Cómo resolver el dilema mundial de las fuentes de alimentación de pared con "cuchillas" de CA intercambiables

En la actualidad, muchas normas técnicas están unificadas o armonizadas a escala mundial en grandes regiones del mundo. Por ejemplo, la IEC y las normas UL asociadas definen los mandatos de seguridad exigidos a los productos de consumo. Existen normas similares para los productos de uso médico. Incluso las fuentes de alimentación básicas de CA/CC, que deben cumplir numerosas normas de seguridad y rendimiento, están suficientemente unificadas para que un único modelo de fuente pueda venderse en todo el mundo.

Sin embargo, hay un área en la que no existe, ni existirá, un grado tan alto de homogeneidad: la clavija y la toma de corriente físicas de la línea de CA que conectan los pequeños productos de consumo y las unidades médicas al adaptador/fuente de alimentación de CA/CC montado en la pared. Por razones históricas, muchos países (y a veces incluso regiones dentro de un mismo país) tienen su propia disposición preferida de clavijas, llamadas "cuchillas" en la industria.

En consecuencia, los proveedores de unidades de alimentación de montaje en pared pequeñas y de bajo vataje (<10 vatios) deben tener en stock y suministrar unidades de alimentación que, por lo demás, sean idénticas, excepto por las cuchillas. Esto complica la cadena de suministro, eleva los costos y aumenta el riesgo de indisponibilidad. Otra opción es utilizar las llamadas unidades de sobremesa con cables de alimentación reemplazables en lugar de fuentes montadas en la pared, pero esto aumenta el costo y las molestias.

En este artículo se analiza una solución innovadora a este problema aparentemente modesto, pero frustrante. GlobTek, Inc. ofrece fuentes de alimentación de CA/CC para montaje en pared con cuchillas intercambiables por el usuario, así como unidades de sobremesa que pueden reequiparse, lo que permite al OEM o al usuario final adaptar la clavija de alimentación a los requisitos de configuración locales. Este innovador diseño está disponible para suministros en los que un cable de alimentación discreto -permanente o extraíble- no es una opción deseable o práctica.

Un mundo unificado, o quizá no

A pesar de que la tecnología y la economía mundiales están en gran medida armonizadas, existen docenas de disposiciones de clavijas estándar (informalmente denominadas clavijas y sus tomas) de uso mundial para la línea de CA básica (Figura 1). Algunas están ampliamente normalizadas, como las clavijas de conexión de dos y tres palas en América del Norte, mientras que otras tienen un alcance muy limitado.

Figura 1: Se muestran algunas de las muchas disposiciones de clavijas de conexión que se utilizan en todo el mundo. (Fuente de la imagen: Gear Patrol)

Las razones de esta diversidad de configuraciones de las aspas varían. En algunos casos, era el resultado del intento de un proveedor local de electricidad o un fabricante de electrodomésticos de tener cierto control sobre las conexiones, ya fuera por coherencia o por bloqueo del mercado. Además, muchos de los primeros sistemas eléctricos (fuentes y red asociada) estaban muy localizados y sólo daban servicio a una pequeña región, por lo que no necesitaban ser comunes.

No solo importa la disposición de las cuchillas, ya que las dimensiones de éstas también son un factor. En algunos casos, la diferencia entre las configuraciones de las cuchillas es bastante pequeña y casi invisible a simple vista. Por ejemplo, la clavija de conexión norteamericana NEMA 5-15 y la japonesa JIS C 8303 tienen el mismo aspecto, pero existen algunas diferencias fundamentales. Mientras que las anchuras de las palas son similares, las longitudes de las palas son diferentes (Figura 2).

Figura 2: Las clavijas de conexión de tres clavijas estándar norteamericana NEMA 5-15 y japonesa JIS C 8303 son muy similares, pero existen ligeras diferencias dimensionales. (Fuente de la imagen: Interpower Corp.)

Esta variedad supone un serio reto para los proveedores de sistemas alimentados por CA y sus conexiones y adaptadores de corriente. En el caso de los sistemas, la solución habitual consiste en enviar las unidades con cables de línea de CA extraíbles para acoplarlos a una toma de corriente estándar internacional IEC 60320 C14 (Figura 3) -denominada formalmente Módulo de entrada de alimentación o PEM- en el gabinete o bastidor, y luego enviar el cable adecuado con la unidad (o el usuario final puede adquirirlo localmente).

