http://www.inventable.eu Como conectar dispositivos a un microcontrolador Posted on 15 septiembre 2010 by inventable 4 Comments Leave Comments Leave a comment
Cuanto se presenta la exigencia de conectar dispositivos externos a un microcontrolador como por ejemplo sensores, a menudo se opta simplemente por la conexión directa, es decir, el cable de señal de salida del sensor a la entrada del micro. Este modo es valido solamente cuando la distancia entre ambos se reduce a unos pocos centímetros, cuando los niveles de señal son compatibles cuando la alimentación es !nica. "i una de estas tres condiciones no se cumplen, el sistema obtenido puede #uncionar en modo incorrecto, con #alsos señales o inclusive, con el blo$ueo del microcontrolador microcontrolador debido a inter#erencias inter#erencias o a di#erencias de potencial entre los dispositivos. %n caso com!n donde se presenta este tipo de problemas es &rduino, piedra 'loso#al de una amplia comunidad de ()*ers. (esde un punto de vista electrónico, &rduino consiste simplemente en una tarjeta con a bordo un microcontrolador &tmel, un convertidor +"- a %" un regulador de alimentación. as entradas las salidas del micro se encuentran disponibles directamente en los conectores de entrada/salida 0in/out1 si ning!n tipo de aislamiento o 'ltro. 2or lo tanto, si se usa &rduino en instalaciones complejas, con largos cables de conexión entre dispositivos, la cosa mas probable es $ue el microcontrolador se blo$uee #recuentemente o no #uncione como es debido.
"e pueden intercalar 'ltros +C, generalmente compuestos por condensadores resistencias. Estos tienen las desventaja de una reducción de la banda pasante 0la velocidad de la in#ormación $ue puede pasar en el tiempo1 por otro lado no resuelven el problema de las di#erencias de potencial entre sistemas. Sinking (NPN) y Sourcing (PNP)
%na de las nociones menos consideradas cuando se trabaja en la conexión de sistemas electrónicos es el concepto de 3"in4ing and "ourcing3 o, mas conocido como 525 252. "in4ing 05251 "ourcing 02521 son t6rminos $ue de'nen el tipo de conexión digital entre unidades de control cuando se trabaja en corriente continua 0(C1 independientemente del tipo de dispositivo usado para la conexión 0rel6, transistor, etc.1.
En la primer 'gura podemos observar una conexión del tipo "in4ing o 525 en la cual la salida del dispositivo se conecta a masa cuando es activa, es decir cuando el transistor conduce. En este caso, la carga del dispositivo receptor se encuentra conectada a positivo para permitir un pasaje de corriente.
En la segunda 'gura se encuentra representada una conexión del tipo "ourcing o 252 en la cual el transistor de salida est7 conectado al positivo mientras $ue la carga del dispositivo receptor est7 conectada a masa. 8bserven $ue en el primer caso 0"in4ing1 el transistor es del tipo 525 mientras $ue en el segundo 0"ourcing1 el transistor es del tipo 252. Este es el motivo por el cual las dos con'guraciones se llaman tambi6n 525 252. 9eneralmente los dispositivos industriales disponen salidas de un tipo o del otro. Fotoacopladores
%n #otoacoplador es un dispositivo compuesto por un #otoemisor como 0por ejemplo un led1 un #otoreceptor encapsulados en un !nico chip. El #otoacoplador permite pasar un señal lógico a trav6s de un 3puente3 luminoso sin contacto el6ctrico entre entrada salida. Existen muchos tipos de #otoacopladores pero los mas comunes est7n constituidos simplemente por un led un #ototransistor come se observa en la 'gura. Cuando el led se enciende, el transistor pasa al estado de saturación. En la 'gura siguiente se puede observar el uso de un #otoacoplador para aislar la entrada de un microcontrolador microcontrolador.. En estado de reposo, el interruptor est7 abierto el led del #otoacoplador est7 apagado mientras el transistor, no recibiendo lu se encuentra en estado de corte. a entrada del micro se encuentra a nivel alto gracias a la resistencia de pull;up +. Cuando se cierra el interruptor, empiea a pasar corriente por el led del #otoacoplador $ue se enciende, el transistor del #otoacoplador recibe la lu del led pasa al estado de conducción llevando la entrada del micro a masa 0estado bajo1.
"e puede ver $ue los dos circuitos 0el del led el del micro1 se encuentran alimentados por dos #uentes distintas 0<= <1 est7n completamente separados el6ctricamente. (adas las características del led 0conduce en un solo sentido1, este tipo de conexión se realia solamente con entradas digitales con polaridad !nica. En el caso de corriente alternada alternada o niveles de tensión analógicos, existen otras soluciones $ue no trataremos trataremos en este artículo. Uso de fotoacopladores para la conexión Sourcing o PNP
&hora &hora veremo veremoss un ejempl ejemplo o pr7cti pr7ctico co de pro proect ectaci ación ón en el cual cual conect conectar aremo emoss un sensor sensor con salida salida 252 a una tarjeta tarjeta con microcontrolador con entrada #otoacoplada. Como se puede observar en la 'gura, tenemos el sensor con salida 252 a la i$uierda mientras $ue la tarjeta con microcontrolador est7 a la derecha. a conexión se e#ect!a con dos cables, el primero es la salida del transistor mientras el segundo es la masa del sensor. 2ara mantener per#ectamente aislado el microcontrolador, las alimentaciones las masas deben ser distintas.
2ara calcular el valor de las resistencia += deberíamos conocer las características del #otoacoplador. En general, los modelos mas comunes necesitan de una corriente de led entre m& =>m& mientras $ue, gracias a la alta impedancia de entrada del micro, + puede ser un valor entre ?,@A ?@A. En el caso el sensor sea alimentado con =< con una corriente por el led del #otoacoplador de Bm& obtenemos: R1 = (V Vpnp Vled) ! " R1 = (1#V $%# 1%#V) ! &' R1 = #1#$ o' (aprox* #%#+)*
a tolerancia de los #otoacopladores nos permite de mantener la resistencia de ,A aun$ue si la tensión de alimentación del sensor #uera entre < =B<.
En la segunda 'gura se encuentra representada una conexión del tipo "ourcing o 252 en la cual el transistor de salida est7 conectado al positivo mientras $ue la carga del dispositivo receptor est7 conectada a masa. 8bserven $ue en el primer caso 0"in4ing1 el transistor es del tipo 525 mientras $ue en el segundo 0"ourcing1 el transistor es del tipo 252. Este es el motivo por el cual las dos con'guraciones se llaman tambi6n 525 252. 9eneralmente los dispositivos industriales disponen salidas de un tipo o del otro. Fotoacopladores
%n #otoacoplador es un dispositivo compuesto por un #otoemisor como 0por ejemplo un led1 un #otoreceptor encapsulados en un !nico chip. El #otoacoplador permite pasar un señal lógico a trav6s de un 3puente3 luminoso sin contacto el6ctrico entre entrada salida. Existen muchos tipos de #otoacopladores pero los mas comunes est7n constituidos simplemente por un led un #ototransistor come se observa en la 'gura. Cuando el led se enciende, el transistor pasa al estado de saturación. En la 'gura siguiente se puede observar el uso de un #otoacoplador para aislar la entrada de un microcontrolador microcontrolador.. En estado de reposo, el interruptor est7 abierto el led del #otoacoplador est7 apagado mientras el transistor, no recibiendo lu se encuentra en estado de corte. a entrada del micro se encuentra a nivel alto gracias a la resistencia de pull;up +. Cuando se cierra el interruptor, empiea a pasar corriente por el led del #otoacoplador $ue se enciende, el transistor del #otoacoplador recibe la lu del led pasa al estado de conducción llevando la entrada del micro a masa 0estado bajo1.
