Cómo usar una fuente de PC para comunicaciones

Cuando pensamos en una buena fuente de alimentación para nuestros tranceptores o equipos nos imaginamos un título de esta naturaleza en alguna revista especializada de electrónica, obviamente en inglés cargada de punta a punta de complejas fórmulas matemáticas capaces de enloquecer hasta al más competente de los ingenieros electrónicos y ni hablar de lo que nos tocaría a nosotros los que somos simplemente entusiastas de conectar cuatro cables, hacer unas pocas soldaduras, tres fierritos locos... y a comunicar se ha dicho.

La fuente de la que vamos a hablar en estas líneas no es ningún invento de quien escribe esto, dado que este tipo de alimentadores ya fué ampliamente contemplado y explicado en publicaciones tales como  THE RADIO HANDBOOK y vaya a saber uno cuantas veces más, pero lo que me invita a escribir, es una experiencia realizada de forma simple, muy simple, y que me brindó resultados más que satisfactorios .-

Todos los que han destapado alguna vez su computadora (PC) habrán visto y reconocido muy facilmente cual es la fuente de alimentación de la misma, esa cajita metálica  de donde sale un gran manojo de cables rojos, amarillos y negros, es la que vamos a reformar y adaptar para nuestro propósito final: obtener una exelente fuente de alimentación para nuestros tranceptores.

Las fuentes más comunmente utilizadas son las conocidas como "de regulación serie", las que usan un poderoso y pesado transformador de alimentación el cual nos provee de aproximadamente 15-16 volts y muchos amperes, un puente rectificador de gran tamaño más su disipador, cuando no usamos 2 o 4 diodos por separado y aquí también más sus disipadores, los voluminosos capacitores electrolíticos para el filtrado inicial de 30.000 a 50.000 microfaradios, los transistores de regulación serie con sus disipadores, o sea todo es grande y pesado. Además cabe agregar como desventaja adicional al exesivo peso y volumen, los problemas inherentes a las variaciones de la tensión de línea y la imposibilidad de tener un ripple constante con cargas variables .- 

Como cereza del postre tenemos el RENDIMIENTO de las mismas el cual podemos decir que es verdaderamente muy pobre. Entiéndase por rendimiento a la relación entre la potencia electrica absorbida desde la línea de alimentación y la potencia entregada a la carga .-

Para finalizar podemos decir que la fabricación de una fuente de este tipo que resulte eficiente para consumos elevados es siempre muy costosa y voluminosa. Todo esto impulsó a los diseñadores a crear fuentes de menor costo y mayor rendimiento, cosa que se ha conseguido con las del tipo conmutadas .-

                                     LA FUENTE DE LA PC

No es mi intención hacer un exaustivo análisis del funcionamiento de la fuente porque sería demasiado extenso y aburrido, pero sí vamos a ver todo lo que resulta de la magia fabricada por los asiáticos y cómo la vamos a reformar para nuestros propósitos.

La fuente de una computadora es del tipo de las "SWITCHING" o conmutada la cual básicamente trabaja de la misma manera que lo hace un fly-back de T.V. convencional . Una idea básica la tenemos en la siguiente figura:

La idea de funcionamiento es aplicar una tension (+B) sobre el primario del tansformador  y  hacer conducir el transistor, al cual se le limita el tiempo de conducción y la corriente máxima que drenará en su estado de saturación la cual sera muy importante, además como la tensión será alta (300v. aproximadamente) , la energía del campo magnético generado será capaz de inducir en un secundario de pocas vueltas y gran sección con corrientes de 15 o 20 Amperes .-

Los transformadores de las fuentes conmutadas son capaces de entregar entre 100 y 150 Watts de potencia hacia la carga, o sea que podríamos decir que a nuestra PC le puede entregar las distintas tensiones para su funcionamiento distribuída más o menos así:

Los valores empleados para la cuenta anterior no son rigurosamente exactos en cuanto a suministro de corriente, pero están muy cerca de serlos ; (y lo que es mejor es que no todas las fuentes son iguales en capacidad por lo que podremos conseguir más grandes que nos entreguen hasta 200 Watts)  lo que  nos sirve para darnos cuenta del rendimiento de este tipo de fuentes, ya que si alguna vez tuvimos una en nuestras manos habremos visto que mencionan 200 Watts, por lo que tenemos un rendimiento del 70 al 80 % o más ! , pero acá no termina lo mejor sino que recién comienza .-

Y ahora es donde viene la idea principal. Ya que tenemos una fuente tan pequeña, de poco peso, y capaz de entregarnos una potencia de 140 Watts ¿porque no la usamos para obtener nuestros 13,8 Volts  10 Amperes?   Y ¿si conseguimos una más grande y de los 200 Watts que puede entregarnos le sacamos 13,8 Volts 15 Amperes? Ya no necesitamos ni los 5 Volts, ni los -12 Volts, ni los -5 Volts por lo que toda la energía será para una sola salida .-

A todo lo auspicioso que venimos viendo hay que sumarle que la conmutación del circuito primario (+300 V)  se realiza a una frecuencia de entre 25 y 50 KHz. con un ripple ínfimo del orden de algunas decenas de milivolts  pudiendo decirle adiós definitivamente a los problemas de zumbidos . Y en el peor de los casos en que el consumo fuera exesivo sería inaudible !

