Cómo conectar dos fuentes de alimentación

por David Sancho 23/05/2010 3

Introducción

En el artículo sobre la fuente de alimentación explicamos cómo saber la potencia necesaria para el equipo que teníamos o que íbamos a diseñar, sin embargo no se explicó nada de qué hacer en el caso de que nos quedemos cortos de potencia. La solución más obvia que se dejaba entrever en el artículo era o elegir una fuente de más potencia en el caso de que estemos diseñando todavía el equipo o cambiar la fuente en el caso de que el cálculo lo hagamos para detectar si estamos teniendo problemas debido a una falta de potencia en un equipo ya ensamblado y en uso.

La opción de optar por una fuente más potente es la más lógica cuando se está diseñando un equipo en la mayoría de los casos y digo en la mayoría porque hay casos en los que puede no merecer tanto la pena. Por ejemplo si nuestro sistema tiene elementos especiales de alto consumo como células Peltier, que necesitan una gran potencia, refrigeración líquida, etc., es posible que no tengamos fuentes de alimentación en el mercado preparadas para soportar esa carga. Otra cosa que podría suceder es que nos salga más barato comprar dos fuentes de una potencia más comercial (por ejemplo 500W) que algunas menos comunes (por ej. 1000W), además de conseguir la misma potencia con dos fuentes baratas que con la cara con menos precio tendríamos innumerables ventajas. En primer lugar la refrigeración, estamos calentando dos sistemas de manera balanceada es decir, si lo montamos bien y para conseguir 1000W montamos dos fuentes de 500W y en un momento dado necesitamos únicamente 500W, en el caso de optar por una fuente de 1000W la potencia la suministrará toda la fuente principal, calentándose más que si consumimos 250W de dos fuentes de 500W. En este aspecto existen otras muchas ventajas referentes al balanceamiento de la carga ya que siempre es mejor dos elementos electrónicos trabajando en paralelo y dividiéndose la carga que uno más potente soportando todo el trabajo, un claro ejemplo son los nuevos procesadores, todos con 2 e incluso 4 núcleos, el trabajo en paralelo cada vez está más de moda y es que mejor trabajan 2 que uno.

La ventaja de conectar dos fuentes de alimentación en paralelo es más obvia en el caso de que tengamos el equipo ya montado y necesitemos más potencia, siempre va a ser mejor si tenemos una fuente de 350W, añadir otra de 350W e incluso 400W, que comprar una de 500W ya que nos saldrá más barata la fuente con menos watios, siendo la potencia conjunta mucho mayor, además de aprovechar las piezas que ya tenemos, evitando desperdiciar componentes que pueden estar funcionando perfectamente.

A lo largo de este artículo aprenderemos como encender una fuente de alimentación artificialmente y como construirnos un aparato electrónico para controlar de manera automática el encendido de las dos fuentes de alimentación conectadas en paralelo. 

Interior de una Fuente de Alimentación (de Wikipedia)

Manejando el encendido

Para comprender como funciona una fuente de alimentación debemos primero hablar del estándar ATX. Dichas siglas significan algo más que el tamaño de una placa base y un conector de fuente de alimentación especial; definen los voltajes que llegan al ordenador, de qué forma, como se van a manejar estos, como se entera la electrónica de que la alimentación que le llega es correcta, etc. Estas características del estándar son de gran interés para el fin que nos ocupa ya que ayudan a comprender como funciona el encendido de una fuente de alimentación entre otros aspectos.

Para empezar a entender cómo funciona nuestra fuente de alimentación tomaremos el conector ATX que va a la placa base que es el que concentra todos los tipos de voltajes que llegan a nuestro equipo. Veremos cables de varios colores, algunos los encontramos en el resto de conectores como el amarillo correspondiente a los 12V, el rojo a los 5V y el negro al común. Otros como el naranja suministran 3.3V, mientras que el azul son -12V y el blanco -5V. Estos cables son los que suministran la energía a la placa base y a los periféricos en distintos valores para evitar que estos tengan que realizar demasiadas conversiones de voltaje lo que significaría un calentamiento excesivo y un descenso en el rendimiento energético, por ello se intenta que la fuente de alimentación suministre distintos tipos de voltaje para que se realicen las menores conversiones posibles.

Conector ATX

Además de los canales de suministro, encontramos otros cables de colores que son los encargados del control de la fuente de alimentación así como de indicar a la placa base que los niveles de voltaje que le están llegando son los adecuados.