"e puede ver $ue los dos circuitos 0el del led el del micro1 se encuentran alimentados por dos #uentes distintas 0<= <1 est7n completamente separados el6ctricamente. (adas las características del led 0conduce en un solo sentido1, este tipo de conexión se realia solamente con entradas digitales con polaridad !nica. En el caso de corriente alternada alternada o niveles de tensión analógicos, existen otras soluciones $ue no trataremos trataremos en este artículo. Uso de fotoacopladores para la conexión Sourcing o PNP
&hora &hora veremo veremoss un ejempl ejemplo o pr7cti pr7ctico co de pro proect ectaci ación ón en el cual cual conect conectar aremo emoss un sensor sensor con salida salida 252 a una tarjeta tarjeta con microcontrolador con entrada #otoacoplada. Como se puede observar en la 'gura, tenemos el sensor con salida 252 a la i$uierda mientras $ue la tarjeta con microcontrolador est7 a la derecha. a conexión se e#ect!a con dos cables, el primero es la salida del transistor mientras el segundo es la masa del sensor. 2ara mantener per#ectamente aislado el microcontrolador, las alimentaciones las masas deben ser distintas.
2ara calcular el valor de las resistencia += deberíamos conocer las características del #otoacoplador. En general, los modelos mas comunes necesitan de una corriente de led entre m& =>m& mientras $ue, gracias a la alta impedancia de entrada del micro, + puede ser un valor entre ?,@A ?@A. En el caso el sensor sea alimentado con =< con una corriente por el led del #otoacoplador de Bm& obtenemos: R1 = (V Vpnp Vled) ! " R1 = (1#V $%# 1%#V) ! &' R1 = #1#$ o' (aprox* #%#+)*
a tolerancia de los #otoacopladores nos permite de mantener la resistencia de ,A aun$ue si la tensión de alimentación del sensor #uera entre < =B<.
Fotoacopladores Fotoacopla dores con conexión se'iaislada
Cuando sensores tarjeta con microcontrolador se alimentan con una sola #uente de alimentación, podemos usar una con'guración "in4ing 05251 en la cual la masa es com!n a todos los dispositivos. 5o obstante, el aislamiento es parcial por$ue la alimentación es compartida, el optoacoplador 3'ltra3 la entrada del micro $ue es el punto mas vulnerable respecto a las inter#erencias. 2or lo tanto, este tipo de conexión es mu e'ciente. a 'gura representa un sistema de este tipo.
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD DDDDDDDDDDDD Como conectar un mosfet de potencia a un microcontrolador microcontrolador En este artículo describo en modo simple ejempli'cado, la conexión de mos#ets a microcontroladores u otros circuitos digitales para controlar motores, motores, leds o cual$uier dispositivo de potencia $ue trabaje con baja tensión continua 0(C1. os mos#ets de potencia 0power mos#ets1 son componentes electrónicos $ue nos permiten de controlar corrientes mu elevadas. Como en el caso del los mos#ets comunes, tienen tres terminales de salida $ue se llaman: (rain, "ource 9ate 0(, " 91. a corriente principal pasa entre "ource (rain 0) "(1 mientras $ue el control de esta corriente se obtiene aplicando una tensión sobre el terminal 9ate 0respecto al terminal "ource1, conocida como < 9".
Conexión directa de un os#et a un microcontrolad microcontrolador or
En condiciones de reposo, la corriente de 9ate es pr7cticamente nula por$ue al interno del componente, el terminal 9ate se encuentra conectado a una especie de capacitor. 2or lo tanto circula corriente de 9ate solo cuando cambiamos el nivel de tensión de entrada 0cambio de estado lógico1 este es el motivo por el cual el consumo de los mos#et 0como en el caso de todos los circuitos lógicos 8"1 aumenta en proporción a la # recuencia de conmutación. Existen 3power mos#ets3 de dos tipos: los de canal 5 los de canal 2. a di#erencia entre estos est7 en la polaridad de conexión "ource; (rain en el hecho $ue la tensión de 9ate de los mos#et de canal 2 es negativa 0las mismas di#erencias $ue existen entre los transistores 525 2521.
"ímbolos de los mos#et
En base a la aplicación, un mos#et de potencia puede trabajar en la 3región lineal3 o en 3saturación3. En los sistemas analógicos, como por ejemplo en las etapas de salida de los ampli'cadores de audio, los mos#ets trabajan en la región lineal mientras $ue en los sistemas digitales, en los cuales se usan como interruptores digitales de potencia, estos trabajan en corte 08FF1 o saturación 0851. En este artículo analiaremos solamente los mos#et usados como interruptores digitales. Cuando un mos#et se encuentra en saturación, el valor de resistencia interno entre "ource (rain 0+sd1 es mu bajo por lo tanto, la disipación de potencia en 6l ser7 poco signi'cativa no obstante la corriente $ue lo atraviesa pueda ser mu elevada.
os#et usado como simple interruptor de potencia
2ara llevar un mos#et a la saturación, es necesario $ue la tensión de control en el terminal 9ate sea su'cientemente alta esto podría ser un problema si us7ramos directamente la baja tensión de salida de un microcontrolador. e explico mejor con un ejemplo. 2ara saturar un transistor bipolar 0tipo CB?G1 se necesita superar la tensión de umbral de la base $ue es solamente de >,H<. %na tensión de control de >,H< se pueden obtener con cual$uier sistema digital alimentado con B<, -,-< hasta =,G<. 2or el contrario, la tensión necesaria para poner en conducción un mos#et 0llamada 3tensión de umbral3 o < th1 es mucho m7s elevada 0algunos volts1 depende del modelo de mos#et. Es m7s, aun$ue si alcan7ramos este valor, no sería su'ciente por$ue deberíamos salir de la región lineal de trabajo para llevarlo a la saturación. "i no #uera así, la conducción no sería plena por lo tanto parte de la potencia se disiparía en el mos#et en #orma de calor por$ue la potencia disipada por el mos#et es el resultado de la multiplicación entre la caída de tensión la corriente $ue pasa por 6l 02mos#et D
Curvas de conducción de un hipot6tico mos#et con las dos regiones de trabajo 0lineal saturación1 para distintas tensiones de 9ate
En el diseño podemos ver las curvas de conducción de un típico mos#et de canal 5 con distintas tensiones de 9ate en las dos regiones de trabajo 0región lineal a la i$uierda del gr7'co saturación a la derecha1. Como podemos observar, si $uisi6ramos obtener una corriente de salida m7xima, la tensión de 9ate 0<9"1 debería ser de @,B<. Este valor varía en base al modelo de mos#et usado. 2ara resolver este problema existen dos posibilidades: usar un adaptador $ue aumente los niveles de salida del microcontrolador o conseguir un mos#et $ue trabaje con tensiones de 9ate m7s bajas. os mos#ets con baja tensión de 9ate son conocidos con el nombre de 3logic level power mos#et3 0mos#et de potencia para nivel lógico1.
Comparación entre un mos#et 3ogic level3 un mos#et com!n
En el diseño podemos ver la curva de conducción de un mos#et 3logic level3 )+B-> 0en verde1 comparada con un cl7sico mos#et )+FB-> 0en aul1. a línea vertical a raas indica un nivel lógico de ?,@B< 0típico nivel de salida de un microcontrolador alimentado con B<1. Como podemos observar, la corriente de salida m7xima con el )+FB-> no supera los ,H& no obstante este modelo sea en grado de entregar mucha m7s corriente mientras $ue el )+B-> supera ampliamente los >& 0plena conducción1. "i nuestro microcontrolador trabajara con -,-< el )+FB-> no lograría ni si$uiera entrar en conducción.
Ejemplo de conexión directa de un mos#et 3logic level3
2or lo tanto, elegir un mos#et de tipo 3logic level3 es la mejor elección cuando trabajamos con circuitos digitales. En la 'gura podemos observar la conexión de un mos#et 3logic level3 a un microcontrolador para encender una tira de leds. Como explicado al principio de este artículo, cuando cambia el nivel lógico de control, por un instante el mos#et absorbe una cierta corriente $ue carga el capacitor interno del terminal 9ate. a resistencia de ?,@A sirve para limitar esta corriente inicial. 2odríamos usar cual$uier valor de resistencia pero un valor bajo permite la carga r7pida de este capacitor por lo tanto una conmutación m7s velo del mos#et, !til si $uisi6ramos usar una regulación de potencia por impulsos 02J1. En este tipo de regulación, si la conmutación del mos#et #uera 3lenta3, este se encontraría por m7s tiempo en la ona lineal por lo tanto aumentaría la disipación de potencia en 6l, especialmente si trabajamos con #recuencias elevadas. %na ve $ue el mos#et ha conmutado, el 9ate no absorbe m7s corriente. 2or lo tanto si pensamos de usar nuestro mos#et para simples encendidos apagados, el valor de esta + puede ser de =>A. 2or el contrario, si deseamos modular la potencia de salida a trav6s de la modulación 2J, nos conviene un valor de resistencia de ?,@A, -,-A o =,A inclusive. a mejor elección depende #undamentalmente de la #recuencia 2J. a resistencia de =>>A a masa sirve para de'nir un estado lógico preciso en el caso $ue el micro no lo hiciese como por ejemplo en la #ase de inicialiación del mismo. "i tuvi6ramos la necesidad de conectar un mos#et no 3logic level3 a un circuito digital, podemos agregar un transistor $ue nos permita aumentar la tensión de control como podemos observar en la 'gura siguiente.
