Fuentes de alimentacion de Arduino una guia util





Este articulo trata sobre los problemas de los diferentes modos de alimentación de las placas más famosas de Arduino, y de la eleccion de las fuentes de alimentacioncion de Arduino, con el fin de superar las dudas que los usuarios pueden tener y proporciona consejos útiles.

Cuando se desea utilizar una tarjeta Arduino en modo independiente, el primer problema a enfrentar es el de cómo alimentarlo, una vez que se desconecta del puerto USB de la computadora.

Desafortunadamente, un conocimiento defectuoso del tema de la energía a veces lleva a la gente a cometer errores imperdonables, ya que el primer resultado es a menudo ver la placa hechando humo y casi siempre irremediablemente, ya que a partir de ese momento no funcionará más.

En la premisa es bueno señalar que el artículo se ocupará de los modos de alimentación de las placas Arduino que funcionan a 5 V (UNO, MEGA, Duemilanove); Una nota corta y específica será dedicada a Arduino YÚN, ​​que sigue siendo un placa de 5 V, pero con características que son diferentes de las otras.



LAS FUENTES DE ENERGÍA EXTERNA

Básicamente, además del puerto USB de la computadora, las fuentes de alimentación externas para Arduino son: fuentes de alimentación lineales y de conmutación, o tener una salida USB específica (que probablemente sea del tipo de conmutación) y baterías de varios tipos.

LOS SUMINISTROS DE ALIMENTACIÓN

Entre los muchos errores que se cometen, seguramente se trata de reciclar las fuentes de poder guardadas en un cajón, y de tratarlas como si fueran todas iguales.

Empecemos de inmediato dejando claro que los de tipo corriente alterna tienen que ser absolutamente excluidos (fueron utilizados mucho por los módems analógicos de hace algunos años).

En la figura podemos ver la comparación entre las dos fuentes de alimentación que son muy similares, desde un punto de vista físico: uno opera en corriente alterna (AC) y el otro en corriente continua (CC).

Comparación entre las fuentes de alimentación que funcionan en AC y DC

Comparación entre las fuentes de alimentación que funcionan en AC y DC

Como puede observarse a partir de los símbolos encontrados en las etiquetas respectivas, es bastante sencillo distinguir los dos modelos, aunque sean físicamente similares.

En el modelo de corriente alterna, que se muestra en el lado derecho de la figura, la línea con las indicaciones relativas a la salida dice: AC 12 V 500mA 6VA, que representan respectivamente: corriente alterna, máxima carga de salida y potencia, expresada en VA. que se  obtiene por medio de la fórmula P = V * I).

En algunos casos, en el lugar de la abreviatura AC, se puede encontrar el símbolo «~», que tambien significa «corriente alterna».

A la izquierda, por el contrario, el modelo de corriente continua, en la línea con los valores de salida muestra de forma igualmente clara +5 V 2A, además el símbolo «═» señala gráficamente la corriente continua.

Finalmente, en estas fuentes de alimentación, la polaridad de la tensión siempre está indicada en la salida JACK; En este caso los gráficos representados en la etiqueta indican que el polo positivo (+) está conectado a la parte central del conector mientras que el polo negativo (-) está conectado a la parte externa. Todavía podemos notar la presencia del símbolo «~» en la etiqueta, pero se refiere claramente a la entrada de la fuente de alimentación que, obviamente, debe estar conectada a la red de corriente alterna.

En el curso de este artículo hablaremos sólo de corriente continua, habiendo ya claramente descartado la alternancia para nuestros propósitos. Básicamente, las fuentes de alimentación se pueden dividir en tres categorías:



Unidades de alimentación lineales no reguladas:

Una fuente de alimentación lineal no regulada siempre tiene en cuenta un transformador de CA que convierte de 230 Vac a un valor definitivamente más bajo (usualmente de 3 a 24 Vca), un rectificador de puente de diodo (que tiene la tarea de convertir la corriente alterna en Corriente continua) y un condensador electrolítico para filtrar y nivelar.

Existen los denominados modelos de «bobinado múltiple» que tienen un transformador con un solo devanado primario para 230 Vac y muchos devanados secundarios diferentes, y son capaces de suministrar diferentes tensiones de corriente alterna que están conectadas mediante un conmutador ( Sólo uno por tiempo) al puente de diodos y al condensador, y por lo tanto a la salida.

