Quienes utilizan baterías en aeromodelismo, automodelismo o modelismo naval probablemente ya se han encontrado con cargadores que no se conectan directamente a una toma de corriente. Necesitan recibir alimentación en corriente continua, frecuentemente de 12 V, proporcionada por una fuente externa.
Dependiendo de la batería y de la corriente de carga seleccionada, esta fuente debe ser capaz de suministrar una cantidad considerable de corriente.
Una solución que utilizo en mi banco de trabajo es una fuente de alimentación conmutada de alta corriente. Es relativamente compacta y ligera y puede alimentar tanto un cargador de baterías como otros proyectos electrónicos. En mi caso, utilizo una de estas fuentes específicamente para alimentar mi cargador de baterías LiPo.
Pero ¿por qué utilizar una fuente conmutada? ¿Cuál es la diferencia respecto a una fuente lineal? ¿Y cómo elegir una fuente adecuada para el cargador?
¿Qué es una Fuente de Alimentación?
Una fuente de alimentación tiene la función de proporcionar al equipo la tensión y la corriente necesarias para su funcionamiento.
Si tenemos un equipo diseñado para recibir 12 V en corriente continua, por ejemplo, necesitamos transformar la energía disponible en la red eléctrica en una alimentación adecuada.
Existen diferentes maneras de hacerlo.
Dos arquitecturas muy conocidas son:
fuente lineal y fuente conmutada.
Aunque ambas pueden proporcionar, por ejemplo, una salida de 12 V, internamente funcionan de maneras bastante diferentes.
¿Cómo Funciona una Fuente Lineal?
En una fuente lineal tradicional encontramos un transformador que funciona directamente a partir de la frecuencia de la red eléctrica, además de las etapas de rectificación, filtrado y, dependiendo del diseño, regulación.
El transformador puede reducir la tensión de red a un valor adecuado para el circuito.
Por ejemplo, podemos partir de una tensión elevada en la entrada y obtener una tensión mucho menor en el secundario del transformador.
Después, esta tensión alterna puede rectificarse y filtrarse para producir corriente continua.
Una característica interesante de las buenas fuentes lineales es que pueden presentar un bajo nivel de ruido eléctrico, razón por la que siguen siendo útiles en aplicaciones sensibles. El artículo original destacaba precisamente esta característica.
El Problema Aparece Cuando Necesitamos Mucha Corriente
Un transformador convencional capaz de suministrar una corriente relativamente pequeña puede tener unas dimensiones bastante razonables.
Pero imaginemos que necesitamos:
10 A, 20 A o 30 A.
El transformador necesario para suministrar potencias mayores puede volverse considerablemente más grande, pesado y caro.
Esta fue precisamente la comparación que hice en el artículo original: una fuente lineal capaz de suministrar algo como 30 A requeriría un transformador bastante grande y pesado.
Para un banco de trabajo en el que queremos alimentar un cargador de baterías, esto puede resultar poco conveniente.
¿Y en Qué se Diferencia una Fuente Conmutada?
Una fuente conmutada, también conocida por las siglas SMPS (Switched-Mode Power Supply), utiliza semiconductores que trabajan en conmutación y conversión a frecuencias mucho más altas que la frecuencia de la red.
Este enfoque permite utilizar componentes magnéticos más pequeños para un mismo rango de potencia.
En la práctica, podemos construir fuentes capaces de entregar potencias relativamente elevadas con mucho menos peso y dimensiones más reducidas que las necesarias en muchas soluciones lineales equivalentes.
Por eso las fuentes conmutadas se encuentran hoy prácticamente en todas partes.
Cargadores, ordenadores, televisores e innumerables otros equipos utilizan algún tipo de fuente conmutada.
¿Por Qué Fueron Importantes las Fuentes Conmutadas para los Ordenadores?
Este es un ejemplo interesante para comprender su ventaja.
Un ordenador necesita una cantidad considerable de potencia y diferentes tensiones de alimentación.
Imaginemos colocar dentro de una caja de ordenador una fuente basada en un gran transformador convencional dimensionado para proporcionar toda esa potencia.
Tendríamos un equipo mucho más grande y pesado.
El uso de fuentes conmutadas permitió proporcionar potencias elevadas sin introducir un enorme transformador de baja frecuencia dentro de la caja.
Esta relación entre potencia, tamaño y peso es una de las grandes ventajas de esta tecnología.
¿Por Qué Utilizar una Fuente Conmutada para un Cargador LiPo?
Ahora volvemos al modelismo.
Cuando cargamos una batería, se transfiere energía desde la fuente al cargador y desde este a la batería.
Cuanto mayor sea la potencia de carga, mayor puede ser la potencia exigida a la fuente.
Por esta razón, una pequeña fuente destinada a alimentar circuitos de pocos vatios puede no ser suficiente en determinadas condiciones de carga.
