Pautas para conectar en paralelo convertidores de CC-CC

Introducción

Al diseñar un sistema de energía, se suelen especificar varias subfunciones en términos de potencia de salida, características de ruido y estabilidad requerida por la carga durante el arranque y condiciones de estado estable. Garantizar la estabilidad de la energía es fundamental, con disposiciones y requisitos claros establecidos para gestionar los transitorios de energía, la variabilidad de la potencia de entrada y la capacidad del sistema para adaptarse o responder en consecuencia. Otros factores, como el tamaño, el peso, el costo y la confiabilidad, también son consideraciones clave.

Al desarrollar un diseño conceptual que cumpla con estas especificaciones, los ingenieros suelen buscar productos existentes dentro de la empresa o la industria para reutilizarlos, con el objetivo de implementar las funciones necesarias de manera eficiente. La presión para la reutilización de productos se debe en gran medida a los objetivos de la gerencia de reducir costos, acortar los cronogramas de desarrollo y minimizar el riesgo. En este proceso, los diseñadores pueden encontrarse con situaciones en las que los convertidores de CC-CC existentes no cumplen con la potencia de salida requerida, lo que lleva a la pregunta: ¿se pueden conectar en paralelo varios convertidores de CC-CC para lograr los niveles de alimentación deseados?

Este blog aborda las consideraciones y limitaciones involucradas en la conexión en paralelo de convertidores de CC-CC.

Consideraciones

Puede resultar tentador conectar dos o más convertidores de CC-CC en paralelo para lograr el doble o el triple de potencia reducida. Sin embargo, como veremos, este enfoque no es sencillo y conlleva varios desafíos. Existen posibles problemas, como la inestabilidad del sistema, una mayor ondulación y un uso ineficiente del espacio en la placa de circuito impreso (PWB), que pueden superar los beneficios de conectar varios convertidores en paralelo.

La solución más sencilla es evaluar si la carga se puede dividir. Si la carga consta de varios dispositivos, es posible que no sea necesario conectar en paralelo las salidas de los convertidores. En cambio, puede asignar a cada convertidor la alimentación de un subconjunto específico de la carga, como se ilustra en la Figura 1.

Figura 1: Alimentación de múltiples cargas desde múltiples convertidores. (Fuente de la imagen: Ganmar Technologies)

Asegúrese de que sus retornos de carga sigan una configuración de estrella de un solo punto “Kelvin” común. Esto minimiza el riesgo de bucles de tierra, pero es fundamental consultar al equipo de diseño de conexión a tierra del sistema para obtener recomendaciones específicas.

Si sus cargas no se pueden dividir, se deben emplear estrategias de conexión en paralelo más complejas. En la mayoría de los convertidores, la señal de retroalimentación se muestra directamente de la salida conectada a la carga. Este nodo de retroalimentación puede afectar significativamente el rendimiento del bucle y puede provocar inestabilidad. Para evitarlo, es esencial comprender el funcionamiento del bucle de retroalimentación interno y cómo integrarlo correctamente. Se requerirán circuitos adicionales para controlar y garantizar una distribución de energía equitativa entre los convertidores en paralelo. Si bien el diseño puede ser complejo, muchos fabricantes proporcionan documentación y orientación para implementar dichos esquemas. Sin embargo, el diseño y las pruebas aún pueden ser desafiantes y requieren un diseñador experto y con conocimientos. Dado que estos diseños dependen de los convertidores específicos utilizados, este blog no profundizará en más detalles.

Convertidores de fuente de corriente en paralelo

La Figura 2 muestra un modelo simplificado para conectar dos convertidores en paralelo. Cuando los convertidores funcionan como fuentes de corriente, la conexión en paralelo da lugar a la suma de las corrientes individuales.

Figura 2: Modelo ilustrativo de convertidores de fuente de corriente en paralelo. (Fuente de la imagen: Ganmar Technologies)

Conexión en paralelo con convertidores GMR10DX

La serie GMR10Dx de convertidores de potencia de Ganmar Technologies presenta una topología que permite que sus salidas se comporten como fuentes de corriente. En la Figura 3, el bucle de retroalimentación está conectado al lado primario del transformador, aislándolo del circuito de carga de salida.

Figura 3: Topología GMR10Dx. (Fuente de la imagen: Ganmar Technologies) Figura 3: Topología GMR10Dx. (Fuente de la imagen: Ganmar Technologies)

Como se muestra en la Figura 4, la conexión en paralelo de estos convertidores requiere un circuito adicional mínimo, principalmente la inclusión de resistencias de caída. Las resistencias de caída ayudan a adaptarse a la variabilidad en el voltaje de salida de cada convertidor. También es una buena práctica proporcionar una carga mínima para las otras salidas a fin de garantizar un rendimiento bien regulado cuando se utiliza la familia GMR10DX. Además, coloque capacitores MLCC de 22 uF/25 V (X7R o X5R) y capacitores de tantalio de 470 uF/35 V en el punto de carga para soportar corrientes de pulso locales, una práctica estándar cuando se alimentan IC. Tenga en cuenta la gestión térmica, ya que las cargas pesadas pueden exceder las clasificaciones de los componentes. Para obtener ayuda, Soporte Técnico de Ganmar Technologies está disponible para ayudar con los desafíos de diseño.

Figura 4: Convertidores en paralelo para alimentar cargas más grandes. (Fuente de la imagen: Ganmar Technologies)

Otras recomendaciones

La gestión de la conexión a tierra es un aspecto fundamental, aunque a veces pasado por alto, de la ingeniería de sistemas. Al alimentar los convertidores desde una fuente de CA rectificada (monofásica o trifásica), se recomienda mantener separado el retorno del lado primario.

Conclusión

Es posible suministrar mayor potencia de arranque o de polarización a sus cargas utilizando múltiples convertidores de CC-CC. Si su carga consta de varios dispositivos, cada uno puede recibir alimentación por parte de convertidores individuales, todos conectados a un único retorno común. Para cargas que no se pueden dividir, los convertidores deben conectarse en paralelo prestando especial atención a la estabilidad del bucle de retroalimentación. La familia GMR10Dx se puede conectar en paralelo con un mínimo de componentes adicionales y Ganmar Technologies proporciona soporte técnico para ayudar con los detalles de la aplicación.