Al medir el comportamiento de una fuente de alimentación no regulada (independientemente del hecho de que sea un modelo de bobinado simple o múltiple) con un multímetro normal.

Es posible observar de inmediato cómo el voltaje, en ausencia de carga, puede ser definitivamente más alto que el Nominal, mientras que en presencia de una carga disminuye proporcionalmente, dependiendo del consumo de corriente del último, disminuyendo incluso bajo el nivel de la tensión nominal.

Estas fuentes de alimentación no ofrecen ninguna confiabilidad y a menudo son incluso perjudiciales para las maquinarias que, si absorben poco, son alimentadas a voltajes que son mucho más altos que los requeridos.

¡Por lo tanto, deben ser absolutamente evitados!

Fuente de alimentación lineal no regulada

Fuente de alimentación lineal no regulada

Fuentes de alimentación lineales reguladas:

Este tipo de alimentación se caracteriza por la presencia de otros componentes electrónicos, en comparación con modelos no regulados, como un regulador de tensión y otros condensadores con funciones de filtro y anti-oscilación.

En la mayoría de los casos son herramientas de tensión única, y muy fiables, de dimensiones proporcionales a la potencia suministrada.

La tensión es muy estable (variaciones típicas de ± 0,1V respecto al valor nominal), independientemente de la corriente (siempre dentro de los límites del valor nominal). Además de una excelente estabilidad, tienen un valor de rizado muy bajo (la variación residual de la corriente alterna sobre la corriente continua), pero su rendimiento es bastante bajo (entre 40% y 60%) ya que el regulador disipa mucha energía que, Por esta razón, puede requerir un sistema de disipación que puede incluso ser bastante voluminoso.

La disipación de potencia es directamente proporcional tanto a la caída (la diferencia entre la tensión de entrada en el regulador y la tensión de salida de la misma) como a la potencia suministrada.

Además, cuanto mayor es la potencia disipada, mayor es la temperatura alcanzada por el caso del regulador y, por consiguiente, menor es la potencia suministrada. Por estas razones, la tensión de entrada debe tener siempre un valor ligeramente superior al nominal del regulador.

Estas fuentes de alimentación son ideales para aplicaciones cuyo ruido (ondulación o alta frecuencia) puede resultar perjudicial para el correcto funcionamiento del circuito, típicamente cuando se trata de tensiones muy bajas.

En general, requieren una tensión de entrada correspondiente a la de la red eléctrica (230 Vac) o con un rango bastante estrecho (220-240 Vac), además son bastante voluminosas.

Alimentación lineal regulada

Alimentación lineal regulada



Fuente de alimentación de conmutación:

Esta última familia de fuentes de alimentación es la más reciente, desde el punto de vista tecnológico; Está basado en un sistema de trabajo de alta frecuencia y es capaz de regular la tensión de salida a un valor inferior (escalonado) que el de entrada (como en el caso del tipo visto antes), o a un valor más alto (Step-up).

El diseño de estos sistemas es mucho más complejo que los lineales, pero recientemente se han puesto en el mercado muchos circuitos integrados y con la ayuda de unos pocos componentes externos cuyos valores pueden calcularse con la ayuda de la hoja de datos, lo cual  hacen su creación bastante fácil.

Las dimensiones son muy limitadas, debido a la alta eficiencia de tal tecnología (80-90%) e incluso la estabilización es excelente.

Por otro lado, con respecto a los modelos lineales regulados, estas fuentes de alimentación tienen altos niveles de ondulación además del ruido de alta frecuencia, lo que los hace no aptos para circuitos de potencia que sufren de tales presencias residuales en la alimentación.

En general, operan con una amplia gama de tensiones de entrada (100-240 Vac) y tienen dimensiones que son definitivamente mucho más pequeñas que su contraparte del tipo lineal.

fuente de poder conmutada

fuente de poder conmutada

Un tipo particular de fuentes de alimentación de conmutación es el de los cargadores de teléfonos móviles; En general su uso es desaconsejable ya que han sido diseñados con el exclusivo propósito de recargar la batería, y por lo tanto prestando poca atención al filtrado de ruido.