Las fuentes conmutadas de banco o de tipo industrial son interesantes porque podemos encontrar fácilmente modelos capaces de suministrar corrientes elevadas, como 10 A, 20 A y 30 A, manteniendo unas dimensiones relativamente pequeñas.
Fue exactamente por esta razón por la que empecé a utilizar una con mi cargador.
¿Es Suficiente una Fuente de 10 A?
Depende.
En el artículo original mencioné que una fuente de 12 V y aproximadamente 10 A puede funcionar muy bien para muchas situaciones de carga habituales en el modelismo.
Pero es importante entender qué significa esta cifra.
Una fuente especificada como:
12 V / 10 A
puede proporcionar, idealmente, una potencia de salida de hasta aproximadamente:
P = V × I
P = 12 × 10 = 120 W
Por lo tanto, estamos hablando de una fuente en el rango de 120 W.
Pero esto no significa automáticamente que cualquier cargador de hasta 120 W pueda utilizarse al límite en cualquier situación. Existen pérdidas en la conversión, limitaciones de la propia fuente y características específicas del cargador.
Lo correcto es comprobar la potencia máxima de entrada exigida por el cargador y dimensionar la fuente con un margen adecuado.
El Cargador No “Recibe 10 A” Todo el Tiempo
Este es un concepto importante.
Una fuente de 10 A no empuja necesariamente 10 A hacia el equipo.
Este valor indica la corriente que es capaz de suministrar dentro de las condiciones especificadas.
La carga conectada determina cuánta corriente se demandará.
Si un determinado equipo necesita solamente 2 A en ese momento, no pasará a consumir 10 A simplemente porque la fuente tenga esa capacidad.
Por lo tanto, utilizar una fuente con una capacidad de corriente superior a la que necesita el equipo es perfectamente normal, siempre que la tensión sea la correcta y se respeten todas las demás especificaciones.
La Corriente y la Potencia de Carga No Son lo Mismo
Aquí también puede surgir cierta confusión.
Imaginemos que configuramos un cargador para cargar una determinada batería a 5 A.
Esto no significa necesariamente que la fuente de 12 V vaya a proporcionar exactamente 5 A.
El cargador es un convertidor electrónico. Recibe una determinada tensión y corriente en la entrada y entrega a la batería otra combinación de tensión y corriente.
Lo que debemos considerar principalmente es la potencia, además de las pérdidas del proceso.
Por eso, para elegir correctamente la fuente, es mejor consultar las especificaciones de entrada del cargador en lugar de limitarse a observar la corriente de carga configurada para la batería.
¿Puedo Cargar Más de una Batería?
Algunos cargadores tienen múltiples canales o permiten configuraciones destinadas a cargar más de una batería.
En este caso, la demanda total de potencia puede aumentar considerablemente.
En el artículo original mencioné que una fuente con buena capacidad puede permitir incluso trabajar con más de una batería.
Pero, una vez más, debemos hacer el cálculo.
Si cada canal está demandando una determinada potencia, la fuente debe ser capaz de satisfacer la suma de las demandas, teniendo en cuenta también las pérdidas y un margen operativo adecuado.
No basta con observar que la fuente dispone de varias conexiones.
Las Fuentes Conmutadas Pueden Producir Más Ruido Eléctrico
Hasta ahora puede parecer que las fuentes conmutadas solo tienen ventajas.
No es exactamente así.
El proceso de conmutación utilizado internamente produce componentes de alta frecuencia que pueden aparecer como ruido eléctrico en la salida o propagarse por otros caminos.
Esta fue precisamente una de las limitaciones que destaqué en el artículo original.
Para alimentar un cargador de baterías, normalmente esto no representa el mismo problema que podría representar en determinados circuitos sensibles.
Pero imaginemos utilizar esta misma fuente para alimentar un pequeño amplificador de audio.
Dependiendo de la fuente y del circuito, el ruido puede aparecer en el sistema de audio como interferencia.
¿Es Posible Reducir Este Ruido?
Dependiendo del problema, podemos utilizar técnicas de filtrado.
Condensadores e inductores, por ejemplo, pueden formar parte de filtros destinados a reducir determinados componentes no deseados. Esta posibilidad ya aparecía en el artículo original.
Pero no existe un filtro universal que podamos simplemente colocar en cualquier fuente y eliminar todo el ruido.
Necesitamos saber qué ruido queremos reducir, su frecuencia, su amplitud y cómo está llegando al circuito.
Esto también demuestra por qué una fuente que funciona perfectamente en una aplicación puede no ser la mejor opción para otra.
¿Puedo Utilizar la Fuente para Otras Cosas en el Banco de Trabajo?
Esta es una de las razones por las que considero interesante disponer de una fuente de este tipo.
No tiene por qué estar dedicada exclusivamente al cargador.
Si tenemos una fuente de 12 V con una buena capacidad de corriente, podemos utilizarla en diversos proyectos compatibles con esta alimentación.
Motores, circuitos, iluminación y diferentes pruebas de banco pueden eventualmente alimentarse con ella, siempre que se respeten las características eléctricas de cada montaje.