El cable gris es el encargado de indicar a la placa base que los niveles de voltaje que están llegando son los adecuados, dando permiso a la placa base para encenderse. Este cable es necesario ya que la fuente de alimentación al encenderse, no es capaz de suministrar de golpe los niveles de voltaje requeridos (3.3, 5 y 12V), sino que suben al inicio del encendido, es cierto que en la actualidad el paso de 0 a 12V es prácticamente instantáneo pero si la placa base intentara encenderse antes de que se asegurara que la fuente de alimentación esta en sus valores correctos se produciría un cuelgue del sistema que nos obligaría a retirar el cable de alimentación e ir conectando y probando hasta que llegara un momento que se encendiera la placa base lo suficientemente lenta para que a la fuente de alimentación le diera tiempo de llegar a dar los voltajes adecuados. Este cable es importante porque nos indica que a la hora de poner dos fuentes de alimentación deberá haber una que sea la principal que será la que alimentará por lo menos la placa base, esta fuente será la más potente o la de mejor calidad y será la que controle el encendido de la segunda fuente de alimentación.

Después nos encontramos un cable verde que es el denominado PS_ON que significa PowerSupply ON, es decir, el que enciende la fuente de alimentación. Si leemos el datasheet (ver artículo) del estándar ATX veremos que nos dice que este cable se activa en estado bajo, es decir, con un 0 digital, para que nos entendamos cuando se conecta al cable común (negro) de la fuente de alimentación se produce el encendido. Por tanto puenteando con un clip o un cable el verde con el negro encenderemos una fuente de alimentación de manera artificial sin placa base.

Con un simplre clip podemos puentear el cable verde y el negro.

El último cable que nos queda por analizar es el de color morado, dicho cable suministra 5V a la fuente de alimentación de manera permanente aunque esté el ordenador apagado. Su función es alimentar la electrónica mínima de la placa base para que esta pueda puentear internamente el cable verde con el negro, a veces también se encarga de mantener alerta los sistemas WAKE-ON. Como curiosidad indicar que todos los aparatos que tienen Stand-By (ver artículo) disponen de una alimentación constante mediante un sistema parecido al de la placa base, por ello es recomendable utilizar un dispositivo Anti-StandBy.

Con esto ya sabemos encender una fuente de alimentación, teóricamente conectando una fuente de alimentación como principal y otra a un interruptor que pulsaríamos y juntaría el cable verde con el negro ya podríamos tener dos fuentes de alimentación conectadas. Sin embargo al igual que con el dispositivo Anti-StandBy, si la electrónica puede automatizarlo todo de manera más fiable que nosotros y sin cansarse ¿Por qué íbamos a perder el tiempo teniendo que pulsar botones? Y más cuando automatizar el encendido de nuestra segunda fuente de alimentación tiene un coste de 1€ en componentes electrónicos.

Automatizando el encendido con relés

En el artículo sobre dispositivo Anti-StandBy ya utilizamos los relés para automatizar el encendido de una regleta de enchufes cuando detectara que en la torre del ordenador había voltaje, es decir, se había encendido.

Este caso es muy parecido al que nos encontramos al querer conectar dos fuentes de alimentación. Disponemos en primer lugar de una fuente primaria cuyo conector ATX está conectado a la placa base y por tanto se encenderá de modo normal, manejada mediante la placa base. Una vez que esta fuente se encienda, sus conectores de alimentación, pasarán de tener 0V a tener 5V y 12V dependiendo del cable, por lo que eso lo podremos usar para activar una bobina de un relé. Al activar la bobina, este cortocircuitará dos de sus patas que conectaremos al cable verde y negro del conector ATX de la fuente secundaría, así conseguiremos encenderla de manera automática. Veamos paso a paso como hacerlo y algunos trucos que podrían sernos de interés. En primer lugar es recomendable leerse el artículo sobre el dispositivo Anti-StandBy ya que utilizaremos conceptos que ya se vieron en la construcción de dicho dispositivo.

En primer lugar seleccionaremos el relé a usar, podemos utilizar los nombrados en el anterior artículo o cualquier otro de menor potencia, ya que aquí no vamos a manejar 220V como en el caso anterior. En nuestro caso hemos optado por uno modelo 4098-12VDC-1C no por ninguna razón en concreto si no porque era el más barato. En este caso la bobina del relé funciona a 12V por lo que los cables a conectar de la fuente de alimentación serán el amarillo y el negro, si fuera una bobina de 5V conectaríamos el rojo y el negro.

Relé 4098-12VDC-1C

Para llevar los cables hasta el relé, en vez de cortarlos de la fuente de alimentación primaria nos haremos un conector y así no romperemos la fuente de alimentación, en nuestro caso hemos optado por un adaptador de conector molex a SATA, que venían en muchas placas base y que apenas se usan porque las fuentes de alimentación ya traen de serie, así que reciclando este cable tendremos una solución sencilla y barata.