Algunos modelos incluso incorporan el sistema de control de la energía de carga de la batería, por ejemplo los de las baterías LiPo o Li-Ion, lo que los hace totalmente inadecuados para los circuitos de alimentación que son diferentes de los de un teléfono móvil.

Productos de Arduino en Amazon

LAS BATERIAS

Es importante tratar brevemente los problemas relacionados con la alimentación de la batería, ya que la necesidad de hacer un circuito independiente de la red eléctrica doméstica no se siente rara vez.

Cuando se decide recurrir a la alimentación de la batería, las relaciones entre su capacidad (generalmente expresada en mAh) y la potencia requerida por la placa Arduino y los circuitos periféricos conectados a ella son a menudo descuidados, dando lugar a resultados que a menudo son decepcionantes (la autonomía es muy Baja o el sistema no se enciende en absoluto).

En la figura representamos una visión general de los tipos de batería más comúnmente utilizados.

tipos de baterias

tipos de baterias

Puesto que una sola batería no puede satisfacer siempre todas las necesidades de circuitos, debido al valor de baja tensión y / o baja capacidad, es importante comprender el mecanismo de serie y paralelo, es decir, las maneras con las que pueden conectarse dos baterías entre ellas Para aumentar dichos valores.

Como premisa se debe ser muy claro que todas las baterías que crearán un «paquete» deben ser absolutamente idénticas y posiblemente procedentes del mismo lote; En el caso de pilas alcalinas deben ser estrictamente nuevos, en el caso de baterías recargables, todas ellas deben estar completamente cargadas o descargadas.

Las baterías idénticas, conectadas en paralelo (todos los polos positivos entre ellos y todos los polos negativos entre ellos, ver en la figura) mantienen la misma tensión nominal de una sola y suman las capacidades: e. gramo.

Cuatro pilas alcalinas de 1,5 V 200 mAh conectadas en paralelo forman una batería de 1,5 V con una capacidad igual a la de una sola batería multiplicada por cuatro (800 mAh).

Uno recurre a este sistema cuando el voltaje de la sola batería es suficiente para alimentar el circuito, pero se necesita una mayor autonomía.

conexion de baterias en paralelo

conexion de baterias en paralelo

Las baterías idénticas, conectadas en serie entre ellas (el polo negativo del primero va al polo positivo del segundo y así sucesivamente), mantienen la capacidad de una sola batería y suman las tensiones:

Por ejemplo cinco baterías NiMh de 1,2 V y 2000 mAh, conectadas en serie, componen un paquete de 6 V 2000 mAh. La conexión en serie se utiliza cuando la batería individual tiene un voltaje demasiado bajo y no puede alimentar el circuito; De hecho, en el ejemplo específico, con una sola batería de 1,2 V, nunca podríamos alimentar a Arduino, ni siquiera con 2, 3 o 4 baterías en serie, ya que obtendríamos 2,4 – 3,6 – 4,8 V, respectivamente, y éstas no serían suficientes para el propósito; Por otro lado la quinta batería nos permite alcanzar una tensión de 6 V que puede ser aplicada, por ejemplo, al pin Vin, como veremos.

conexion de baterias en serie

conexion de baterias en serie

Por supuesto, es posible combinar los dos tipos de paquetes, cuando hay la necesidad de aumentar tanto la tensión como la corriente.

Por ejemplo, conectando en paralelo dos paquetes ya conectados «en serie» y constituidos por cinco baterías NiMh 6 V 2000 mAh (el paquete descrito hace un tiempo), es posible obtener un paquete de 6 V 4000 mAh.

Las baterías herméticas de plomo-ácido son paquetes compuestos por elementos de 2 V que están conectados en serie; Por lo general se utilizan solos, ya que existen en varios «tamaños» en cuanto a voltaje y capacidad, pero todavía se pueden utilizar en serie o en paralelo.

Es bastante complejo crear paquetes de baterías Li-Ion o LiPo (las celdas individuales deben ser «balanceadas») por lo tanto es definitivamente más conveniente recurrir a productos comerciales.

Hay, sin embargo, cargadores de baterías específicos para los paquetes de estos modelos, ya que cada celda del paquete debe cargarse individualmente.