Ejemplo de conexión de un mos#et no 3logic level3 de canal 5
El principio de #uncionamiento es mu simple. Cuando la salida del microcontrolador tiene un nivel lógico bajo 0> volt1, el transistor no conduce por lo tanto, su colector, $ue se encuentra conectado al 9ate del mos#et tendr7 un potencial positivo de =< a trav6s de la resistencia a positivo. Cuando la salida del microcontrolador pasa a nivel alto, 0=,G<, -,-< o B<1, el transistor conduce lleva el 9ate del mos#et a ><, por lo tanto el mos#et deja de conducir. Como podr7n observar, este circuito tiene el de#ecto $ue trabaja al contrario es decir, se activa cuando el nivel de salida del micro es bajo. 5o obstante esto, tiene la ventaja $ue la tensión de 9ate alcana la tensión m7xima de alimentación garantiando la completa saturación de cual$uier tipo de mos#et $ue conectemos. El valor de la resistencia de gate conectada a positivo modi'ca la velocidad de conmutación del mos#et como explicado en el caso anterior. 0valores altos para conmutaciones lentas valores bajos para conmutaciones veloces 0modulación 2J1.
Ejemplo de conexión de un mos#et no 3logic level3 de canal 2
"i $uisi6ramos usar un mos#et com!n 0no 3logic level31 con lógica de control no invertida, podemos cambiarlo por uno de canal 2 como se observa en la 'gura. 5oten $ue la potencia de salida 0en el ejemplo, la tira de leds1 se conecta hacia masa 0negativo1 en lugar del positivo. El !nico problema $ue presenta esta !ltima solución es no se puede usar si $uisi6ramos controlar una tira de leds +9 con -
canales por$ue estas tiras, generalmente tienen el 7nodo en com!n 0positivo !nico1 mientras $ue a nosotros nos serviría una tira +9 con c7todo com!n 0negativo com!n1. (e cual$uier manera, esta solución es mu !til en numerosos casos. Como en los otros ejemplos, el valor de la resistencia de gate conectada a positivo modi'ca la velocidad de conmutación del mos#et 0valores altos para conmutaciones lentas valores bajos para conmutaciones veloces 0modulación 2J1.
Barrera Infrarroja Posted on 19 enero 2015 by inventable 6 Comments Leave a comment
Proyecto completo para la construcción de una barrera infrarroja de largo alcance con componentes comunes. El circuito puede ser usado también como sensor de p roximidad reexivo.
a barrera in#rarroja $ue les presento es un proecto $ue he desarrollado algunos años atr7s bas7ndome en un viejo 4it $ue ahora he reconstruido para )nventable. (ispone de una salida con rel6 $ue permite su conexión a cual$uier tipo de dispositivo el6ctrico o electrónico. a elevada potencia del transmisor la sensibilidad del receptor permiten de cubrir distancias de hasta - o ? metros tambi6n su uso como sensor reKexivo di proximidad con m7s de un metro de alcance. ,l trans'isor
a barrera se divide en dos módulos: uno es el transmisor el otro es el receptor. El transmisor usa el cl7sico BBB $ue trabaja como generador de impulsos. Estos impulsos son ampli'cados por un transistor de media potencia 0el C-@1 $ue controla los leds in#rarrojos.
Circuito del transmisor in#rarrojo 0)+1.
a transmisión por impulsos tiene dos ventajas, la primera es $ue el receptor, a trav6s de 'ltros, puede aislar per#ectamente la señal de nuestro transmisor del ruido luminoso de #ondo evitando inter#erencias. a segunda es $ue si nuestros impulsos son de breve duración, podemos aplicar mucha potencia a los leds transmisores sin el riesgo de $uemarlos por lo tanto obteniendo un maor alcance.
Forma de onda de salida del transmisor )+.
9eneralmente los leds )+ como los de nuestro proecto permiten impulsos de hasta =& o m7s si la duración de estos no supera el BL respecto al periodo de 3silencio3. Con los valores indicados en el circuito, la #recuencia de transmisión ser7 de =,-AM los impulsos tendr7n una duración de Bu"ec. mientras $ue los espacios de silencio ser7n de @B>u"ec. 0relación de = a ->1.
)mpulsos silencios del transmisor )+.
Me capturado algunas im7genes de mi osciloscopio para $ue puedan ver las #ormas de onda los tiempos del transmisor. En la primera imagen podemos ver los impulsos con una base de tiempo de B>>u"ec. por cuadrito. a #recuencia 0$ue se puede ver abajo con la letra 3#3 es de aproximadamente =->> M.
(uración de los impulsos del transmisor )+.
En la segunda imagen he hecho un oom horiontal 0base de tiempo de =>>u"ec por cuadrito1 para evidenciar la duración del periodo de silencio entre los impulsos. Como pueden observar es de aproximadamente @B>u"ec. 0menos de G cuadritos1. 2or !ltimo, aumentando todavía el oom horiontal 0base de tiempo de B"ec. por cuadrito1 podemos ver bien la duración de Bu"ec. 0B cuadritos1 de cada impulso transmitido.
Como pueden observar, el circuito impreso permite de montar - leds in#rarrojos. En base a la distancia $ue necesiten cubrir pueden montar un solo led, dos o tres. "i no montan todos los leds es necesario soldar puentes con troos de alambre en lugar de los leds #altantes para mantener la continuidad el6ctrica. a resistencia en serie con los leds es de => ohms. 2ueden aumentar su valor 0por ejemplo ?@ ohms1 si desean reducir la potencia de salida.
ontaje de uno, dos o tres l eds en base a la potencia deseada.
El circuito integrado BBB es producido por muchos productores cada versión se distingue por la sigla inicial 05EBBB, C&BBB, etc1. 2ara nuestra barrera pueden usar cual$uiera de ellos. ,lenco de 'ateriales del trans'isor
= resistencia de => ohms =/G watt = resistencia de =,GA =/G watt = resistencia de -,-A =/G watt = resistencia de =>A =/G watt = resistencia de =>>A =/G watt capacitores cer7micos o disco de =>nF = capacitor electrolítico de =>>uF B< = transistor C-@ =, o - leds )+ "FM?B== o (@? o (@= = circuito integrado BBB 0o C&BBB o 5EBBB1 = conector con bornes de dos vías = circuito impreso ,l receptor
El circuito del receptor es m7s complejo respecto al transmisor usa el -? $ue es un ampli'cador operacional cu7druplo. a d6bil señal $ue llega al #ototransistor es ampli'cada 'ltrada por el primer ampli'cador operacional para luego ser nuevamente ampli'cada recti'cada por el segundo ampli'cador los diodos =5=?.
Circuito del receptor in#rarrojo.
2ueden observar la #orma de onda $ue he medido con el osciloscopio en el pin de salida del operacional antes de la recti'cación 0pin @1. os impulsos de salida cargan el capacitor electrolítico de uF. "obre este capacitor tenderemos una tensión continua de algunos volts cuando llegan los impulsos in#rarrojos al receptor mientras $ue cuando la barrera se interrumpe tendremos una tensión cercana a ><.
Forma de onda en el pin @ del -?.
Esta variación de tensión es comparada, a trav6s del tercer ampli'cador operacional respecto a una tensión de re#erencia 'ja dada por un divisor resistivo. Cuando la tensión del capacitor supera el umbral del comparador, la salida de este ser7 negativa mientras $ue cuando no lo supera ser7 positiva. Este modo de trabajo 3al contrario3 del operacional se obtiene conectando el capacitor a la entrada 0;1 del operacional mientas $ue la tensión de re#erencia se conecta a la entrada 0N1 0con'guración invertente1.