Por eso, en el artículo original recomendé precisamente reservar un pequeño espacio en el banco de trabajo para una fuente conmutada.
Acaba convirtiéndose en una herramienta.
Una Fuente Conmutada No es lo Mismo que una Fuente de Banco Ajustable
También es interesante hacer esta distinción.
Esas fuentes conmutadas metálicas de 12 V que encontramos fácilmente normalmente están diseñadas para proporcionar una tensión aproximadamente fija, aunque algunos modelos permiten un pequeño ajuste.
Una fuente de banco regulable tiene otra finalidad.
Puede permitir variar la tensión y limitar la corriente, además de ofrecer displays y otros recursos destinados a la experimentación.
Una no sustituye necesariamente a la otra.
Para alimentar permanentemente un cargador que requiere 12 V, una fuente conmutada fija puede ser una solución económica y eficiente.
Para desarrollar circuitos y experimentar con diferentes tensiones, una buena fuente de banco ajustable ofrece ventajas adicionales.
Presta Atención a las Conexiones de la Fuente
Algunas de estas fuentes conmutadas metálicas tienen bornes expuestos.
Normalmente encontramos conexiones para la entrada de la red eléctrica, tierra y terminales de salida en corriente continua.
Esto requiere atención.
La entrada funciona directamente con tensión de red, que puede provocar una descarga eléctrica grave o mortal. No realices conexiones ni ajustes mientras la fuente esté energizada, y las partes conectadas a la red deben permanecer adecuadamente protegidas contra contactos accidentales.
Si la fuente tiene un selector para diferentes tensiones de entrada, su posición también debe ser correcta antes de energizar el equipo.
Si no tienes experiencia trabajando con instalaciones de red eléctrica, utiliza una fuente ya protegida en una caja adecuada o solicita la ayuda de una persona cualificada.
La Ventilación También es Importante
Una fuente capaz de suministrar decenas o cientos de vatios produce calor.
Los modelos con carcasa metálica perforada utilizan precisamente esta construcción para facilitar la ventilación.
Por lo tanto, no coloques la fuente dentro de una caja completamente cerrada sin tener en cuenta su refrigeración.
También debes evitar cubrir sus aberturas de ventilación.
Si la idea es construir una pequeña estación permanente para cargar baterías, deja suficiente espacio alrededor de la fuente para permitir la circulación del aire.
¿Y la Seguridad de las Baterías LiPo?
La fuente es solamente una parte del sistema.
El cargador debe ser adecuado para la química y la configuración de la batería y debe utilizarse siguiendo las instrucciones del fabricante.
Esto es especialmente importante con las baterías LiPo.
Una fuente potente no mejora por sí sola el proceso de carga. Simplemente proporciona energía al cargador.
Es el cargador el que debe controlar correctamente el proceso de carga.
Por lo tanto, nunca conectes una batería LiPo directamente a una fuente de 12 V intentando cargarla.
El sistema correcto es:
red eléctrica → fuente → cargador adecuado → batería
Una Fuente de Alta Corriente es una Herramienta Útil en el Banco de Trabajo
Cuando empezamos a trabajar con modelismo y electrónica, nos damos cuenta de que muchos montajes necesitan 12 V.
Tener disponible en el banco una fuente capaz de proporcionar una buena cantidad de corriente evita improvisaciones y permite utilizar el mismo equipo en diferentes experimentos.
Así fue exactamente como esta fuente pasó a formar parte de mi banco de trabajo.
Primero, por la necesidad de alimentar mi cargador de baterías LiPo. Después, por la posibilidad de utilizarla en otras aplicaciones.
Mira la Fuente que Utilizo en el Vídeo
En el vídeo a continuación muestro en detalle mi fuente conmutada y cómo la utilizo durante la carga de las baterías LiPo.
¿Quieres entender el sistema en lugar de limitarte a conectar los cables?
Elegir una fuente de alimentación parece sencillo hasta que empiezan las preguntas:
¿Cuántos voltios? ¿Cuántos amperios? ¿Cuántos vatios? ¿Por qué una fuente de 10 A no fuerza 10 A en el equipo? ¿Por qué se calienta una fuente? ¿Por qué una fuente conmutada puede generar ruido?
Cuando entendemos estos conceptos, dejamos de elegir componentes simplemente porque “alguien dijo que funciona”.
Comprender estos conceptos nos ayuda a elegir correctamente una fuente de alimentación para diferentes aplicaciones, teniendo en cuenta la tensión, la corriente, la potencia, la eficiencia y las características del equipo que será alimentado.
Este conocimiento también nos permite analizar fuentes conmutadas, reguladores y convertidores con mayor seguridad, comprendiendo mejor su funcionamiento y sus limitaciones en la práctica.
Para seguir explorando contenidos sobre fuentes conmutadas, rectificación, filtrado, reguladores, convertidores y otros proyectos de alimentación, visita la sección de Fuentes y Alimentación.