Cargador de batería para baterías LiPo y de Li-Ion

Cargador de batería para baterías LiPo y de Li-Ion

Es necesario tener en cuenta que el sistema de recarga utilizado por las baterías LiPo / Li-Ion es muy diferente al utilizado por NiMh o las baterías herméticas de plomo-ácido, por lo que debe leer correctamente antes de adoptar cualquier tipo de pilas para su Propio proyecto.

En cuanto a la autonomía, el cálculo es bastante sencillo, aunque la cosa se complica en los casos de «multitensión»; En general es suficiente para operar una división entre la capacidad global de la batería (expresada en mAh) y el consumo de potencia del circuito (expresado en mA) para obtener el tiempo de autonomía (expresado en horas).

Por ejemplo, una batería hermética de 12 V 2400 mAh de plomo, que alimenta un circuito que requiere 12 V 300 mA en general, garantiza una autonomía máxima de 2400/300 = 8 h (la nuestra).

Las baterías de LiPo / Li-Ion tienen la peculiaridad de poder entregar, aunque sea por un tiempo muy corto, corriente para valores que son definitivamente mayores que su valor nominal, por lo tanto son muy utilizados en campos que requieren altas corrientes de arranque.

Por otro lado, no se prestan para la creación de las denominadas aplicaciones de «amortiguación», es decir, cuando un circuito es accionado normalmente por la red eléctrica y las baterías, constantemente mantenidas bajo carga, se utilizan sólo cuando La energía se apaga (por ejemplo, en instalaciones domóticas), ya que se dañaría en muy poco tiempo.

En estos casos, las baterías más adecuadas son de plomo-ácido, mientras que NiMh o peor, el NiCd más antiguo, sufren el llamado efecto de memoria, por lo que es mejor utilizarlos hasta que estén completamente descargados para recargarlos de nuevo.

Para el uso como amortiguador, las baterías de plomo-ácido son definitivamente recomendables, ya que pueden dejarse constantemente bajo carga, por lo tanto prestarse a la tarea.

Sin embargo, hay circuitos de control de recarga, muy sofisticados, que en algunos casos permiten algunas excepciones a lo que se ha dicho anteriormente.



LAS ENTRADAS PARA ALIMENTAR

Ahora que tenemos una idea bastante clara de las posibles fuentes externas de energía, podemos ver cómo aplicarlas a Arduino.

Todo lo que vamos a describir en este párrafo se puede aplicar a todo el tipo de fuentes anteriormente descritas, por lo tanto, fuentes de alimentación y baterías. Señalamos nuevamente la necesidad de prestar la máxima atención a las polaridades: es muy importante conectar correctamente los polos positivo y negativo a la placa Arduino, de lo contrario existe el riesgo de no ver nada funcionar o incluso de causar daños irreparables.

De hecho, mientras que en algunos casos hay algunas protecciones intrínsecas en la placa, en otros casos la inversión de la polaridad podría causar daños inmediatos!

Arduino tiene cuatro entradas de alimentación posibles y son:

Entradas de alimentacion de arduino

Entradas de alimentacion de arduino

1 – Puerto USB: 5 V tienen que llegar a este zócalo (no se permiten diferentes voltajes, absolutamente!), Procedentes del puerto USB de la computadora o de cualquier fuente de alimentación que esté provista con un puerto USB (en general, son de tamaño pequeño Fuentes de alimentación adecuadas para los dispositivos de alimentación que se suministran con un cable USB).

Si la alimentación viene de un ordenador, hay una limitación de corriente de 250 mA o 500 mA, dependiendo del puerto USB de dicho ordenador; Si por otro lado está utilizando una fuente de alimentación externa, la corriente de salida máxima (independientemente de la garantizada por la misma fuente de alimentación, que en general es un máximo de 1 A o 2 A) está de todos modos limitada a 500 mA por el Fusible de protección autoajustable de PTC.

2 – Enchufe JAPAN JACK:  En este zócalo hay que conectar una fuente externa (generalmente una fuente de alimentación), con el polo positivo en la parte central del conector, y el valor debe estar entre 6 V y 20 V, incluso Aunque la gama recomendada por el fabricante es de 7 – 12 V, por lo que no es aconsejable utilizar tensiones inferiores a 7 V o superiores a 12 V, si no es el caso de una necesidad real; 6 V no garantiza una estabilización adecuada por parte del regulador, es necesario, de hecho, considerar la caída de tensión del diodo de protección, colocado en serie en la entrada del regulador (cuyo propósito es preservar la placa de la destrucción en el caso de inversión de polaridad en el conector); Mientras que los valores superiores a 12 V crearían un desprendimiento excesivamente alto (una diferencia de potencial eléctrico entre la entrada y salida del regulador) que causaría un sobrecalentamiento sin sentido del regulador, incluso con bajos niveles de corriente.