Ahhh ... me olvidé decir que tienen protección contra sobrecargas y cortocircuitos ya incorporadas .-

MARAVILLOSO ! ! ! !                 

PASO A PASO

1)  Lo primero que tenemos que reformar es el transformador de núcleo de ferrite de mayor tamaño que posee (hay otro mas pequeño que es el que exita los transistores de conmutación) que en la parte exterior de su bobinado posee lo que denominamos secundario. Una atención muy especial habrá que tener al intentar desarmarlo ya que los que conocemos el ferrite sabemos que nada tiene que ver con cualquier material ductil a la hora de trabajarlo. Cualquier error o mal esfuerzo y crack!, por lo que será conveniente tenerle mucha paciencia y especial cuidado si queremos aflojar el barniz que lo recubre con cualquier solvente ya que si este último penetra demasiado en el interior del trafo puede afectar la aislación del bobinado primario al cual por ahora ni pensamos tocar .-

Ya que los alambres que trae en el secundario son de una sección no muy grande (0,70 aprox.) y además no se ocupa toda la ventana con bobinado dejando 1mm de espacio podremos "desenebrar" vuelta por vuelta sin que sea algo muy fastidioso ya que se trata de pocas vueltas .-

Primero encontraremos cuatro vueltas de alambre doble de 0,70 mm de diámetro las cuales son las terminaciones del bobinado de 12 Volts .-

Luego vienen tres vueltas de triple alambre en una primer capa más otras tres en una segunda para formar la seccion de 5+5 Volts saliendo de la unión de ambas el punto medio del secundario . Pero esto es algo que no tocaremos ya que es la etapa inicial para el bobinado de 12 Volts o bien dicho 12+12 Volts.-

Nuestro trabajo será rehacer las primeras cuatro vueltas según creamos conveniente  "con el agregado de una vuelta mas" para de esta forma llegar a 13,7 v aprox. porque si antes teníamos 12 Volts con 7 vueltas ( 3+4 ) la relacion espiras -volt es de 1,7; ahora tendremos 8 espiras por 1,7 lo que nos dará 13,6 - 13,7 Volts centavos mas centavos menos, "MAS QUE SUFICIENTES PARA NUESTRO PROYECTO"

Y estas cinco vueltas las realizaremos de la siguiente forma:

a) si tenemos suficiente espacio en la ventana, bobinarlas con alambre triple de 0,70 mm para lograr obtener la misma capacidad de corriente para todo el bobinado desde el principio al fin.

b) hacerlo con alambre doble de 1 mm o 1,2 mm de diámetro dependiendo de lo que consigan.

Si bien la superficie total final de los tres alambres no será la misma que con dos se obtendrán también buenos resultados (en mi caso particular usé la opcion b).

Las demás tensiones que genera la fuente (-5 y - 12 Volts) se obtienen colocando los diodos en sentido inverso  pero siempre a partir de los bobinados de 5 y 12 Volts.

2)  Ahora que ya tenemos el trafo para exprimirle 13,6 Volts pasamos a considerar las características de los diodos rectificadores.

Los utilizados por estas fuentes son del tipo Schottky Barrier Rectifiers Dual; o sea diodos rápidos capaces de trabajar a la frecuencia de conmutación de nuestra fuente; que pueden ser ECG6087 - ECG6088 de una capacidad de 15 Amperes por diodo en la salida de +5 Volts. En la salida de +12 Volts originalmente traen diodos para 3 o 4 Amperes entoces lo que haremos sera invertir su posición y pasar los diodos grandes a la salida de 13,6 Volts y los de los antiguos 12 Volts a la salida de 5 Volts.

Esto nos permitirá utilizar un Handy, un BC o una base de VHF o lo que se nos ocurra  con total comodidad; pero sería conveniente darle un margen mayor de seguridad a los diodos utilizando un ECG6091 - ECG6092 que son para 20 Amperes por diodo. De esta forma trabajarían con una base de VHF @ 50 Watts conduciendo 9 o 10 Amperes que sería el 50% de su capacidad mientras que los otros diodos lo harían al 70% con el consiguiente aumento de temperatura ante usos prolongados (léase ponchos).

3)  Paso siguiente será sacar el toroide que se ubica después de los rectificadores y aquí la tarea es muy simple: desarmar el doble bobinado de +5 Volts que ya no necesitamos que sea de gran sección  y reemplazarlo por uno único de menor diámetro y al de +12 Volts  (ahora 13,6 Volts) hacerlo doble, de alambre de 1 mm de diámetro ya que por allí circulará la gran corriente de salida .-

4)  Después sigue un electrolítico de 2200 microfaradios por 16Volts que pueden llevarlo a 4700 microfaradios por 25 Volts para que el ripple sea despreciable. También podemos colocarle capacitores ceramicos de 100 y 10 nanofaradios para minimizar residuos de RF.

5)  Para lograr una regulación inicial en vacío de la fuente (sin carga) vamos a colocar en la salida que quedó de +5 Volts una resistencia de 47 a  51 ohms  3 Watts la que consumirá tan sólo 100 mA y una potencia de 0,5 Watts que será despreciable. Algunas fuentes ya la traen incorporada de fábrica por lo que en ese caso nos ahorraremos el trabajo de hacerlo.-

6) Una vez realizado todo lo expuesto hasta aquí ya podemos conectar nuestra fuente a 220 VCA y comenzar con las pruebas iniciales .-

Como primera medida en nuestro taller se le quitaron los cables ahora sobrantes de salidas de -5 Volts, -12 Volts y +5 Volts dejando dos cables para positivo y otros dos para negativo en la salida de 13,6 Volts .-

7)  Conectamos luego una lámpara de óptica de automóvil con solamente un filamento conectado, un amperímetro en serie con fondo de escala en 25 Amperes y al encender observamos un consumo de 3,2 Amperes; luego conectamos el otro filamento y la corriente trepó a  6 Amperes; después ubicamos otra lámpara y conectamos un primer filamento y la corriente subió a 9,5 Amperes . Luego de 15 minutos a este consumo  (flor de poncho) controlamos la temperatura de los transistores de conmutación y notamos que apenas habían entibiado mientras que los diodos de salida de 13,6 Volts habían calentado más pero era una temperatura totalmente normal de funcionamiento y para nada riesgosa; todo esto con los diodos que traía originalmente la fuente en la parte de +5 Volts (recuerden que le pueden poner diodos de mayor capacidad de corriente).

Para los que no saben las fuentes traen incorporado un ventilador de refrigeración el cual estaba en funcionamiento.

Después retiramos un filamento, la dejamos trabajando en 6 Amperes por un lapso continuo de una hora y al controlar la temperatura vimos con alegría que los disipadores no tenían ni siquiera fiebre o sea estaban apenas tibios .-

Con estos consumos; y esto lo quise dejar para el final; la variación de la tensión de salida que fué medida para cada exigencia varió en un primer ensayo un 6 a 7% y en un segundo ensayo con otro transformador mejor bobinado (más prolijo, mejor acompañadas las vueltas una al lado de la otra, no olviden que "no" desarmé el trafo sino que enhebré vuelta por vuelta) y las variaciones fueron de 4 a 5%. Esto quiere decir que los más habilidosos podrán lograr variaciones del orden del 2% a lo largo de toda una exigencia de 1 a 10 Amperes .-

8)  Como comentario final podemos decir  que por distintos motivos puede resultar que la tensión de salida no quede a un valor aceptable de 13,5 a 13,8 Volts sino que nos resulte baja, obteniendo 13 - 13,1 Volts o sino muy alta 14 - 14,5 Volts .-

En estos casos o en los otros también podemos agregarle un preset para lograr un ajuste fino de la tensión de salida .-

Todas estas fuentes utilizan un circuito integrado que es el encargado de comandar los transistores de conmutación que siempre es un TL 494  o  DBL 494  o  KA 7500  que son todos iguales y tienen a travéz de la pata 1 la entrada de referencia de la tensión de salida para mantenerla constante . De la salida de +5 Volts viene una resistencia generalmente de entre 3K9 y 6K8  y de los 12 Volts una de entre 22K y 33K. Lo que debemos hacer es colocar un preset intercalado en la resistencia de referencia de los 12 Volts de tal forma que con el preset al mínimo la resistencia sea un 10% menor a la existente y con el preset al máximo sea un 10% mayor . Ubicado en su punto central de recorrido el preset debemos tener la misma resistencia total que antiguamente existía .-

De esta forma podremos regular la fuente entre valores de 12,5  a  15 Volts aprox.-

CONCLUSION

Repito lo expuesto al comienzo. Hasta aquí no hemos inventado nada nuevo pero sí  tuvimos la posibilidad de adecuear algo tan barato y tan práctico a nuestras necesidades con un gasto practicamente despreciable y un rendimiento altamente eficiente.

Prometo para una próxima entrega una segunda parte donde veremos como reformar esta misma fuente a 13,6 Volts  @  30 Amperes (para el HF) , que con lo poco visto hasta aquí ya muchos se estarán dando cuenta como hacerlo .-

Espero sepan disculparme todos aquellos preparados teórica y prácticamente  por la liviandad con la que se tomaron los cálculos y las reformas, pero lo creí así conveniente para demostrarle a los que están a un paso de agarrar el soldador, que lo hagan y así lograrán dos cosas  1) la inmensa alegría de construirse algo uno mismo  y  2) seguir alimentando la pasión de la radioafición, porque RADIO no es solamente estar detrás de un micrófono y hablar bonito .-

Además, como lo describí antes, yo lo hice y anda bárbaro .-

LU6DPP - Mario
socio 810 - LU3EY
socio 665 - LU1EY