2or !ltimo, la salida del operacional controla un transistor $ue activa un rel6. El cuarto operacional sirve simplemente para generar una tensión de re#erencia para los otros operacionales. ,lenco de 'ateriales del receptor
- resistencias de =A =/G watt
resistencias de =,GA =/G watt = resistencia de -,-A =/G watt resistencias de =>A =/G watt = resistencia de ?@A =/G watt ? resistencias de =>>A =/G watt = resistencia de =B>A =/G watt capacitores cer7micos o disco de ?@nF capacitores cer7micos o disco de =>>nF ? capacitores electrolíticos de uF B< diodos =5=? 0o =5?=?G1 = diodo =5?>>@ = led rojo = led amarillo = transistor C--@ = circuito integrado -? = #ototransistor "FM-> = rel6 =< con contactos normal cerrado normal abierto = conector con bornes de vías = conector con bornes de - vías = circuito impreso Un led co'o -.as del fototransistor
(etalle del montaje del led de bías.
Cuando construí el prototipo, he notado $ue el circuito era mucho m7s sensible cuando la habitación estaba iluminada respecto a cuando no lo estaba. Como tenía la necesidad de una barrera $ue llegara a muchos metros de distancia, independientemente de la lu ambiente, decidí de agregar un led rojo $ue alumbrara permanentemente el #ototransistor en modo tal de introducir un 3bías luminoso3 constante para minimiar la inKuencia de la lu ambiente. En la #otogra#ía pueden observar como lo he montado. /-ser0aciones
El alcance de la barrera depende de la potencia e de la concentración de la lu in#rarroja producida por el emisor puede variar entre = metro B metros. 2ara obtener la maor potencia luminosa es necesario instalar los tres leds in#rarrojos , si es posible, usar modelos con un 7ngulo de emisión mu estrecho como por ejemplo el "FM?B==. "i no es necesario tanto alcance pueden usar diodos m7s comunes como por ejemplo el (@=, el (@? o cual$uier led )+ de telecomando. 2ara el #ototransistor o he usado el "FM-> pero pienso $ue otros tipos do #ototransistores trabajen bien 0ojo, no #otodiodosOO1.
(i#erencia de tamaño de las resistencias de =/GJ =/?J
os circuitos impresos est7n previstos para usar resistencias de =/G Jatt $ue son mu pe$ueñas. 2or este motivo la distancia entre patas es de solo Bmm. "i por cual$uier motivo deben usar resistencias de =/? watt pueden montar estas !ltimas en vertical como pueden ver en la 'gura.
as resistencias de =/?J se pueden montar verticalmente.
/tras aplicaciones
a aplicación m7s simple de este circuito es como detector de pasaje de personas o pasaje de objetos. 9racias a la salida con rel6, pueden conectarlo a cual$uier tipo de dispositivo el6ctrico o electrónico. &l inicio del artículo mencion6 la posibilidad de usar este sistema como sensor reKexivo. 2ues bien, simplemente debemos montar receptor transmisor uno al lado del otro, agregando un troo de cartón 0u otro material1 entre los leds transmisores el #ototransistor para $ue no haa inter#erencia directa entre ellos. %sado como sensor reKexivo, el rel6 trabajar7 al contrario, es decir, se desactivar7 cuando el sensor detecta un objeto. 2or este motivo, el proecto usa un rel6 con tres contactos de salida: com!n, normal abierto normal cerrado en modo tal $ue se pueda usar de los dos modos sin necesidad de modi'car el circuito. & continuación les muestro un video en el cual el sensor trabaja en las dos modalidades: al principio como barrera al 'nal como sensor reKexivo. +ecuerdo $ue este circuito no tiene memoria 0el rel6 se activa solo en el momento $ue se interrumpe la barrera1 no es posible modi'carlo para esta #unción 0por lo menos no en modo simple1. En mi laboratorio no tengo otros modelos de #ototransistores o leds )+ para poder proponerles reemplaos. es propongo $ue prueben ustedes. "i obtienen buenos resultados con otros modelos les pido de contarnos vuestra experiencia en la sección de los comentarios. "olo tengan en cuenta $ue para el receptor o he usado un #ototransistor no un #otodiodo 0$ui7s #uncione tambi6n con este !ltimo pero no lo se1. 2ara terminar les cuento $ue en esta publicación he incluido todos los elementos $ue generalmente los lectores me piden en )nventable como por ejemplo el circuito impreso en #ormato 2(F, listo para imprimir, como tambi6n la #uente en #ormato AiCad, un video del dispositivo en acción por !ltimo el elenco de los componentes.
Sistema fotovoltaico simplificado Posted on 15 noviembre 2013 by inventable 48 Comments Leave a comment
En este artículo describo la construcción de un sistema #otovoltaico completo para alimentar una pe$ueña instalación el6ctrica de =<. Este tipo de proectos es relativamente complejo de hacer pero o me he es#orado para poder simpli'car al m7ximo el sistema en modo tal $ue sea #7cil de construir pueda servir como primera experiencia para le gente $ue se interesa de este argumento. 2or este motivo, la potencia total del sistema descripto no debería superar los B> Jatt por otro lado no he incluido algunos elementos #recuentemente usados como por ejemplo un inverter para obtener tensión de >< &C de salida o una electrónica compleja para una carga m7s inteligente de la batería. El sistema propuesto tiene una característica particular: si no ha sol la batería se esta descargando, el sistema se conecta autom7ticamente a la red el6ctrica garantiando siempre la tensión de salida de =< evitando $ue la batería se dañe por $uedar completamente descargada. &ntes de continuar $uiero hacer una aclaración: no obstante mi intento por simpli'car al m7ximo el sistema propuesto, este no deja de ser un proecto experimental en el cual ha muchas cosas $ue pueden ser modi'cadas mejoradas. 2ara su construcción es necesario tener conocimientos b7sicos de electrónica de programación de micros. a potencia del panel solar, de la batería, de la #uente del consumo depende de muchos #actores no me es posible darles la 3receta m7gica3. Es #undamental usar la lógica, el sentido com!n la paciencia para a#rontarlo. Me decidido publicar este proecto por$ue trata un argumento $ue me interesa poco se encuentra en internet $ue sea al alcance de todos. 5aturalmente, la gente con ideas $ue desee colaborar para mejorarlo es bienvenida.
En la 'gura podemos observar el diagrama en blo$ues del sistema propuesto. 7sicamente consiste en dos conmutadores de estado sólido 0mos#ets1 activados por una unidad de control 0microcontrolador1 $ue conecta autom7ticamente un panel solar o una #uente de alimentación permitiendo la carga de una batería el abastecimiento de una instalación de =< 0indicada en el es$uema con el diseño de unos spots luminosos1. os ingredientes necesarios 1 panel solar de 12V con potencia entre 2 !atts y " !atts 1 sistema de control cuya reali#ación la explico a lo largo de este art$culo 1 bater$a de 12V %cido & plomo 'mejor si es del tipo sigilada( con electrolito en gel y sin mantenimiento) con capacidad entre 1"*+, y "*+,( en base al p anel fotovoltaico usado 'para m%s potencia del panel( m%s grande la bater$a) 1 fuente de alimentación de 12V con salida de tensión ajustable ',asta 1-(V) y potencia similar a la del panel. En el texto explico las caracter$sticas necesarias y propongo un modo para poder construirla.
Con estos materiales obtendremos un sistema capa de alimentar una instalación de =< con una potencia entre => watts B> watts. Esta variación de potencia depende de muchos #actores $ue explicar6 a lo largo del texto. El concepto #undamental $ue me guiaba cuando proect6 este sistema era el siguiente: cada watt producido por el panel #otovoltaico era energía el6ctrica $ue se ahorraba. 2or lo tanto, no era mi intención ser completamente autosu'ciente en materia energ6tica, era #undamental para mi garantiar el abastecimiento de energía de =< constantemente, aun$ue si el panel no diera abasto. En ese caso el sistema debía autom7ticamente conectarse a la red el6ctrica para cubrir la energía #altante no permitir $ue la batería se descargara completamente. Esta modalidad de trabajo 3híbrida3 me daba una gran Kexibilidad me dejaba las puertas abiertas para aumentar la cantidad de paneles en #ase sucesivas reduciendo el consumo el6ctrico en modo progresivo.
2anel #otovoltaico de -H watts usado en el proecto
2ara hacer en modo $ue no se produjeran interrupciones en el abastecimiento de =< cuando el sistema conmutaba autom7ticamente entre las distintas modalidades previstas 0panel #otovoltaico, energía de la red o solo batería1 he adoptado el sistema conocido como 3alimentación con batería tampón3, usado generalmente en las luces de emergencia tambi6n en los sistemas anti;robo. Consiste simplemente en una batería $ue se encuentra siempre conectada a la línea de alimentación. Cuando necesita carga, absorbe energía de esta línea mientras $ue si #alta la alimentación, la misma batería mantiene los =< de salida. 2or lo tanto, los cables $ue conectan la batería al circuito permiten el pasaje de corriente en dos direcciones: hacia la batería cuando esta se carga o hacia el circuito cuando la batería trabaja como generador. 2ara lograr este objetivo en el modo m7s simple posible, se puede usar un tipo de batería $ue permita la carga sin una electrónica especí'ca como por ejemplo las del tipo 3Pcido/2lomo3 de =< 0como las usadas en los automóviles1. (e
este tipo existen unos modelos llamados 3sin mantenimiento3 en los cuales, en lugar del lí$uido interno usado como electrolito 07cido sul#!rico agua1 se encuentra un gel con 7cido sul#!rico $ue no evapora con el tiempo. 2or este motivo, estas baterías son sigiladas.
Ejemplo de batería sigilada de #uente de =-,G< B&
El n!cleo del circuito es un microcontrolador 2)C=FH@B $ue se encarga de conectar el panel #otovoltaico o la #uente d e emergencia a la batería a la salida de consumo. & trav6s de un convertidor analógico/digital 0&(C1 incorporado, el micro mide continuamente la tensión de la batería en base a la lectura decide de conectar el panel, la #uente o ninguno de los dos si la batería est7 completamente cargada. 2odemos regular estos niveles de trabajo a trav6s de dos resistencias ajustables 0llamados presets o trimmer1 de B>A. El primero de ellos 0indicado como &Q F%1 regula el nivel de desconexión del panel o de la #uente si la batería esta completamente cargada mientras $ue el segundo 0indicado como 28JE+ "%22*1 nos permite de decidir cuando se debe activar la #uente de emergencia por$ue el panel no logra dar la energía necesaria la batería se est7 descargando.
Circuito completo del sistema #otovoltaico
2ara evitar $ue el sistema se conecte desconecte continuamente cuando en la batería ha una tensión cercana a los umbrales regulados por los presets, el micro trabaja con un sistema di hist6resis cuo explicación la har6 m7s adelante, en los p7rra#os dedicados al programa de control. El problema de la hist6resis en #ase de calibración es $ue se hace mu di#ícil regular los presets de umbrales. 2ara evitar este inconveniente, he agregado un pulsador indicado en el circuito como 3"etting mode3 $ue elimina temporalmente la hist6resis en modo tal de permitir una regulación precisa de las tensiones de umbral. as salidas del micro no tienen la potencia su'ciente para conmutar directamente los dispositivos conectados, para ello he usado dos mos#ets de canal 2 de tipo )+FB->B. os transistores CB?G sirven como adaptadores de nivel lógico entre el micro los mos#ets. 9racias a ellos, podemos en realidad usar cual$uier tipo de mos#et de canal 2 $ue sea capa de soportar las corrientes previstas por nuestro sistema, por ejemplo entre B& G&.
El sistema tiene B de los acostumbrados conectores o borneras 0de dos vías cada uno1 $ue o uso en mis proectos con separación entre contactos de Bmm. os primeros tres conectores son las entradas de la unidad de control, en el cuarto conector se conecta la batería mientras $ue el $uinto es la salida de =< para nuestra instalación de baja tensión. (e las tres entradas, la primera es para la #uente, en la segunda se conecta el panel #otovoltaico mientras $ue la tercera 0&%R1 sirve para #uturas expansiones. El circuito electrónico de la tarjeta se alimenta a trav6s de la tensión de la batería. 2ara evitar la circulación de corriente en sentido contrario entre el panel, la #uente la batería, he agregado dos diodos de potencia de tipo "chott4 +=HH> en serie con las entradas. os diodos "chott4 tienen la ventaja $ue la caída de tensión entre sus terminales es m7s baja respecto a los diodos normales. "ola la entrada &%R no tiene diodo. Esta entrada puede servir para conectar otros paneles #otovoltaicos agregando un diodo en serie por cada panel conectado. Qanto en las entradas como tambi6n en la salida de =< he previsto #usibles normales de >mm. a corriente de estos #usibles depende de la potencia $ue pensamos de manejar. En mi caso, o he usado #usibles de B&.
Encapsulado de los mos#ets de los diodos
(ebido al hecho $ue ha solo un disipador compartido para todos los mos#et diodos, es necesario aislar estos componentes usando 4its de montaje para encapsulado Q8> como explico en mi guía 3montaje de disipadores de calor para Q8>3.
Circuito impreso de la unidad de control #otovoltaica
,lenco de co'ponentes
= resistencia de =A =/? watt B resistencias de ,A =/? watt = resistencia de ?,@A =/? watt @ resistencias de =>A =/? watt resistencias de ajuste 0preset o trimmer1 de ?@A o B>A - capacitores de =>>nF 0>,=uF1 capacitores de uF B< 0o ?@uF B<1 diodos +=HH> 0"chott4 de potencia1 ? leds verdes -mm leds amarillos -mm transistor CB?G 0o CB?@ o C--@1 os#et )+FB->B 0u otros modelos de potencia de canal 21 = icrocontrolador 2)C =FH@B = regulador @G>B = pulsador simple o doble = interruptor de encendido para circuito impreso = ocalo G pin 0G()2->>1 = disipador 0per'l rectangular de aluminio1 ? 4its aislantes para encapsulados Q8> B borneras de dos vías 0 o conectores1 - porta#usibles para circuito impreso 0#usibles de >mm 1 - #usibles de >mm B& circuito impreso, accesorios de montaje El microcontrolador mide la tensión de la batería, $ue es tambi6n la tensión de salida del sistema, a trav6s de un convertidor analógico digital 0&(C1 incorporado. (ebido a $ue este &(C no puede medir tensiones superiores a B<, he agregado un divisor resistivo compuesto por una resistencia de =>A una de ?,@A. El micro tiene otras - entradas analógicas, dos de las cuales son usadas para los dos preset de regulación de los umbrales. 2onsideraciones so-re el panel foto0oltaico y la -ater.a
os paneles #otovoltaicos de =< en realidad generan una tensión mas alta $ue puede llegar hasta =@< . "i no #uera así, no sería posible cargar baterías de =< sin la auda de convertidores (C;(C $ue aumentaran la tensión a =-< o m7s. 5aturalmente, esta tensión de =@< disminue cuando conectamos nuestra batería al panel esta empiea a absorber corriente. a corriente de carga m7xima inicial $ue una batería soporta 0con un aumento raonable de su temperatura interna1 es del >L de su capacidad nominal aun$ue si o pre'ero no ir m7s all7 del =>L. 2or lo tanto, si conect7ramos una batería de > &/hora, la corriente de carga inicial no debería ser maor de &. "abiendo $ue nuestro panel es de =<, la potencia del mismo sería de ? watts 02 D < I )1. Esta es la relación $ue o he adoptado entre la capacidad de la batería la p otencia m7xima del panel solar. En el caso de disponer de un panel m7s potente, por ejemplo de B> watts, conviene usar una batería m7s g rande por ejemplo de ?> &/hora. "e puede agregar un sistema electrónico $ue permita de limitar la corriente m7xima entregada por el panel aun$ue si o pre'ero de usar simplemente una batería $ue sea capa de 3digerir3 sin problemas la potencia m7xima $ue un panel puede entregar sin poner nada en el medio 0si la energía est7 disponible pre'ero aprovecharla toda1.
Foto de la unidad de control #otovoltaica desde el lado de los #usibles
2onsideraciones so-re la fuente
Fundamentalmente la #uente sirve para evitar $ue la batería se descargue si nuestro consumo el6ctrico es maor respecto a la potencia $ue nuestro panel solar entrega en un cierto período de tiempo. Esto puede suceder si nuestro panel es demasiado pe$ueño respecto a nuestra necesidad o tambi6n en base a las condiciones meteorológicas como por ejemplo los días nublados o en el período invernal. En mi caso por ejemplo, en invierno el panel casi no trabaja por$ue el sol est7 mu bajo los edi'cios delante de mi casa me permiten solo un breve período de producción el6ctrica a trav6s del sol. 2or lo tanto, por varios meses 3viajo3 #undamentalmente con la energía de la red. 2or eso es mu importante para mi la #uente. a #uente $ue uso es del tipo switching, de =-,G< 0vendida como =< regulables1 es capa de entregar una corriente de H&, es decir, con una potencia m7xima de G> Jatt. 2ara evitar la posibilidad de una excesiva corriente hacia la batería, he regulado la tensión de salida exactamente a =-,G< 0teniendo en cuenta la caída sobre el diodo +=HH> a la batería llegan =-<1 he hecho en modo $ue el circuito active la #uente cuando la batería no est7 completamente descargada en modo tal $ue la misma no absorba una corriente inicial excesiva.
Circuito de una #uente con tensión de salida regulable
El $ue pre'ere construir la #uente con un trans#ormador com!n puede hacer el circuito $ue muestro en la 'gura. Es un cl7sico regulador serie con tensión de salida ajustable dispositivo de limitación de corriente hecho con un transistor. a resistencia de >,B ohm determina la corriente m7xima $ue la #uente puede entregar antes $ue se active el sistema de protección de corriente. 2ara determinar su valor podemos usar la siguiente #órmula: + D
,H / ). 2or ejemplo, para una corriente de & la resistencia sería de >,H< / D >,- ohms. a potencia de la resistencia en este caso serTa de 2 D < I ) D =, watts 3escripción del 4r'5are
El so#tware del micro lo he escrito en C es relativamente simple. Est7 compuesto por un bucle principal 0while1 p or pocas #unciones: una de inicialiación 0#unción setting1, una para la lectura del &(C 0#unción readUadc1 una $ue auda en la conmutación de los estados 0#unción statusUswitch1. El sistema puede adoptar tres estados distintos en base a la tensión de la batería: &QU58+&, &QUF% &QUE2Q*. &QU58+&: es el estado en el cual el panel solar esta conectado la batería se encuentra en carga normal a trav6s del sol. &QUF%: la batería est7 completamente cargada por lo tanto el panel solar la #uente est7n desconectados &QUE2Q*: la tensión en la batería ha disminuido m7s all7 de un cierto límite por lo tanto el sistema ha conectado la #uente de emergencia para cargar la batería. Como mencionado en la descripción del sistema, los estados &QUF% &QUE2Q* tienen hist6resis. e explico mejor. "upongamos $ue la tensión de la batería disminue por debajo de la tensión de umbral mínima 0batería descargada1, por lo tanto el sistema pasa al estado &QUE2Q* conect7ndose la #uente de emergencia para cargar la batería. %na ve $ue la batería empiea a tomar carga, la tensión inmediatamente superar7 el umbral por lo tanto el sistema pasa a &QU58+& desconectando la #uente. El problema es $ue
la batería, en tan breve tiempo no se logra cargar. "u tensión desciende enseguida nuevamente pasa a &QUE2Q*, así al in'nito. 2ara evitar este problema 0típico de todos los sistemas autoregulados1 se usa la hist6resis $ue simplemente consiste en crear dos umbrales distintos, uno cuando se baja otro cuando se sube. 2or ejemplo, la #uente se activa cuando la tensión de la batería desciende de los ==,B< mientras $ue se desactiva cuando se superan los =,B<. En el programa he previsto dos valores de hist6resis distintos, uno cuando es necesario desconectar todo por$ue la batería est7 completamente cargada 0&QUF%1 otro cuando la batería est7 completamente descargada es necesario activar la #uente de emergencia 0&QUE2Q*1. 2or ahora he usado un valor num6rico de ?> $ue e$uivale aproximadamente a >,G< de hist6resis. 5o excluo en el #uturo de modi'carlos probablemente de di#erenciarlos entre si. Como expli$u6 antes, hacer la regulación de los umbrales del sistema a trav6s de los presets con la hist6resis activada es cosa de locos. 2or este motivo he agregado un pulsador $ue desactiva provisoriamente la hist6resis para permitir esta regulación. 2ara hacer $ue el programa trabaje así simplemente controlo el estado del pulsador si se encuentra activado 0nivel lógico >1 hago $ue las variables vUoVsetU#ull vUoVsetUempt $ue determinan la amplitud de las hist6resis tengan como valor > mientras $ue cuando el pulsador se encuentra desactivado 0nivel lógico =1 memorio en vUoVsetU#ull vUoVsetUempt el valor ?>. 2o'entarios 4nales
"istema #otovoltaico en #unción
En la #otogra#ía pueden ver el prototipo #uncionando. Me aprovechado los módulos para medir corrientes tensiones $ue he publicado en el blog tiempo atr7s $ue a tenía armados. El displa $ue se ve en el 7ngulo in#erior a la i$uierda trabaja junto con ellos, visualiando las tensiones las corrientes de entrada de salida del sistema. Wui7s logre publicar su realiación en el #uturo. (e cual$uier manera, estos módulos no son necesarios para el #uncionamiento del sistema descrito las mediciones iniciales se pueden hacer tran$uilamente con un tester com!n. es dejo para descargar el diseño del circuito impreso en versión AiCad 0programa gratis open source1, el 2(F si $uieren imprimirlo directamente sin necesidad de abrirlo con el programa tambi6n el so#tware en C en MER. Sensor de corriente para sistema fotovoltaico de baja potencia Posted on 31 mayo 2012 by inventable 14 Comments Leave a comment
En este artículo describo un sensor de corriente para paneles #otovoltaicos de baja potencia a =<. 9racias a 6l, una tarjeta basada en microcontroladores conocer7 la situación del sistema actuar7 de consecuencia. El circuito descripto no muestra los valores de corriente tensión directamente en un instrumento o displa sino $ue est7 pensado para ser conectado a un convertidor analógico ; digital de un microcontrolador cl7sico.
El circuito propuesto se inspira a un sistema de atthijs Majer 0lamentablemente la p7gina del proecto original #ue eliminada1. &hora veamos como #unciona. a corriente principal entra por el conector de bornes 3)53, pasando por un shunt de >,>B ohm para despu6s salir por el conector 38%Q3. %n shunt es una resistencia de precisión de mu bajo valor $ue se usa generalmente para este tipo de aplicación. En 6l cae una pe$ueña tensión $ue, a trav6s de la le de 8hm, nos permite de calcular la corriente $ue pasa por el circuito. 2or ejemplo, con una corriente de -&, la tensión sobre el shunt ser7 de
,>B D >,=B<. a tensión obtenida es mu baja para ser de utilidad por lo tanto es necesario ampli'carla. El &(G> es un ampli'cador operacional con entradas del tipo FEQ $ue puede trabajar con una sola tensión de alimentación, en este caso la misma tensión de =< $ue ser7 medida.
El trimmer de =>A permite de regular la salida de la medición de corriente en modo $ue el circuito pueda trabajar con rangos de corriente diversos. En la primer gr7'ca podemos ver la tensión de salida $ue va al micro en base a la corriente medida. a línea roja m7s intensa muestra la tensión cuando el trimmer se encuentra en posición intermedia mientras $ue las líneas naranjas in#erior superior se obtienen con la posición mínima m7xima del trimmer.
El circuito descripto permite tambi6n de medir la tensión de entrada de =< aun$ue si en este caso, lo !nico $ue hace es de dividir los =< a trav6s de las resistencias de --A =>A en modo tal de no superar nunca los B< $ue entran en el convertidor analógico ; digital del micro. a segunda gr7'ca muestra la tensión en la salida $ue se conecta al microcontrolador en base a la tensión medida. 2or el hecho $ue a$uí no tenemos un trimmer de regulación, la línea 0de color verde1 es !nica.
Como dicho anteriormente, para los dos prototipos he usado inicialmente shunts de >,>B ohm = Jatt 02J+??=;";;+>B>>F de la ourns1 $ue me permiten de trabajar con corrientes de hasta B&. En base a los resultados $ue obtendr6 probablemente cambiar6 los shunts por otros modelos con resistencia mas baja en modo de poder trabajar con corrientes mas elevadas 0G & o => &1.
Como se puede observar, el montaje es mu simple de hacer. El circuito impreso est7 proectado para usar resistencias de =/G Jatt $ue son mu pe$ueñas 0B mm entre patitas1. "i no consiguen este tipo de resistencias pueden usar modelos m7s grandes 0por ejemplo de =/? Jatt1 coloc7ndolas verticalmente. Qambi6n se puede modi'car el circuito impreso para adaptarlo a resistencias m7s grandes.
2ara probar el circuito armado se necesita una #uente de alimentación variable con corriente de salida de algunos amperes. Qambi6n sirve una carga un multímetro 0tester1. 2ara la carga se puede usar una l7mpara alógena de =< > Jatt. 9irar el trimmer en posición central. Conectar el circuito a =< sin carga medir con un tester la tensión de salida en el terminal 3) sens3. a lectura tiene $ue ser aproximadamente de >,G<. Conectando la carga de > Jatt la tensión debe subir aproximadamente a <. Módulo de conmutación con MOSFET para s istema fotovoltaico Posted on 15 mayo 2012 by inventable 10 Comments Leave a comment
En este artículo describo la realiación de un sencillo módulo de conmutación con 8"FEQ para sistema #otovoltaico a =< controlado por una señal lógica generada por un microcontrolador o por un circuito digital . Este módulo puede ser usado para conectar o desconectar paneles #otovoltaicos, #uentes de alimentación o baterías. Este módulo hace parte del sistema did7ctico de control para paneles #otovoltaicos $ue esto desarrollando.
El conmutador en si mismo es un dispositivo mu simple para ello se podría usar un rel6. El inconveniente de usar un rel6 est7 en las elevadas corrientes $ue debe controlar consecuentemente en el costo de un dispositivo de este tipo. Magamos una estima aproximada de la corriente: la situación peor sería en el caso de usar la alimentación de la red el6ctrica, con la batería en plena carga con un consumo de la instalación elevado.
En mi sistema, la m7xima corriente $ue la #uente de alimentación de =< (C puede entregar es de =>& 0=> Jatt1. En base al principio del 3peor caso3 es conveniente tener un buen margen de seguridad por lo tanto el conmutador debe ser capa de controlar corrientes de por lo menos el B>L m7s intensas de la m7xima calculada, es decir: =B &. Con corrientes de varios &mpers, el mejor modo es usar un semiconductor de potencia.
En mi proecto he usado un transistor FEQ de potencia 0osFet de canal 21 como se puede observar en el circuito de la 'gura. El osFet es controlado por un transistor CB?G $ue mete a masa su puerta 0gate1 cuando es necesario $ue entre en conducción. El diodo en
serie 0del tipo "chott41 blo$uea tensiones corrientes en sentido opuesto. 2or !ltimo, un led de señalación nos indica el estado del conmutador 0en conducción o en corte1.
"e pueden usar distintos tipos de osFet de diodos "chott4, lo importante es $ue sean en grado de dejar transitar una corriente elevada $ue, en el caso de diodo, la caída de tensión sea lo mas pe$ueña posible 0por eso se usa un diodo de tipo "chott41. El diodo +=HH> permite, una corriente m7xima de =H& continuos 0B de pico1 con una caída de tensión en 6l entre >,-< >,B<. El osFet )+FB->B2F permite el pasaje de corrientes mu elevadas 0hasta ->&1. Qanto el diodo "chott4 $ue he elegido como el osFet son bastante económicos. Es necesario agregar disipadores de calor para el osFet para el diodo "chott4 como se observa en los diseños en las #otogra#ías.
2ara las entrada la salida principales tambi6n para la entrada de control he usado conectores con terminales de conexión por tornillo por$ue son mu cómodos para hacer el cableado, resistentes a corrientes elevadas al mismo tiempo permiten de desconectar 0 eventualmente reemplaar1 la placa 2C #7cilmente.
rt.culos relacionados
6 mini-circuitos Posted on 16 septiembre 2013 by inventable 50 Comments Leave a comment
Mace a un tiempo $ue publico en el espacio )nventable de Faceboo4 , una serie de minicircuitos electrónicos simples #7ciles de hacer para diversas aplicaciones $ue necesitan mu pocos componentes. (ebido a las características de empaginación de Faceboo4, he tenido $ue encontrar una solución para sintetiar en una sola imagen el circuito electrónico el diagrama pictórico. Esto me ha impulsado a crear un nuevo estilo de diseño $ue tiene una cierta claridad visiva. es presento a$uí algunos de estos proectos acompañados por breves descripciones.
+egulador de tensión variable para alimentación con el -=@
Este diseño nos muestra como construir un pe$ueño regulador variable de tensión $ue usa el -=@. a tensión de entrada puede se entre B< ->< mientras $ue la tensión de salida se regula con el potenciómetro desde =,B< a G< 0esta !ltima tensión depender7 tambi6n de la tensión de entrada1. os capacitores no son imprescindibles pero o los uso siempre para 'ltrar ruidos para evitar #enómenos de autooscilación del regulador. +ecuerden $ue en base a la corriente de salida a la di#erencia de tensiones entre entrada salida, ser7 necesario usar un disipador para el -=@.
iniampli'cador de audio de =/ Jatt con el -GH
El -GH es un pe$ueño pr7ctico ampli'cador integrado de G patitas $ue necesita mu pocos componentes externos para poder #uncionar. El circuito $ue les muestro nos permite de armar 3al vuelo3 un ampli'cador de pruebas, con una ganancia de > una potencia de =/ Jatt 0en realidad entre >,-J >,GJ en base a la tensión de alimentación a la impedancia del parlante1. El circuito es mono, para la versión est6reo se necesita reproducir todo por dos excepto el potenciómetro $ue debería ser solo uno pero doble. 2ara evitar umbidos les aconsejo de alimentarlo con una #uente de alimentación bien 'ltrada.
"alida de alta potencia con mos#et para tiras de leds
Este pe$ueño circuito permite de controlar con un microcontrolador 0como por ejemplo &rduino1 una tira de leds monocolor o cual$uier tipo de carga de potencia 0motores o l7mparas1 de =<. El transistor CB?G ampli'ca la señal de control en modo $ue en el 9&QE del mos#et haa una tensión su'ciente para llevarlo a la completa saturación. 2or este motivo, el circuito #unciona con un amplia gama de tensiones de control 0=,G<, -,-< o B<1 no es necesario usar mos#et especiales con baja tensión de 9&QE 0logic level mos#et1. "i la corriente de salida es elevada ser7 necesario montar un disipador para el mos#et.
Control bidireccional de un motor (C con solo un rel6
Este circuito $ue les propongo permite de hacer girar un motor de corriente continua en ambos sentidos de marcha a trav6s de dos pulsadores. %sa un rel6 doble inversor 0(2(Q1 $ue invierte la polaridad del motor un diodo $ue se encargan de alimentar el circuito cuando se presiona uno de los pulsadores. 2ara su uso es necesario $ue la tensión de alimentación sea igual a la del rel6 la del motor. 2ara corriente de motor superior a >,@ & es necesario usar diodo, pulsadores rel6 $ue sean en grado de soportarla.
Control bidireccional de un motor (C con rel6 'nes de carrera
&l diseño anterior agrego dos microinterruptores 0icroswitches1 de 'n de carrera para obtener un sistema de movimiento del motor m7s completo. os microinterruptores deben ser montados en las dos extremidades del mecanismo de movimiento. Qodos los componentes usados 0pulsadores, contactos del rel6, microinterruptores diodo1 deben ser capaces de resistir la corriente del motor.
"alida rel6 para circuitos digitales
Circuito $ue permite de conectar un rel6 de =< a cual$uier tipo de dispositivo electrónico. 2ara accionar el rel6 es necesario solamente $ue por la entrada 3)53 haa una tensión superior a >,H<. "e puede usar como salida rel6 para &rduino. Nota fnal: debido
probablemente a la notable difusión de este blog en la red( algunos sitios !eb extranjeros se est%n tomando el
trabajo de copiar los art$culos publicados eliminando el nombre inventable.eu de las im%genes. /o permito 0ue se copien mis art$culos pero considero injusto 0ue no se indi0ue la fuente. Por este motivo( aun0ue si estéticamente no es muy elegante( me veo obligado a agregar nuevas letras al agua muc,o mas grandes en la parte central de los diseos. Espero 0ue esta medida represente un obst%culo para la copia salvaje.
!! " Sensor I# de pro$imidad Posted on 11 noviembre 2012 by inventable 60 Comments Leave a comment
%n lector del blog me preguntó si en el robot Calimaro se podían reemplaar los microinterruptores de cho$ue con sensores )+. a respuesta es absolutamente si. El tema est7 en $ue tipo de sensor usar. Me buscado en )nternet un proecto simple de hacer,
económico sin componentes 3mu3 especiales como por ejemplo los receptores )+ de tres patas. a cosa $ue me llamó la atención #ue no encontrar nada de interesante. Esto era una excelente motivo para construir algo nuevo desde cero: un "ensor )+ de proximidad sin usar componentes especiales.
2ara obtener un modelo simple pero al mismo tiempo e'ca con'able he decidido de usar un microcontrolador 2)C mu económico pe$ueño: el =FH@B para $ue se encargara de todas las #unciones del sensor. Es decir, generar los impulsos para los leds emisores analiar la in#ormación $ue llega al #ototransistor. (igo 3analiar3 por$ue disponer de un microprocesador me permite de implementar #unciones mucho m7s so'sticadas $ue la simple lectura on/oV de la salida del #ototransistor permitiendo de obtener un sistema con'able, de elevada sensibilidad e inmune a la lu ambiente. ueno, en este artículo describo el proecto completo.
El circuito electrónico esta compuesto por mu pocos componentes: dos leds in#rarrojos de esos usados en los telecomandos 0(@=1, un par de transistores comunes, un #ototransistor )+, algunas resistencias, capacitores el microcontrolador. 2ara simpli'car el circuito, no he agregado un regulador de tensión por lo $ue es necesario alimentar el sensor con B<. 2ienso $ue se puedan usar otros leds )+ otros #ototransistores sin particulares problemas.
m&1. 2ara no generar mucho ruido en la alimentación debido a estos impulsos de elevada corriente, he agregado dos capacitores: un electrolítico de uF en paralelo con uno cer7mico de =>>nF.
El #ototransistor, recibe la la lu de los leds )+ reKejada. Est7 conectado en con'guración emisor com!n polariado a positivo a trav6s de una resistencia de =BA. El valor de =BA lo obtuve experimentalmente es el $ue me dio mejores resultados en materia de sensibilidad de inmunidad a inter#erencias provocada por la lu ambiente. Cuando un objeto se encuentra delante del sensor, el señal )+ de los leds reKejado aparece d6bilmente en el #ototransitor es leído por el micro $ue por lo tanto activa la salida del sensor a trav6s de un transistor conectado en con'guración 3open colector3. Esta con'guración es mu usada en campo industrial por$ue permite la conexión a cual$uier tipo de dispositivo aun$ue si alimentado con una tensión di#erente respecto al sensor 0B<1. El buen #uncionamiento de este sensor depende del so#tware $ue en realidad es mu simple. El mismo e#ect!a cíclicamente, gracias al &(C interno, dos lecturas analógicas de la salida del #ototransistor: una de ellas cuando los leds )+ est7n prendidos otra cuando estos est7n apagados comparando las dos lecturas entre si. "i los valores obtenidos son bastante distintos signi'ca $ue la di#erencia de lu es debida a un objeto $ue est7 reKejando la lu proveniente de los leds )+ no solo del ambiente.
Forma de onda de salida de los leds )+ 0en tur$uesa1 de entrada del #ototransistor 0en amarillo1 cuando no ha objetos adelante del sensor.
Es una especie de medición 3di#erencial3 por$ue haciendo así se logra 'ltrar la inter#erencia provocada por la lu ambiente. El programa considera una lectura v7lida para la activación cuando la di#erencia entre los dos valores es maor de un cierto umbral llamado 3threshold3. Este valor se encuentra declarado al inicio del programa puede disminuirse si se desea hacer el sensor m7s sensible o aumentarlo si se desea el sensor menos sensible. +ecuerdo $ue un valor mu bajo 0menos de =>1 puede hacer $ue el sensor sea demasiado sensible e inestable. El valore $ue o he adoptado permite una sensibilidad de algunos centímetros $ue se adapta bien con los pe$ueños robots.
Forma de onda de salida de los leds )+ 0en tur$uesa1 de entrada del #ototransistor 0en amarillo1 cuando colocamos un objeto adelante del sensor.
El sensor hace un ciclo completo de lectura 0una lectura con leds encendidos una con leds apagados1 cada -,- m"ec, por lo tanto la #recuencia de actualiación es aproximadamente de ->> lecturas por segundo. En cada ciclo los leds est7n apagados por un periodo de -,=B m"ec encendidos >,=B m"ec, es decir, solamente un BL del tiempo total. 9racias a esto, como dicho precedentemente, el sensor consume mu poca corriente.
Forma de onda de salida de los leds )+ 0en tur$uesa1 de entrada del #ototransistor 0en amarillo1 $ue muestra la relación apagado / prendido de los impulsos generados por el micro.
El montaje de sensor es mu simple de hacer. a !nica consideración especial es la de meter el #ototransistor dentro de un pe$ueño tubo de pocos milímetros como se observa en la #otogra#ía 0o he usado un troo de vaina termorestringente1 para lograr $ue la lu $ue llega al #ototransistor sea solamente la reKejada.
%otencia para step motor con entradas fotoacopladas Posted on 24 diciembre 2010 by inventable 10 Comments Leave a comment
"iguiendo con la serie de artículos relacionados con el control de motores paso a paso 0step motor1 esta ve propongo una versión del pe$ueño driver de potencia para motor paso a paso con entradas #otoacopladas. Como descripto en mi artículo de introducción, los driver pro#esionales se proectan con este tipo de entradas para aislar el6ctricamente las distintas partes del sistema para evitar inter#erencias. &consejo de leer el siguiente artículo donde trato con maor pro#undidad este argumento.
El proecto se basa en el circuito integrado de la otorola C-?@, un driver completo para el control de motores paso a paso bipolares $ue necesita mu pocos componentes adicionales para #uncionar. (ebido al hecho $ue la pla$ueta es mu pe$ueña he simpli'cado el sistema de entradas #otoacopladas conectando los positivos de las entradas #otoacopladas a una entrada com!n 0NC81. En la 'gura se puede observar como conectar la salida de un micro a este tipo de entradas.
El C-?@ regula la corriente del motor en base a la resistencia conectada entre el pin H masa. Esto nos permite de disponer de una buena gama de potencias tambi6n de poder usar el driver con motores de distintos tamaños recordando $ue la corriente m7xima de salida del integrado es de B>>m& por cada bobina. El C-?@ dispone internamente de diodos de protección para cargas inductivas por lo tanto no es necesario agregar diodos de clamp externos 0como en el caso de otros C) como por ejemplo el G1.
a parte del circuito $ue nos permite de activar regular la corriente del motor est7 compuesta por la entrada 3E5&3 0enabled1, las resistencias respectivas, el transistor CB?G el trimmer de =>>A. 2ara $ue el sistema #uncione correctamente, la tarjeta $ue controla el driver tiene $ue activar la entrada 3E5&3 0mas de =<1 antes de mover el motor. 2or otro lado, el trimmer de ?@>A sirve para regular la corriente del motor cuando este no se mueve manteni6ndolo #renado sin desperdiciar potencia. a bobina opcional de -, mM sirve para 'ltrar inter#erencias generadas por el motor. "e puede usar otros valores de inductancia.