3 – Vin socket: este socket tiene una función dual.

3a – Entrada para alimentación externa, no protegida por inversión de polaridad: de hecho la conexión va directamente a la entrada del regulador y por debajo del diodo del zócalo JACK; Por supuesto, no debe aplicarse voltaje a la toma jack, de lo contrario podrían surgir conflictos peligrosos;

3b: salida a partir de la cual se dibuja la tensión aplicada al conector JACK, lo que disminuye la caída del diodo de protección. Podría resultar útil alimentar cargas pequeñas, requiriendo una tensión superior a 5 V e igual a la aplicada a la toma JACK (siempre teniendo en cuenta la caída de tensión del diodo).

En ambos casos, el polo negativo de tensión se puede encontrar en los conectores GND de la placa.

Conector de 4 – 5 V: está conectado directamente a la salida del regulador, por lo que se pueden extraer de él 5 V para alimentar cargas externas a Arduino.

En el caso de que no se apliquen voltajes al puerto USB o al conector JACK, la toma de 5 V puede utilizarse incluso para alimentar directamente Arduino si tiene una fuente externa estabilizada de 5 V.

Uno tiene que considerar que, en general, a los reguladores no les va los voltajes que se aplican a su salida, pero en este caso en particular, esta situación resulta que sucede incluso al encender Arduino desde el puerto USB, por lo que podemos suponer que los diseñadores juzgaron este problema Como inofensivo.

Incluso en este caso no hay forma de protección, ya que tanto el diodo como el fusible PTC se encuentran por encima de este enchufe y por lo tanto no tienen ninguna función activa.

Como en el caso de la toma Vin, el polo negativo de tensión se puede encontrar en los conectores GND de la placa.

NOTA: independientemente de la entrada utilizada, Arduino tiene una toma de salida de 3,3 V para alimentar las cargas que funcionan a esta tensión; De hecho, un segundo regulador, con la finalidad de generar 3,3 V, está conectado directamente a los 5 V. Este enchufe no puede ser utilizado como entrada.

GESTIÓN DE CONFLICTOS

Arduino está provisto de un circuito de comparación que controla un MOSFET de tipo P; Si se encuentra una tensión en Vin (alimentación desde el conector JACK o desde el conector Vin), se interrumpe el MOSFET y se ignora la posible presencia de tensión procedente del puerto USB.

En el caso contrario, el MOSFET conectará los 5 V del puerto USB a la toma de 5 V, por lo tanto por debajo del regulador, alimentando así a Arduino.

Circuito de gestión de los conflictos de alimentación

Circuito de gestión de los conflictos de alimentación

Por lo tanto, es evidente que si se aplica el voltaje al puerto USB y una fuente externa a la toma de JACK, al mismo tiempo, será este último para alimentar el circuito, mientras que la conexión USB a seguir trabajando para el intercambio de datos con El ordenador y ya no como una fuente de energía.

Recordamos que en ambos casos el enchufe de 5 V no puede utilizarse como entrada, sino sólo como salida.



LA ELECCIÓN DE LA ENTRADA

Teniendo ahora un panorama más claro sobre el tema de las fuentes de energía y los diversos insumos ofrecidos por Arduino, es necesario decidir cuál de estos últimos debe ser utilizado para cada proyecto específico.

Evidentemente, la elección debe hacerse sobre la base de la fuente disponible, pero también sobre la base de los periféricos externos que se van a alimentar.

Debe tenerse en cuenta que, en cuanto a la corriente suministrada, es importante que la fuente sea capaz de hacer que esté disponible para todo lo que necesita la carga máxima, para ser incrementado en un 20%, con el fin de evitar que dicha fuente Trabaje en los límites.

Entonces no tiene importancia si el aumento es de un 50% o incluso un 100% mayor; de hecho, si la fuente de alimentación es capaz de suministrar 2 A y la carga requerida es solamente 100 mA (por lo tanto, 20 veces menos), no hay ningún riesgo de dañar las cosas, ya que la cantidad de potencia residual simplemente permanecera “disponible”.