Adaptador alimentación SATA

El primer paso será pelar los cables que conectaremos a la bobina del relé, en este caso el amarillo y el negro, introduciendo en ambos cables funda termorretractil para proteger posteriormente las soldaduras. El rojo y el negro como no los vamos a usar, los cortaremos también del conector y le pondremos funda termorretractil en la punta, metiendo el cable hasta la mitad del trozo de funda que hagamos y calentando para así evitar que esos cables sueltos hagan un mal contacto por algún sitio. Otra opción es cortar los cables justo donde el conector, pero en ese caso en un futuro no podremos utilizar este adaptador para nada más.

Preparando el cableado

La soldadura de los cables pelados a la bobina se hará tal y como se ha explicado en anteriores artículos, primero calentamos la punta del cable pelada y la pintamos un poco con el estaño, cuando esté bien recubierta, la apoyamos sobre la pata del relé a pegar, superponemos el soldador y después una vez retirado el soldado, sujetamos un par de segundos el cable pegado a la pata para que se enganche, así con nuestros dos cables tendremos algo parecido a lo que vemos en la imagen.

Relé Soldado

Recordad que nos queda soldar un diodo, sin embargo en los relés cuya pata común está en medio de la bobina esto lo haremos lo último por facilitar la soldadura del resto de cables.

Ya tenemos la parte que va conectada a la fuente principal, ahora necesitamos la correspondiente al control de la fuente secundaria. Al igual que con el otro conector, vamos a evitar cortar cables de la fuente de alimentación, para ello hemos comprado un adaptador de fuentes de alimentación ATX de 20 pines a conectores de placas base de 24 pines, así utilizaremos el conector hembra de la fuente de alimentación para conectarlo. Tened especial cuidado si la fuente secundaria es de 24 pines ya que en ese caso tendréis que hacer coincidir el cable verde del adaptador con el verde de vuestra fuente, si es una fuente de 20 pines no hay de qué preocuparse solo encaja en la posición correcta.

Adaptador ATX 20 a 24 pines

En este caso hemos cortado todos los cables del conector hembra lo máximo que podamos, excepto el verde y el negro que los cortaremos del conector macho, quedando algo parecido a lo de la imagen.

Preparando los cables

Igualmente estañaremos las puntas de los cables, y las soldaremos al común y al normalmente abierto del relé. El conector normalmente abierto es el que está desconectado del común cuando no pasa intensidad por la bobina, lo podremos saber con un tester, poniéndolo en posición de continuidad (o resistencia) y si vemos que no hay continuidad entre el común y una pata, esa será el normalmente abierto, si la hay será el normalmente cerrado. En este caso una vez conectados los cables, sí que pondremos la funda termorretractil para que nos sea más fácil soldar el diodo.

Sistema Soldado

Por último soldaremos el diodo, como en la bobina no importa la polaridad aquí sí que importa. La parte marcada con una raya del diodo será la que pongamos en el positivo, en este caso el cable amarillo y la otra en el negro. El diodo seleccionado es un 1N4148, porque es fácil de conseguir y barato. Al haber puesto antes la funda termorretractil del común, será mucho más fácil de soldar el diodo ya que lo apoyaremos sobre el cable sin peligro de que tengamos un cortocircuito.

Diodo soldado y cubierto con la funda termorretractil

Una vez soldado el diodo pondremos la funda termorretractil de los cables de la bobina para proteger las soldaduras, quedando el dispositivo totalmente terminado.

Dispositivo terminado

Para utilizarlo simplemente conectaremos el conector molex pequeño a la fuente primaria y el ATX grande a la fuente secundaria, esta última se encenderá automáticamente al encenderse la primaria.

Automatizando el encendido con transistores

Como bien hemos visto a lo largo de este artículo y en otros anteriores, los relés tienen multitud de utilidades, además de ser fáciles de manejar y cada vez más robustos. Por ello mismo durante muchos años han sido uno de los componentes fundamentales de la electrónica y aún hoy se siguen utilizando para aplicaciones. Sin embargo desde los años 60 un nuevo componente entró a cambiar la electrónica y a hacerla tal y como la conocemos hoy en día, el transistor. Existen de muchos tipos: BJT, MOSFET, JFET, etc. En nuestro caso vamos a utilizar uno de tipo MOSFET de Canal N (ver enlaces para más información) para hacer lo mismo que hemos hecho anteriormente con el relé. Explicar cómo funcionan los transistores en profundidad resulta muy complicado en un artículo así que vamos a ir haciendo aplicaciones poco a poco como hemos hecho con los relés para ir dándoles utilidad.