Figura 3: El receptáculo de CA IEC 60320 C14 se utiliza ampliamente en chasis y se acopla con un cable que tiene una clavija de línea de CA adecuada en un extremo y un conector a juego en el extremo del chasis. (Fuente de la imagen: Interpower Corp.)

Para dispositivos como ordenadores portátiles y PC, también es posible utilizar un cable con clavija IEC 60320 C5 y la correspondiente clavija IEC 60320 C6 montada en el chasis del adaptador de CA (Figura 4). (Tenga en cuenta que, incluso a nivel internacional, a menudo se hace referencia a este conector como "Mickey Mouse" debido a su forma, sin ánimo de faltar al respeto).

Figura 4: Otro conector común para cables de CA internacionales y extraíbles, como los de los adaptadores de CA, es la clavija IEC 60320 C5 (izquierda) y el receptáculo IEC 60320 C6 correspondiente (centro); debido a su forma transversal, este conector suele denominarse conector "Mickey Mouse" (derecha). (Fuentes de las imágenes: Izquierda y centro, Digital Plug and Socket Museum; centro, Wikipedia)

Como alternativa, los usuarios finales podrían emplear un adaptador extraíble de esos kits omnipresentes para "viajeros internacionales". Sin embargo, suelen ser de menor calidad, incómodos, voluminosos y, en general, un incordio para un uso serio (Figura 5).

Figura 5: Estos kits de adaptadores universales pueden ser útiles para viajar, pero en general no son adecuados para la mayoría de las situaciones en las que se necesita una clavija de conexión a la red eléctrica. (Fuente de la imagen: CNN)

Sin embargo, ninguna de estas soluciones son opciones viables o atractivas para los adaptadores de CA pequeños y de baja potencia que se conectan directamente a la toma de CA (a menudo denominados adaptadores de montaje en pared). Por eso es necesario innovar.

Un enfoque mejor: cuchillas reemplazables

En lugar de intentar suministrar diferentes adaptadores CA/CC montados en la pared para cada configuración de cuchillas o recurrir a adaptadores más costosos no montados en la pared que tengan cables de CA reemplazables por el usuario, un enfoque más imaginativo es conservar el adaptador, pero en su lugar ofrecer cuchillas fácilmente reemplazables (Figura 6).

Figura 6: Al ofrecer conjuntos de cuchillas intercambiables por el usuario, una sola unidad de alimentación de pared puede configurarse fácilmente para funcionar con muchas tomas de CA de todo el mundo. (Fuente de la imagen: GlobTek, Inc.)

Esto permite a los vendedores tener muchas menos partidas distintas, ya que solo tienen que suministrar las cuchillas adecuadas -un accesorio pasivo más pequeño y ligero- a una región determinada. El uso de cuchillas desmontables no compromete la integridad mecánica ni eléctrica. Todas las unidades con cuchillas desmontables cumplen todas las normas reglamentarias mundiales y regionales pertinentes en materia de rendimiento, seguridad, eficacia y capacidades.

Además, existen unidades que cumplen las normas de Clase I o Clase II. En las fuentes de alimentación de Clase I, el usuario está protegido de los niveles peligrosos de tensión de entrada mediante al menos una capa de aislamiento básico y un chasis conductor conectado a tierra. Todas las fuentes de alimentación de clase I deben tener una toma de tierra de seguridad conectada a un chasis conductor de electricidad en la fuente de alimentación.

En cambio, las fuentes de alimentación de clase II protegen al usuario de los niveles peligrosos de tensión de entrada mediante al menos una capa de aislamiento básico, más una capa de aislamiento suplementario o una capa de aislamiento reforzado. Debido a este aislamiento doble o reforzado, no es necesario que las fuentes de alimentación IEC clase II tengan la conexión del conductor de tierra de seguridad: la tercera clavija del conector.