Por otra parte, es extremadamente peligroso no tomar en cuenta el voltaje, ya que nunca debe exceder los límites previstos o permitidos; Por ejemplo, sin ninguna razón será posible aplicar tensiones superiores a la toma de 5 V incluso por un único Volt, ya que los circuitos integrados de la placa se quemarían inmediatamente!

1 – Puerto USB: Este es práctico para experimentar con cargas pequeñas, requiriendo 5 V, ya que permite la doble función de alimentar y programar la placa.

El límite de potencia impuesto por el fusible PTC es de 500 mA y, en realidad, estos componentes toleran hasta casi el doble del valor antes de una intervención protectora, pero es mejor considerar el valor nominal.

La polaridad en el zócalo del USB es estándar y no causa así problemas;

Alimentación de Arduino mediante puerto USB

Alimentación de Arduino mediante puerto USB

2 – JAPON JACK Puerto: en general, se recurre a este puerto para aumentar la disponibilidad de energía en los 5 V (dentro de los límites permitidos por el regulador) y / o tener disponible un voltaje superior a 5 V.

Por ejemplo, si tiene que alimentar un relé de 12 V, el pin de Arduino solo no es suficiente, pero puede ser usado para pilotar un transistor que traerá, como driver, los 12 V necesarios por el relé.

En este caso se aplica un voltaje de 12-12,5 V al conector JACK, la placa de Arduino está alimentado por el 5 V del regulador y desde el conector Vin se puede sacar 12 V para enviar al relé (mediante una Configuración de circuitos); El polo positivo debe aplicarse al pasador central del JACK, el polo negativo al externo.

Alimentación de Arduino mediante un conector JAPAN JACK

Alimentación de Arduino mediante un conector JAPAN JACK

3 – Enchufe Vin: como se ha dicho antes, éste puede ser útil como entrada si se necesita una tensión externa y sólo tiene 6 V disponibles, de hecho el conector Vin desvía el diodo de protección y el regulador puede funcionar correctamente.

O puede ser útil tomar la tensión procedente de la toma JACK; Teniendo en cuenta el hecho de que el zócalo Vin está desprotegido, su uso por el inexperto definitivamente no se recomienda.

El polo positivo debe estar conectado al conector Vin, el negativo al GND. En la figura se puede ver Arduino alimentado a través de la toma Vin a la izquierda, mientras que a la derecha se activa a través de la toma JAPON JACK y de la Vin el voltaje a la luz de un LED se dibuja.

La toma Vin usada como entrada o como salida

La toma Vin usada como entrada o como salida

4 – 5 V socket: Incluso en este caso, debe ser preferible recurrir a tomar en lugar de a la entrada de voltaje, dados los riesgos enormes que se toman cuando faltan las protecciones; Una de las posibles situaciones en las que este enchufe es muy útil es la de tener una fuente de alimentación estabilizada de 5 V pero sin un conector USB.

Como se ha visto anteriormente, es necesario aplicar al menos 7 V al enchufe JAPAN JACK y al menos 6 V al enchufe Vin, por lo que este enchufe es el único capaz de aceptar exactamente 5 V. Volviendo al ejemplo de relé, si se tiene la disponibilidad de un modelo que funcione a 5 V, pero que requiere una potencia mayor que la suministrada por uno de los pines de Arduino (que no puede exceder de 30-35 mA), incluso aquí el problema sería Resuelto muy bien con un transistor y tomando 5 V desde este zócalo. El polo positivo debe estar conectado a la toma de 5 V, el negativo al GND.

La toma de 5 V utilizada como entrada o como salida

La toma de 5 V utilizada como entrada o como salida



LOS LÍMITES DE LA CORRIENTE

Comencemos por recordar que no se puede pretender alimentar una carga que requiera cierta corriente, sin que la fuente sea capaz de suministrarla y que cualquier carga extrae la potencia que necesita y no la disponible.

