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Ultima actualización: 12/04/2007
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Dos en uno:
FUENTE DE ALIMENTACION Y CARGADOR DE BATERIAS DE 12V
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INTRODUCCIÓN:
El proyecto de hoy es uno de los que más me han pedido, y que he venido
postergando por varios motivos. Al fin, aquí está.
Se trata de una sencilla fuente de 12V, que puede ser utilizada para
alimentar la gran mayoría de los demás
proyectos que he ido (y que seguiré) publicando en uControl. Las
características de la fuente incluyen una salida de 12V con 500mA, o
quizás hasta 800mA si dotamos al regulador de
tensión LM7812 con un disipador de calor adecuado.
Metidos en esto, vamos a aprovechar para utilizar esta fuente como
cargador de baterías. Y ya que estamos, a la etapa del cargador la vamos
a montar por separado, por que tiene una cualidad muy especial: permite
cargar una batería de 12V a partir de otra. |
ÍNDICE:
>
Introducción
>
El circuito de la fuente
>
El cargador de baterías
>
Conectando todo
>
Conclusión
El circuito
de la fuente:
El circuito de la fuente es mas que sencillo. Un borne permite que ingresen
al circuito los 220V de la línea de alimentación, y mediante una llave de
apagado (SW1) pasan a un transformador que lo reducen a 12V de alterna.
Aquellos que tengan una tensión de red de solo 110V pueden cambiar este
transformador por uno de 110V a 12V, y el resto del circuito les servirá
perfectamente.
Esos
12V AC se rectifican mediante el puente de
diodos BR1, que debe ser para una corriente por lo menos de 1A (2A no
estarían mal tampoco) y mediante el
condensador electrolítico de 1000uF se estabilizan.
Importante: La etapa
compuesta por una resistencia de 15
ohms/2W y un condensador de .1uF que esta a continuación del condensador de
1000uF tienen como función disminuir la tensión que entra en el regulador
integrado en caso de que queramos utilizar un
LM7805 en lugar del LM7812, y construir
una fuente de 5V para alimentar microcontroladores o proyectos que requieran
esa tensión. Si lo que se desea es la fuente de 12V, R1 debe reemplazarse
por un puente en el PCB, ya que no tiene razón de ser. El condensador se
puede dejar. Lo mismo es valido si se necesita una fuente de 6V o 9V.
El regulador de tensión,
junto con los dos condensadores de .1uF y el electrolítico de 100uF se
encargan de convertir la tensión aplicada en su entrada en 12V perfectamente
estables. El LED, cuya corriente esta limitada a unos 12mA por R2 sirve para
saber que la fuente esta encendida, y debería colocarse en un lugar visible
si vamos a incluir el montaje dentro de alguna caja.
Circuito de nuestra fuente de 12V (adaptable a 5V, 6V o 9V)
Como siempre, tenemos un
circuito impreso (¡y la manera de construirlo!)
propuesto para el montaje, y un par de vistas de como debería quedar todo
armado. Basándose en esas imágenes no debería haber demasiados problemas a
la hora de ensamblar todo:
Agradezco a CESAR CANO el haberme hecho notar que había un error en el PCB,
que ya fue subsanado. ¡Gracias Cesar!
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El circuito
del cargador de baterías:
Para poder cargar una batería, es necesario entregarle una corriente.
Típicamente, se consideran dos modalidades de carga: rápida y lenta. La
primera de ellas permite cargar completamente una batería en aproximadamente
4 o 6 horas. La segunda, suele demorar entre 14 y 24 horas. A primera vista,
el segundo sistema no parece tener mucho sentido, ya que implica un tiempo
mucho mayor para obtener los mismos resultados. Pero la razón de su
existencia se debe a que la carga rápida puede terminar mas rápidamente con
la vida útil de la batería.
Para cargar una batería, se necesita hacer circular hacia ella una
corriente. De acuerdo a la magnitud de dicha corriente será el tiempo que se
necesite para su carga. Para que exista una circulación de corriente hacia
la batería, el cargador debe proveer una tensión (voltaje) mayor al de la
batería, este es el motivo por el cual no podemos cargar una batería de 12V
a partir de otra. Este es el motivo que por el que se implemento esta etapa
separada de la fuente explicada mas arriba.
El circuito que presentamos tiene la particularidad de incluir una etapa
“dobladora de tensión” que permite elevar los 12V de su entrada para
permitir cargar una batería a partir de otra. Si lo que necesitamos es
simplemente un cargador “de pared”, solo debemos conectar este circuito al
de la fuente, como veremos mas adelante, y si queremos cargar una batería a
partir de otra, pondremos la que esta cargada en la entrada, y la que
queremos recargar a la salida, cuidando que los bornes estén conectados de
la manera correcta.
Circuito del cargador de baterías.
El borne superior de cada bornera corresponde al polo positivo, y el
inferior al negativo.
El circuito funciona de la siguiente manera: cuando el pin 3 del
NE555 esta
en estado bajo, el condensador electrolítico C3 se carga a través de los
diodos D2 y D3, hasta que en sus bornes haya una tensión de aproximadamente
12V. Cuando el pin 3 pasa a estado alto, la tensión del nodo donde se unen
C3 y D3 tendrá (en teoría) la suma de los 12V del condensador más los 12V de
la fuente. En la práctica este valor nunca llega a ser de 24V, solo es de
unos 13V o 14V, dependiendo de la carga que se aplique, pero es más que
suficiente para nuestros propósitos.
La etapa siguiente, compuesta por un diodo Zener y un transistor NPN forman
un rudimentario regulador para, junto a la resistencia variable VR1, ajustar
la tensión de salida.
Como la corriente que haremos circular depende de la batería bajo carga y
del tiempo que queramos dedicarle a su recarga, deberemos ajustar VR1
utilizando un amperímetro (que forma parte de un multímetro o tester común)
colocado en serie entre el borne positivo de la batería y el borne
correspondiente del cargador.
Si esta corriente es del orden del 10% al 20% de la corriente que entrega la
batería, el tiempo de carga ira de 10 a 5 horas, por lo que será una “carga
rápida”. Aquí debemos prestar atención a la temperatura de la batería. Si es
excesiva podría provocar daños en su estructura, por lo que si ello ocurre,
ajustaremos VR1 para que la corriente sea menor. En esta modalidad de carga,
no es seguro dejar la batería en el cargador después del tiempo necesario
para su recarga, así que debemos estar atentos a este hecho.
Para una carga “lenta”, ajustaremos VR1 hasta leer en el amperímetro una
corriente de un 3% al 5% de la corriente que entrega la batería. El tiempo
de carga será de 33 a 20 horas, y si por algún motivo nos la olvidamos en el
cargador por más tiempo del necesario, no pasara nada.
Veamos un ejemplo concreto: si tenemos una batería de 12v capaz de entregar
2.4 Amperes, y queremos que la carga se realice en 10 horas, la corriente
que deberá circular entre el cargador y la batería será de 2.4 / 10 = 0.24
Amperes (240 mA). Esto es si la batería estaba completamente descargada,
situación muy poco frecuente, ya que cuando una batería tiene menos del 70%
de su carga el aparato conectado a ella deja de funcionar y debemos
recargarla, por lo que la corriente calculada puede ser mucho menor. Solo es
cuestión de medir y probar.
PCB propuesto para el
cargador de baterías.
PCB con la posición de los
componentes.
PCB del lado componentes, serigrafiado.
Placa montada.
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Conectando todo:
Como prometimos antes, aquí esta la forma en que
deberíamos conectar la fuente con el cargador y la batería:
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Conclusión:
Es un proyecto algo mas complicado que los anteriores, por que implica
realizar algún ajuste para que el funcionamiento sea el correcto. Además,
debemos ser cautos para no dañar nada, sobre todo las baterías por el
calentamiento si nos pasamos con la corriente suministrada. Pero creo que
vale la pena encararlo.
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