Un ejemplo es el WR9QD666KRPNG2309(R), un adaptador de pared externo CA/CC de 9 voltios y 6 vatios con entrada para varias cuchillas; con la unidad se incluye una sola cuchilla. Esta unidad de clase I mide unos 65 × 42 × 31 milímetros (mm) y está equipada con un conector hembra de barril de 3.5 × 1.3 × 12.0 mm en el extremo del cable de salida de CC estándar de 183 centímetros (cm) (hay disponibles otros conectores/longitudes como pedidos opcionales) (Figura 7).

Figura 7: El WR9QD666KRPNG2309(R) es un adaptador de pared de clase I que suministra 9 voltios a un máximo de 6 vatios en un paquete pequeño y eficiente. (Fuente de la imagen: GlobTek, Inc.)

Para aplicaciones de clase II, el adaptador de pared externo CA/CC WR9QE500CCPNAIMR6B proporciona 12 voltios a un máximo de 6 vatios/0.5 amperios (A) (Figura 8). Como unidad de clase II, solo requiere dos cuchillas en el conector de CA. El cableado de salida de CC estándar es un cable de 1200 mm de longitud con un conector hembra de barril de 5.5 × 2.1 × 11 mm (Figura 8).

Figura 8: El adaptador de pared externo CA/CC WR9QE500CCPNAIMR6B es de clase II y, por tanto, no necesita una tercera cuchilla de tierra. (Fuente de la imagen: GlobTek, Inc.)

Para aplicaciones USB y de clase II de baja potencia, el adaptador WR9QA1200USBNMEDRVB proporciona 5 voltios a un máximo de 6 vatios. A diferencia de los adaptadores de pared con cable y conector de salida de CC, este modelo incorpora un jack USB de tipo "A" (Figura 9).

Figura 9: El adaptador WR9QA1200USBNMEDRVB de 5 voltios/6 vatios tiene un conector USB de tipo A en lugar de un cable y conector de salida de CC. (Fuente de la imagen: GlobTek, Inc.)

Las cuchillas intercambiables marcan la diferencia

GlobTek ofrece una amplia selección de clavijas extraíbles/sustituibles para hacer frente a las complejidades de las configuraciones de clavijas de conexión de CA de todo el mundo (figura 10).

Figura 10: Un vistazo a algunas de las palas ofrecidas por GlobTek muestra el reto de proporcionar un suministro "universal" para lograr compatibilidad mundial. (Fuente de la imagen: GlobTek, Inc.)

Un examen detallado de dos cuchillas muy utilizadas muestra la sencillez del ensamble de palas desmontables. Los conjuntos de cuchillas cambiables R-NA-3 T3-NA y cuchillas cambiables R-NA-2(R) T2-NA son para uso en América del Norte para aplicaciones de Clase I y Clase II, respectivamente (Figura 11).

Figura 11: Los conjuntos de cuchillas para América del Norte incluyen versiones de Clase I (izquierda) y Clase II (derecha). (Fuente de la imagen: GlobTek, Inc.)

Instalar o sustituir un conjunto de cuchillas es bastante sencillo y no se necesitan herramientas. Para la extracción, suponiendo que ya haya un ensamble de cuchillas en su lugar, se utiliza un pulgar o un dedo para empujar y sostener la llave de bloqueo accionada por resorte hacia abajo. A continuación, mientras mantiene presionado el pin/clavija de bloqueo, el usuario tira de la cuchilla de CA para extraerla. El ensamble de la cuchilla CA deseada simplemente se desliza hasta que hace clic.

Conclusión:

Para los proveedores o usuarios finales puede resultar frustrante y complicado dar soporte a las numerosas configuraciones de clavijas de conexión de CA que se utilizan en todo el mundo. Esto es especialmente cierto en el caso de los pequeños adaptadores de CA/CC montados en la pared que no tienen un cable de alimentación extraíble. Suministrar un juego de cuchillas distinto para que sea compatible con varios locales es un quebradero de cabeza continuo, complicado y costoso. Para superar este dilema, GlobTek ofrece un amplio rango de adaptadores murales de bajo consumo con conjuntos de cuchillas intercambiables por el usuario. Las unidades cumplen todos los mandatos normativos aplicables y pertinentes en materia de seguridad, rendimiento y medio ambiente.