fallos de los sistemas en paralelo se deben a una misma idea: la corriente debe ser compartido, no solo está permitido. Si no se comparte, la unidad de mayor tensión soporta la carga hasta que alcanza su límite y se apaga. Hay dos mecanismos que solucionan esto (DigiKey, 2016):

• Compartición de «droop» (pasiva) Permite que la tensión de salida descienda ligeramente a medida que aumenta la corriente, de modo que, si una unidad se sobrecarga, su tensión desciende y las demás compensan la caída. Es un sistema sencillo y robusto; la contrapartida es una regulación menos precisa.
• Compartir de forma activa Conecta los bucle de las unidades mediante un cable común para que se regulen a la misma corriente. Aunque ofrece un equilibrio más preciso, el cableado adicional y la falta de protección contra la inversión de polaridad hacen que deba combinarse con el desacoplamiento cuando el objetivo sea la redundancia.

Un diodo o un módulo situado entre cada fuente de alimentación y el bus es lo que convierte el “paralelismo” en “redundancia”: impide que se produzca retroalimentación hacia la salida en cortocircuito de una unidad averiada.

Si no se aplica la desconexión, un solo fallo convierte tu par redundante en una interrupción que afecta a todo el sistema.

Comprobaciones sobre el terreno: alarmas de carga ligera, sustitución en caliente y síntomas de fallos en el circuito de diodos

Cuando una configuración combinada no funcione correctamente, sigue los pasos de la lista en orden:

1. Primero, aísla. Desconecta el bus, conecta cada fuente de alimentación a su propia carga y comprueba la tensión y el indicador “DC-OK” en cada una. De este modo, se distingue entre “una unidad defectuosa” y «una combinación defectuosa».”
2. Respeta la norma de carga ligera. Por debajo de aproximadamente 10% de la potencia nominal de una unidad, es posible que las señales de «power-good» y de alarma no se activen correctamente y que el reparto de potencia se desequilibre; se trata de un comportamiento documentado, no de un fallo de la unidad (CON BUENA INTENCIÓN, s. f.). Sube al autobús o ignora la alarma, pero ten claro cuál de las dos cosas vas a hacer.
3. Mide correctamente un circuito con un diodo. La tensión del bus sin carga debería situarse entre 0,3 y 0,5 V por debajo de los valores de consigna de las fuentes de alimentación. Si se lee el valor de consigna completo, significa que hay un diodo en cortocircuito y que esa unidad ya no está aislada. Si los diodos se calientan con una carga moderada, significa que los componentes son de un tamaño insuficiente o que faltan disipadores térmicos, lo que constituye el fallo más habitual en los montajes caseros.
4. No realices cambios en caliente a menos que esté documentado. Desmontar y sustituir una unidad en un bus compartido bajo tensión solo es seguro cuando el hardware está diseñado para ello. En un sistema con diodos, desconecta primero la carga o apaga el carril de alimentación.
5. Nunca mezcles marcas, modelos ni potencias en un mismo grupo. Si los valores de consigna y los perfiles de ondulación son diferentes, no se puede compartir la carga antes de empezar; si las unidades deben funcionar de forma independiente, divide la carga (Vía 1).

Si la tensión del bus es inestable o el dispositivo de protección se dispara repetidamente, incluso con unidades compatibles y un cableado correcto, detén el sistema: el problema ya no se encuentra en la configuración en paralelo, sino en las propias unidades o en el cableado situado antes de estas.

Qué implican las fuentes de alimentación paralelas a la hora de venderlas o tenerlas en stock

Cuando un cliente pregunta si dos fuentes de alimentación de 24 V “se pueden conectar en paralelo”, rara vez busca una respuesta simple de sí o no. La pregunta suele significar una de estas tres cosas: que la carga ha superado la capacidad de una sola unidad; que una unidad se ha estropeado y hay dos más pequeñas guardadas en la estantería; o que no se puede permitir que la máquina se detenga. Cada una de estas intenciones da lugar a una respuesta diferente y a un pedido distinto.

El volumen entra dentro de la lógica de reparación y sustitución. Si falla una fuente de alimentación de 40 A, la de repuesto tardará dos semanas en llegar y el técnico dispone de dos unidades de 20 A. En este caso, se trata de la Opción 1 (dividir la carga) o la Opción 2 (configuración con diodos): ambas son configuraciones válidas del tipo «1+1», en las que cada unidad puede soportar su mitad de la carga o la carga completa, respectivamente. Por lo tanto, antes de presentar un presupuesto, hay que preguntar cuál es el objetivo (capacidad, sustitución o tiempo de actividad). El objetivo determina si el cliente necesita una unidad más grande, un par emparejado con desacoplamiento o un par en paralelo con un módulo de redundancia.

En cuanto a la estrategia de almacenamiento, esto sugiere optar por el emparejamiento en lugar de por el aumento de tamaño. En lugar de una sola referencia de gran tamaño por banda de tensión, hay que almacenar pares a juego de fuentes de alimentación estándar junto con los componentes que garantizan que puedan combinarse de forma segura. Esto implica un módulo de redundancia (o kit de diodos), un fusible de derivación o un interruptor miniatura por salida de la fuente de alimentación, y terminales de barramento dimensionados para un cableado paralelo corto y grueso. Un distribuidor con gama completa puede enviar la fuente de alimentación para carril DIN, el módulo, la protección de derivación y el bloque de terminales en un solo pedido. La delimitación clara también es importante. Para una carga que se encuentre holgadamente dentro de la potencia nominal de una unidad, el consejo adecuado es una sola fuente de alimentación más una de repuesto, no un par en paralelo. Y la redundancia 1+1 duplica la disponibilidad, nunca la capacidad.

Si necesitas ayuda para convertir esto en una lista de materiales, envía tus fichas técnicas y planos de los armarios a nuestro servicio de selección de productos; ofrecemos fuentes de alimentación para carril DIN, módulos de redundancia y sistemas de protección para ellos. Podemos realizar pruebas con muestras de la combinación antes de que te comprometas con un lote, así que envíanos los datos de carga y te indicaremos cuál es la combinación más adecuada. OMCH vende tanto los componentes como las combinaciones, ya que es en estas últimas donde las fuentes de alimentación en paralelo funcionan realmente.

Referencias

1. PULS. “Conexión en paralelo y redundancia de fuentes de alimentación: ¿en qué se diferencian?”. 2022. https://www.pulspower.com/cam/blog/parallel-connection-and-redundancy-of-power-supplies-what-is-the-difference/
2. MEAN WELL Enterprises. “Función redundante y aplicación de la fuente de alimentación”. 2020. https://www.meanwell.com/newsInfo.aspx?c=5&i=847
3. CON BUENA INTENCIÓN. “¿Cuáles son los requisitos de las conexiones en paralelo? ¿En qué se diferencian las conexiones en paralelo de las redundantes?” (preguntas frecuentes del distribuidor autorizado). https://meanwellpowersupplies.com/technical-articles/faq/what-are-the-requirements-of-parallel-connections-what-are-the-differences-between-parallel-and-redundant/
4. DigiKey. “Configurar correctamente las fuentes de alimentación en paralelo para compartir la corriente de carga o correr el riesgo de que el sistema falle”. 2016. https://www.digikey.com/en/articles/properly-configure-parallel-power-supplies
5. OMCH. “Servicio de selección de productos”.” https://www.omch.com/product-selection/
6. OMCH. “Componentes de automatización industrial”.” https://www.omch.com/