Veamos algunos ejemplos, suponiendo que Arduino tomara lo máximo posible (200 mA), el resto será absorbido por los componentes externos:

A – Consumo de corriente global de 400 mA: En este caso es posible alimentar todo a través de USB, a condición de que el puerto de la computadora (o la fuente de alimentación con salida USB, utilizada como su sustituto) sea capaz de entregar todos los 500 mA considerados como límite máximo;

B – Consumo de corriente global de 600 mA: En este caso NO es posible alimentar el circuito vía USB ya que vimos que el límite establecido por el fusible de protección PTC es de unos 500 mA; Tenemos entonces que recurrir a una fuente externa aplicada al puerto JACK, que sea capaz de garantizar una corriente que sea mayor que la requerida por al menos 20-30%, por lo tanto para un total de al menos 600-700 mA, Y como se ha indicado antes de que no se utilice la corriente excedente disponible.

El voltaje para los periféricos se puede extraer del perno de 5 V. Sin embargo, como ya se ha visto, la conexión USB puede mantenerse para la programación del micro o para el uso del monitor en serie.

C – Veamos el caso en que el consumo total es 1A; Incluso en este caso tenemos que recurrir a una tensión externa para ser aplicada al JACK, pero como veremos en el próximo párrafo estamos operando en el límite extremo del regulador, así será necesario separar la alimentación de Arduino de la Una de las cargas externas.

En el caso en que no haya periféricos que requieran una tensión superior a 5 V, por ejemplo 12 V, es necesario recurrir a una fuente de alimentación externa, aplicada a la toma JACK, pero para entender cómo extraer los dos voltajes uno debe Siempre evaluar las corrientes traídas por Arduino y las cargas 5 V y 12 V. Veamos algunos ejemplos:

D – Veamos el caso de Arduino (200 mA), con periféricos 5 V (50 mA) y periféricos 12 V (300 mA); Aplicando una fuente de alimentación de 12 V con al menos 1 A de corriente máxima, los límites del regulador (que veremos en el siguiente párrafo) nos permiten alimentar a Arduino y sus periféricos 5 V y 5 V; Por lo que respecta a los periféricos de 12 V, por otra parte podríamos extraer esa tensión del pin de Vin;

E – Veamos el caso de Arduino (200 mA), con periféricos 5 V (300 mA) y periféricos 12 V (1A); Aplicando una fuente de alimentación de 12 V con al menos 2 A de corriente máxima, los límites del regulador (que veremos en el siguiente párrafo) se impondrán a Arduino solo con su 5 V, mientras que no será posible utilizar el Vin pin (véase la siguiente NOTA), en este momento se debe encontrar una solución diferente.

NOTA: vamos a considerar otro factor, esta vez con respecto al pin Vin; Aparentemente no debe haber límites de corriente de suministro, además de la que impone la fuente de alimentación aplicada.

Sin embargo toda la corriente tendrá que fluir dentro del diodo de protección, que es de todos modos bastante robusto, pero de hecho hay que considerar que la pista de cobre, que conecta la entrada del regulador al pin Vin colocado en el cabezal POWER de Arduino, no es muy gruesa Y por consiguiente no puede soportar altas corrientes, ya que arriesgaría a quemarse.




LÍMITES DEL REGULADOR

Ahora tenemos que enfrentar el problema de la potencia que el regulador tiene para disipar.

Leyendo las especificaciones de la hoja de datos del regulador NCP1117ST50T3G en el caso SOT-223 (el que se utiliza en Arduino UNO r3) se puede ver que la temperatura máxima de funcionamiento es 150 ° C (siendo un valor de «valor máximo» uno Debe mantenerse en torno al 20% debajo de él, por lo tanto consideremos 120 ° C).

También se puede leer que el regulador alcanza una temperatura de 67 ° C por cada vatio para disiparse, así podemos razonablemente considerar una potencia máxima para ser disipada de aproximadamente 2W (en realidad la fórmula en la hoja de datos calcula 1,87W a 25 DO).

Ya hemos visto cómo calcular la potencia por medio de fórmulas,  Moviendo oportunamente los términos podemos calcular la máxima potencia de entrega: por ejemplo I = W / (Vin-Vout). Veamos algunos ejemplos:

– 12 V Alimentación: I = 2 / (12-5) = 2/7 = 285mA

– 9V Alimentación: I = 2 / (9-5) = 2/4 = 500mA

– 7 V Alimentación: I = 2 / (7-5) = 2/2 = 1A

Estos cálculos no toman en cuenta la caída en el diodo de entrada, pero se basan sin embargo en una potencia que es mayor que la recomendada, por lo que podemos considerarlos razonables. Se puede deducir claramente cómo puede ser definitivamente preferible aplicar la potencia más baja posible al regulador.