En este caso utilizaremos el transistor BSH 103 de la casa NXP (Philips), es de lo más pequeño que podemos encontrar en el mercado y así podremos demostrar lo que ha significado estos componentes en cuanto a miniaturización, fiabilidad y velocidad, al no llevar elementos mecánicos.

Tamaño del transistor comparado con el relé utilizado y con una moneda

Por si no encontráis este transistor en tiendas, aquí os adjunto las características para que puedan daros una alternativa parecida. Es un transistor MOSFET de canal N, con unos valores máximos de una tensión entre fuente y drenaje de 30V, la tensión entre puerta y fuente son de 8V, la intensidad de drenaje 0,85A, la resistencia entre fuente y drenaje en ON son 0,5 Ohm. Con estos valores podéis pedir uno parecido en vuestra tienda de electrónica habitual.

Mirando el datasheet nos fijamos que tiene 3 patas, una identificada como puerta (g), otra como drenaje (d) y otra como fuente (s). Entre fuente y drenaje es donde pondremos el cable verde y el negro ya que es la parte del transistor que se une al suministrarle tensión por puerta, que en este caso será con el cable rojo de la fuente de alimentación, es decir 5V.

Dibujo del encapsulado del transistor

En este caso la preparación de los cables es parecida al caso anterior solo que vamos a poner funda termorretractil también para coger los dos cables del conector ATX, luego veremos por qué.

Preparando el conector ATX

En primer lugar uniremos los cables negros de ambos conectores.

Posteriormente soldaremos el verde al drenaje del transistor, en este caso la pata que está sola, además aprovecharemos para soldar una resistencia de 10KOhm (10.000 Ohm). La forma de soldarlo es igual que con el relé, estañamos el cable, acercamos el transistor, tocamos con el soldador un poco y se quedarán soldados, lo mismo con la resistencia.

Primeras conexiones

Posteriormente soldaremos el cable rojo al pin de puerta, que en nuestro transistor es el de abajo a la izquierda mirándolo por arriba, no olvidarse la funda termorretractil, nos facilitará mucho la soldadura a posteriori.

Soldando el cable de puerta

Colocaremos bien la funda termorretractil y haremos el último paso y el más difícil, unir el cable negro con la pata de fuente (s), que hemos unido antes, en nuestro caso nos ayudaremos de un pequeño cablecito que soldaremos a la pata. Una vez soldado este cable recubriremos todo con funda termorretractil, incluido el transistor para darle resistencia o de lo contrario se nos pueden partir las patas.

Preparando las últimas uniones

Por último el alambre que sale que es la resistencia y nuestro cablecito de ayuda lo uniremos a los dos cables negros empalmados.

Uniones finales de la resistencia y el cable auxiliar

Una vez puesta la funda termorretractil grande que hemos puesto al principio el resultado es el que se ve en la imagen.

Aspecto final del dispositivo

He de confesar que el utilizar un transistor tan pequeño me ha dificultado mucho la realización del circuito, en mi caso con muchísimas horas de soldadura a las espaldas, he tenido que utilizar dos transistores porque el primero se rompió al no colocar bien un cable. Por ello recomiendo en primer lugar que se utilice un transistor más grande de otro encapsulado tipo TO-220 o similar, ya que facilitará en gran medida la soldadura. También hay que tener en cuenta que he utilizado al 100% el kit de soldadura económico del que hablé en otros artículos, si hubiera utilizado un soldador de más calidad o aditivos a la soldadura como flux habría sido más fácil. El flux se compra en cualquier tienda de electrónica, es un bote con un pincel, cuyo líquido untamos en la soldadura antes de aportar estaño o tocar con el soldador y facilita que el estaño se pegue a las dos partes a soldar.

Conclusiones

En algunos diseños, optar por dos fuentes de alimentación puede ser una opción nada desdeñable para conseguir más potencia en un equipo ya en funcionamiento o para conseguir niveles de potencia muy altos en equipos con periféricos especiales.

Sea cual sea la razón, en este artículo hemos explicado los fundamentos electrónicos de cómo realizar dicha conexión, sin embargo dejamos para el lector algo no menos importante adaptar la caja. En este aspecto hay muchas modificaciones en internet donde más que la técnica importa la imaginación del usuario algo que en el foro siempre animo que uséis, a que le deis la vuelta a los artículos. A ver si hay suerte y en no mucho tiempo vemos torres con dos fuentes de alimentación y diseños imposibles.

Poco a poco seguiremos introduciendo más componentes electrónicos y aprendiendo como usarlos para poder hacer nuestros propios diseños, ya hemos hecho dos artículos con relés y uno con transistores, a medida que vayamos añadiendo más y más componentes iremos complicando los circuitos y haciendo la electrónica accesible para todos los que tengan ganas de aprender o inquietud por saber cómo funcionan las cosas.

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