En el ejemplo «b» anterior, en el que se necesitaban 600 mA, puede entenderse bien ahora cómo no se pueden aplicar tensiones mayores de 8 V al JACK, mientras que en el ejemplo «c» estamos definitivamente en los límites, incluso aplicando 7 V en la entrada, por lo tanto en este caso no podemos pensar en hacer que toda la corriente fluya a través del regulador, pero hay que pensar en un sistema diferente; Lo mismo ocurre con el ejemplo «e», mientras que hemos visto que el ejemplo «d» se presta al uso de una sola potencia interna.

FUENTES DE ALIMENTACIÓN QUE SON EXTERNAS PARA ARDUINO

En los ejemplos previamente vistos, verificamos posibilidades que van más allá de los límites del regulador interno e incluso de las pistas de Arduino.

En estos casos una posible solución es crear una placa externa que haga disponible una serie de salidas para alimentar tanto a Arduino como a los periféricos externos que operan a 5 V u otras tensiones (típicamente 9 V o 12 V).

– Consideremos el caso «c»: 5 V 1 A son necesarios, ya que 200 mA se asignan a Arduino y 800 mA a los periféricos 5 V; Por ejemplo, puede haber una fuente de 9 V con una potencia de suministro que tiene que ser de aproximadamente 20-30% más.

Por ejemplo una fuente de alimentación regulada de 9 V 1,5 A o 2 A Será suficiente para crear una pequeña placa con una entrada que sea compatible con el enchufe de la fuente de alimentación.

Se muestra abajo uno que usa un regulador de 5 V (por ejemplo el clásico 7805 con un case TO-220 y los típicos cuatro condensadores), cuya salida Vaya a alimentar los periféricos externos de 5 V; El 9 V de la fuente de alimentación externa se traerá también como salida y se conectará a un conector JACK para el conector Arduino

Consideremos el caso «e»: se necesitan 5 V 500 mA (200 mA están asignados a Arduino y 300 mA a los periféricos 5 V), y 12 V 1 A por los periféricos 12 V; Por ejemplo puede haber una fuente de 12 V con una potencia de suministro de al menos 2 A;

Basta con crear una placa pequeña con una entrada que sea compatible con el enchufe de la fuente de alimentación, por debajo de un regulador de 5 V (por ejemplo, el 7805 previamente visto), cuya salida irá a alimentar los periféricos externos de 5 V; Los 12 V de la fuente de alimentación externa se suministrarán también como salida y se dividirán en dos tomas: una para ser conectada a un conector JACK para el conector Arduino y la otra conectada a los periféricos 12 V.

Plan de circuito de 5 V y 12 V de alto consumo

Plan de circuito de 5 V y 12 V de alto consumo





NOTA SOBRE ARDUINO YÚN

Para concluir en este artículo, dejamos una nota particular sobre Arduino YÚN, dado que, aunque requiera 5 V, tiene un sistema de alimentación que lo diferencia de todas las otras placas. Dado que no tiene un regulador de potencia a bordo, puede ser alimentado exclusivamente con fuentes de alimentación de 5 V reguladas:

Por medio de su puerto micro-USB.

Por medio del pasador de Vin, al cual necesitamos suministrar exactamente 5 V, sólo porque falta un regulador de potencia por debajo.

Como alimentar arduino yun

Como alimentar arduino yun

Por último, debemos tener en cuenta que, al contrario de otras placas Arduino, YÚN no puede ser alimentado por el pin de 5 V en la cabecera lateral.

De hecho, como se puede ver claramente en el diagrama eléctrico original en el pin de 5 V, Arduino YÚN tiene un diodo (D9) que permite que la corriente fluya sólo como una salida.

1 comentario en “Fuentes de alimentacion de Arduino una guia util

  • Hola,
    Muy buen artículo, he visto muchos pero este es el mejor de todos. A mi lo que no me queda aun claro, es cuanta corriente se debe meter por el PIN de 5v y el PIN Vin, desde una fuente externa creada con un regulador de votaje 7805 a ¿1A?.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *