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viernes, 31 de julio de 2015

Regulador de POTENCIA para corriente continua



INDICE

Cómo NO regular un motor DC
Concepto: Modulación por ancho de pulso (PWM)
Esquema
Prestaciones del mosfet IRF1407
Características de este regulador
Protoboard
Lista de componentes
La duración de la batería
Usos
El vídeo




Cómo NO regular un motor DC

En aplicaciones para muy poca potencia existe un circuito parecido a éste:


[Fig 1] Regulador  básico para DC

El circuito anterior está basado en un transistor bipolar (Q1), y se le hace trabajar explotando su característica de amplificación: A mayor tensión base-emisor, mayor será la corriente emisor-colector.

Debido a su gran sencillez a veces se utiliza este circuito para pequeñas potencias. Pero cuando la potencia va más allá de unos pocos vatios este circuito se vuelve muy ineficiente.

La resistencia interna del transistor provoca que una gran cantidad de electricidad sea convertida en calor, lo que resulta en una pobre eficiencia, además de desperdiciar la siempre escasa energía disponible en las baterías (en caso de que este circuito se use con baterías).




Concepto: Modulación por ancho de pulso (PWM)

Este sistema es mucho más eficiente y actualmente se utiliza en los reguladores de velocidad comerciales. También sirve para regular dispositivos de iluminación.

La principal ventaja de este método es que se desperdicia muy poca energía en forma de calor ya que se utiliza un mosfet en régimen de conmutación (encendido-apagado) en lugar de utilizar un transistor bipolar.

Otra ventaja es que se obtiene del motor un par (torque) elevado aunque se le haga girar a baja velocidad. Esta es una gran ventaja del PWM.

La pregunta aquí sería: ¿Cómo vamos a regular la velocidad de un motor con un dispositivo (mosfet) que funciona en régimen todo-nada? No olvidemos que un mosfet no trabaja de forma progresiva como un transistor bipolar sino más bien como un interruptor o un tiristor: Conduce o no conduce, y cuando conduce, lo hace al valor de la corriente máxima.

La respuesta es: Jugando no con la tensión, sino con el tiempo. Un mosfet es como un interruptor. Haciendo que éste conduzca durante un tiempo y que no conduzca durante otro tiempo, estamos "regulando" la potencia. En el siguiente dibujo vemos cuatro señales que consisten en impulsos de duración variable (pero siempre con la misma tensión). Estas señales se envían a la compuerta o "gate" del mosfet haciéndolo conducir sólo durante el tiempo en que esa señal tiene nivel alto:


[Fig 2]  Señales que el  integrado 555 (a través de su pin 3) envía al mosfet.

Puesto que estos impulsos se suceden de forma muy rápida, la carga (normalmente un motor) "ve" no una sucesión de impulsos sino el valor medio de esos impulsos. Aquí está el verdadero sentido de este sistema de regulación PWM (Pulse Width Modulation) o modulación por ancho de pulsos. Esta forma de trabajar por pulsos no supone ningún inconveniente para un motor, pues su inercia le impide seguir las rápidas variaciones (cientos o miles de veces por segundo) y más bien responde al valor medio.

Veamos esos cuatro casos de señales distintas para gobernar el mosfet, cada una de estas cuatro señales van rotuladas con un número en la figura 2:

1) Potenciómetro P1 a mínimo. No se envían impulsos. Motor parado.

2) Pulsos muy espaciados y/o breves: En el motor producirá una velocidad de giro baja, pues el tiempo en que hay tensión es sólo una fracción del ciclo de trabajo. No obstante la baja velocidad, el giro se produce con más fuerza (par) que con otros sistemas de regulación por tensión, pues aunque la tensión sólo está presente un porcentaje de tiempo pequeño, lo está a la máxima tensión. No olvidemos que el PWM es un sistema de regulación que controla tiempo, no tensión (que siempre es máxima). Pero el resultado final es como si controlásemos la tensión.

3) Los pulsos son más frecuentes y/o más anchos: La velocidad de giro del motor ahora es mayor. El tiempo en que la señal tiene nivel alto es prácticamente el 50% del ciclo de trabajo, por lo que el motor también estará girando con unas prestaciones de aproximadamente el 50% de su capacidad.

4) Los pulsos son muy frecuentes y/o son tan anchos que ocupan prácticamente el 100% del ciclo de trabajo: El mosfet conducirá prácticamente el 100% del tiempo, con el resultado de que también el motor girará al 100% de sus prestaciones.

Por supuesto, son posibles todos los valores intermedios entre los cuatro supuestos anteriores, lo que nos permite regular la velocidad del motor de forma continua y progresiva.



Esquema


[Fig 3] Esquema del circuito regulador de potencia para DC



Sobre estas líneas, el esquema completo del regulador.

En la parte izquierda están las baterías que alimentan al circuito. En este caso son dos baterías de 12v en serie que proporcionan 24v. Pero se puede usar una sola para obtener 12v. O tres para 36v. El circuito va a funcionar bien con esa gama de tensiones desde 12v a 36v.

La  parte central es un estabilizador de tensión para obtener los 12v para alimentar el 555. Como dije antes, este circuito puede funcionar hasta con 36v, pero es necesario obtener una tensión de 4.5 - 15v para alimentar al IC 555, independientemente de las baterías utilizadas. Esa es la función del zener D1 de 12v y el transistor Q1, un TIP31C de lo más común.

Más a la derecha, la parte de control. Un circuito integrado 555 será el encargado de generar esos pulsos de duración variable para controlar la velocidad del motor. A su vez nosotros controlaremos al 555 con el potenciómetro P1 que, con un puente de diodos (D2 y D3) conectados a los pines 4, 6 y 7 del IC555 cumplirán tal función.

En la parte derecha está la sección de potencia, con un mosfet recibiendo en su compuerta los impulsos generados por el C.I. 555 que salen por su pin 3. En serie con el mosfet está el motor que va a ser controlado. D4 tiene la función de absorber los pulsos de fuerza contraelectromotriz que generan los dispositivos basados en bobinas, tales como el motor, y evitar comprometer al mosfet.


[Fig 4] Mosfet montado en su disipador
El mosfet debe ir provisto de un disipador térmico cuyo tamaño dependerá de la potencia que vayamos a manejar. Este circuito puede servir para manejar 100W... o 1000W o quizás más. 

La potencia dependerá de las baterías y el motor que pongamos. Está claro que a más potencia, más grande tendrá que ser el disipador. 

En las distintas pruebas parece quedar demostrado que un disipador de 7cm x 7cm es más que suficiente para un motor de 200W y probablemente valdrá también para 500W. Para más potencia, simplemente poner un disipador más grande.



Prestaciones del mosfet IRF1407

Hay una gran cantidad de mosfet en el mercado, cada uno con sus prestaciones. He estado buscando uno que cumpla o supere las siguientes exigencias:


[Fig 5] Mosfet IRF1407 en encapsulado TO-220
1) Que soporte una tensión Surtidor-Drenador igual o superior a 36v, el equivalente a tres baterías en serie, por si alguien quiere hacer un montaje de altas prestaciones. El IRF1407 soporta bastante más allá: 75 voltios.

2) Que admita una intensidad realmente alta para tener flexibilidad de uso.

Lo mismo podemos hacer un regulador para unos pocos vatios, como un regulador para más de 1Kw. Según el datasheet del fabricante, el mosfet IRF1407 puede aguantar ¡¡130 amperios!! de forma continua, dejémoslo para más seguridad en "solo" 100 amp. Si vamos a trabajar a 36 voltios, una intensidad de 100 amperios suponen casi 4Kw. Y remarco: "Intensidad continua", porque picos de corriente breves, aguanta más de 500A. Sí, habéis leído bien: Quinientos amperios...

Realmente mucho más de lo que vamos a necesitar...

3) Que sea eficiente y no se caliente mucho. Gracias a su extremadamente baja resistencia interna de tan sólo 0.0078 ohmios, el calor generado en este mosfet es muchísimo menor que en otros tipos de semiconductor, lo que permite usar disipadores mucho más pequeños. Por si esto fuera poco, este mosfet puede trabajar hasta a 175ºC, ...siempre según datasheet del fabricante.

Si el calor generado por efecto Joule se rige por la fórmula:

P(w) = R (Ohmios) x I^2 (Amp)

Potencia (en vatios) = Resistencia (Ohmios) x Intensidad (Amp) al cuadrado

Supongamos que este mosfet es recorrido por una I de 20 amps. La potencia disipada (desperdiciada) en forma de calor será:

P(w) = 0.0078 x (20 x 20) = 0.0078 x 400 = 3.12W

Escasamente 3 vatios. Bastante poco, no está mal.

Si la resistencia interna del mosfet fuese de 1 ohmio, que es un valor aparentemente bajo (en lugar de 0.0078), la potencia disipada en forma de calor sería de ¡¡400W!!, algo totalmente inadmisible.

Es una  característica de agradecer que el mosfet tenga una resistencia interna de sólo 0.0078 ohmios.

4) Que sea barato. Lo anterior no servirá de mucho si el precio es prohibitivo.
Nada de eso: A pesar de sus excepcionales prestaciones, los tipos IRF1407, IRF1405 e IRF3205 cuestan entre 1€ y 5€. Hay muchos tipos más aparte de estos tres.

5) Fácil de encontrar. Otra característica que a menudo suele "fallar" en muchos esquemas: El circuito es genial pero ¡AY! un componente no se puede localizar, ha dejado de fabricarse, es obsoleto.... El mosfet IRF1407 actualmente es un componente bastante común.

A continuación os pongo el enlace al datasheet del IRF1407 así como una captura de la primera página de ese datasheet que contiene los parámetros más significativos:

Enlace al datasheet del mosfet IRF1407


[Fig 6]  Primera página del datasheet para el mosfet IRF1407

Hay otros muchos mosfet, unos con prestaciones similares, otros con más, y otros con menos. Comparto con vosotros una lista que creo es bastante completa. Si no encuentras el IRF1407 en tu localidad, prueba con otro de prestaciones similares, pero procura que tenga una resistencia RDS igual o inferior a 0.008 ohmios (Este dato está en la sexta columna en esa lista).

Lista de MOSFET con sus parámetros principales



Características de este regulador

- Para corriente continua (CC, DC)

- Tensión aplicable a la entrada: 12v - 36v. En este trabajo se aplicarán 24v, lo que se conseguirá poniendo dos baterías de 12v en serie. La limitación de 36v se puede superar obteniendo los 4.5-15v para el 555 mediante otros medios en lugar de Q1 y D1.


- Potencia máxima. Depende. En esta versión, unos 200W, que a 24v implica una intensidad de unos 10A. En las pruebas se ha demostrador que en estas condiciones el mosfet no llegaba a alcanzar ni 70ºC (y aguanta más de 175ºC), por lo que esta configuración valdría para 500W. Si se hace un disipador mas grande, por ejemplo de 7cm x 15cm, se pueden gobernar 1.000W o incluso más sin ningún problema, aunque para 1.000W aconsejo usar 36v en lugar de 24v, así también tendremos un consumo de 30A (en lugar de los 40A que tendríamos a 24v). Para obtener mas potencia, siempre que se pueda se elegirá subir la tensión en lugar de manejar más intensidad. Por ejemplo, para 500W, si en vez de usar 24v usamos 48v, necesitaremos la mitad de intensidad: 10A en lugar de 20A. En fin, se trata de jugar con la tensión y la intensidad. Ya sabéis: Potencia(W) = Tensión(V) x Intensidad(A).

Tened en cuenta uno de mis últimos vídeos donde se trata el recurso de hacer disipadores térmicos a la medida usando perfiles de aluminio de carpintería metálica, además, así ahorraremos dinero.


Vídeo: Cómo hacer disipadores térmicos con perfil de carpintería de aluminio


Protoboard

En esta ocasión, este circuito no será montado (de momento) en una PCB puesto que no sé exactamente cómo va a ser utilizado. A diferencia de otros circuitos, éste no es muy apto para ser encapsulado en un tupper o caja y ser utilizado como un dispositivo independiente. Esta es la razón de porqué (repito, de momento) no completaré el montaje. Lo haré más adelante si decido motorizar alguna de mis bicis.


[Fig 7] Circuito montado en protoboard.  Todo listo para someterlo a prueba

Pero sí lo montaré en protoboard para verificar que funciona y que es fiable, y hay que tener en cuenta que el protoboard ofrece unas condiciones más pobres que un montaje definitivo con sus buenas soldaduras y pistas generosamente anchas, recubiertas de estaño para facilitar la conducción especialmente en el circuito de potencia (mosfet).

Los cables que van al motor también tendrán que ser de sección suficiente y lo más cortos posible para evitar pérdidas. También está claro que todas las uniones eléctricas en la parte de potencia deben estar hechas pensando en que van a circular más de 10A (en este caso, para 24v y 200w)




Lista de componentes

Si decides hacer ya el PCB, necesitarás:

- Una placa de Fibra de vidrio, 150 mm  x 100 mm puede valer.

- Baterías: Las necesarias, en este caso, dos de 12v en serie (24v). En cuanto a la capacidad (Amperios-hora), un mínimo de 7 Ah. Con 12 Ah tenemos casi el doble de autonomía. Con 18 Ah la autonomía sería de casi una hora, pero también sube el volumen de las baterías, así como su peso y precio. Es una opción que hay que pensar, depende del uso que le vayas a dar, del tipo de trayectos: Si van a ser cortos o más bien largos.

- Un interruptor

- R1 Resistencia 100K (100.000 ohmios, marrón, negro, naranja) 1/2W

- R2 Resistencia 1K (1.000  ohmios, marrón, negro, rojo) 1/2W

- P1 Potenciómetro 100K, lineal

- C1 1nf 63v

- C2 10nf 63v

- D1 Diodo zener 12v

- D2 y D3 Diodos 1N4148

- D4 Diodo 10A, P0101

- Q1 Transistor NPN de uso general. El TIP31C vale

- Q2 Mosfet IRF1407

- DSP1 Disipador térmico de 7cm x 7cm para el mosfet (lo  haremos a partir de perfil de aluminio, del utilizado en carpintería metálica)

- IC1 Circuito integrado 555

- Motor DC: El elegido, acorde con las baterías, en este caso, 24v 200W



La duración de la batería
Me gustaría ampliar el tema de la duración de las baterías.


La duración de una batería viene determinada por el parámetro capacidad, que viene expresado en Amperios-hora. Sin embargo, ese valor es teórico. No se puede extraer el 100% de una batería, ni mucho menos. En el caso de las baterías convencionales de plomo-ácido, sólo se puede extraer el 50% de esa capacidad. Si se trata de baterías "estacionarias" podemos extraer hasta un 80% de su capacidad (pero también son bastante más caras).

Es muy sencillo. Pongámonos en el caso de una batería convencional de plomo-ácido que dice tener 18 Ah de capacidad. Bien, pues su capacidad real será la mitad, es decir, 9 Amperios-hora.

¿Y qué quiere decir 9 Amperios-hora? Pues que podemos extraer de esa batería:

-  9 amperios durante una hora
- 18 amperios durante media hora
- 4.5 amperios durante dos horas
- 36 amperios durante un cuarto de hora (suponiendo que pueda dar 36A)
- 2.25 amperios durante 4 horas

La multiplicación de los amperios y las horas resulta ser el número 9.
Esa será la capacidad o autonomía real de nuestra(s) batería(s)

Si el consumo medio del motor va a ser de 9 amperios, una batería de 18 Amperios-hora permitirá usar ese motor durante una hora. Si con ese consumo la bici circula a 20 Km/h, la autonomía será de... 20 Kms. Estas son cifras bastante aproximadas a la realidad.




Usos

- El uso más común de un regulador de este tipo es para motorizar una bicicleta. 

- También la iluminación es un buen campo de aplicación, especialmente los paneles de diodos LED. No todos los LEDs son perfectamente iguales: A una tensión por debajo de la nominal unos brillan más y otros brillan menos. Como este regulador PWM no actúa sobre la tensión, sino sobre el tiempo, hará que todos los LEDs funcionen a su tensión nominal, y de esta manera lucirán todos por igual. Con más o menos brillo según la regulación, pero lucirán todos los LEDs uniformemente, evitando el feo efecto de zonas mas iluminadas que otras en el panel de LEDs, cosa que sucede en reguladores basados en tensión.

- Cualquier aplicación en que  sea necesario regular una corriente continua.



El vídeo





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viernes, 24 de julio de 2015

DISIPADORES TÉRMICOS para electrónica SUPER-BARATOS



INDICE

Los disipadores térmicos convencionales
El sustituto
Donde conseguirlo
El ahorro
El vídeo




Los disipadores convencionales

En un circuito electrónico hay ocasiones en que un semiconductor (transistor, diodo, circuito integrado) debe trabajar con un nivel de exigencia alto, es decir, debe manejar cierta potencia. Y esto genera calor en el semiconductor.

Si un semiconductor supera cierta temperatura corre el riesgo de destruirse permanentemente. Para evitarlo, esos semiconductores se fijan con tornillos o clips especiales en los llamados disipadores térmicos, y los hay de formas y tamaños muy variados.

En esta foto se muestra una pequeña colección de ellos:

[Fig 1] Disipadores térmicos comúnmente utilizados en electrónica. Abajo a la derecha, dos transistores.

Un problema que se nos presenta a menudo es que necesitamos un tamaño o forma determinada de disipador y no lo encontramos. Otro problema es que no son precisamente baratos. A menudo el disipador es más caro que el propio semiconductor al que protege.



El sustituto

Los perfiles para carpintería metálica (puertas, ventanas, sistemas correderos y muchos más) pueden servir como disipadores a un precio mucho mejor. Pero debemos elegir aquéllos que tengan una forma que sea parecida a la de los disipadores que vamos a sustituir, y lo curioso es que... los hay.

Y los hay de muchos tamaños y formas.

En la siguiente foto, un par de trozos de perfil de aluminio de dos tamaños, uno mediano-grande (izquierda), y otro francamente grande a la derecha (los hay más grandes aún, y también  más pequeños). Solamente tenemos que cortar al largo deseado, hacerle los taladros necesarios (el aluminio no es muy duro), y... disipador listo.

[Fig 2] Disipador convencional (centro).  Perfiles de aluminio (izquierda y derecha)



Dónde conseguirlo

Los trozos de perfil de aluminio de la foto anterior fig.2 los conseguí en un taller de carpintería metálica. En el taller, según van gastando los perfiles, a veces les sobran pequeños trozos que no suelen tener utilidad para ellos excepto venderlos como chatarra. Se pueden conseguir a buen precio y, lo mejor de todo: No tienes que cargar con un trozo de 6.4 metros que es lo que miden estos perfiles originalmente.



El ahorro

Si un disipador mediano-grande como el de la foto del comienzo de este post vale, por término medio, unos cuatro euros, un disipador hecho por nosotros con estos perfiles, si hacemos las cuentas, nos puede salir a sólo 0,70 euros.



El vídeo




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viernes, 17 de julio de 2015

Detector de "Niño al agua" para piscinas



INDICE

Utilidad de este gadget
Tensión: 9v  Apto para todos e inofensivo en el agua.
Esquema y funcionamiento
Lista de materiales
Construcción
    Tupper elegido
    Base de madera
    Hacer y sujetar el péndulo
    Sujetar la alarma
    Sujetar la pila
    Hacer el PCB, sujetarlo
    Fijar interruptor ON/OFF a la tapa
    Fijar salida de sonido a la tapa
El vídeo




Utilidad de este gadget

Como cada verano, nos enteramos por los medios de comunicación de un sinfín de niños ahogados en piscinas, bajo distintas circunstancias, y de todas ellas la que nos ocupa es el caso de que el niño "desaparece" de la  vista de sus padres y se las arregla para acceder a la piscina.

Basta con que el niño pase desapercibido 5 minutos para que se produzca el desenlace fatal. Cuando los padres lo echan de menos y vienen a darse cuenta, ya es demasiado tarde.

Este dispositivo, flotando en la piscina, detectará la onda que se produce al caer el niño. Como las piscinas particulares suelen ser pequeñas, el tiempo de respuesta de la alarma es rápido.

No es el propósito de este montaje, pero también puede servir como detector de intrusos.



Tensión: 9v  Apto para todos e inofensivo en el agua.

Este dispositivo funciona a 9v, por lo que es totalmente seguro tanto a la hora de construirlo, como a la hora de manipularlo incluso en ambientes con agua.

Esquema y funcionamiento

[Fig 1] Esquema de la alarma contra caída de niños en  piscinas


Cuando cerramos el interruptor INT, la tensión de la pila de 9 voltios se aplica al tiristor (Thy): El negativo al cátodo (K) y el positivo al ánodo (A) a través de la alarma. Mientras el terminal puerta o "gate" (G) no reciba un impulso positivo, el tiristor no conduce. La alarma no suena.


Cuando el péndulo es sometido a una oscilación de amplitud suficiente, toca la pared fija y envía un impulso positivo de corriente al terminal G del tiristor produciendo su disparo. Aunque el péndulo no vuelva a tocar la pared, el tiristor sigue conduciendo (y la alarma sigue sonando) hasta que alguien lo desactive pulsando el interruptor INT.

No hay temporizaciones porque no son estrictamente necesarias, y en algunos casos hasta serían inconvenientes o ilógicas. Esto permite un circuito de gran sencillez, y lo sencillo suele fallar poco.

La resistencia R1 de 47
Ω limita la intensidad que se envía al terminal G del tiristor, pues no es necesario mas allá de unos miliamperios.

La resistencia R2 es para "engañar" al tiristor. Aquí ocurre un fenómeno: En algunas alarmas sucede que el tiristor no se queda enganchado, disparado. Esto  es  debido  a que algunas alarmas están basadas en una rápida sucesión de conexiones-desconexiones, y ya sabemos que cuando a un tiristor se le interrumpe la corriente aunque sea en un breve lapso de tiempo, se extingue (deja de  conducir).

La "trampa" consiste en poner R2 en paralelo con la sirena. Aunque en un momento dado la alarma no conduzca, lo hará R2 y con un valor que garantiza que el tiristor no se extinguirá. Según el datasheet del tiristor BT151, la corriente mínima de mantenimiento es de unos 10mA, por lo que un valor de 680Ω para R2 permite circular unos 17mA, suficientes para mantener activo al tiristor. Esta pequeña corriente de 17mA en R2 no supone ninguna alteración para el buen funcionamiento de la alarma.



Lista de materiales

No tiene mucho sentido tomar a rajatabla las medidas de algunos componentes que he utilizado: Si elegís un tupper, o una alarma de tamaño distinto, ya no os valdrán mis medidas, pero aún así las pondré:
Los materiales son:

- Un tupper

- Disco  de madera a modo de soporte para los dispositivos
- Pila de 9 v con portapilas (contactos con cables)
- Dos pequeños imanes de neodimio
- Un poco de acetato o material parecido
- Una alarma para 9-12v
- Péndulo basado en alambre 1.5 mm y tuercas + anillo conductor (cobre)

- Circuito PCB con:
- 4 conectores de dos vias
- R1 47Ω
- R2 680Ω
- Tiristor BT151 (aguanta hasta 12A, así que vamos sobrados)
- Dos separadores tubulares para el PCB

- Una "T" de  PVC de 40mm
- Dos  codos de PVC 40mm
- Un tapón PVC para tubo de 40mm
- Interruptor, mejor si es a prueba de agua
- Algún taco de madera para sujetar la alarma
- Tornillería: Varios tornillos rosca madera (30mm largo, 3-4mm diámetro)
- Tornillería: Varios tornillos rosca metal M3 con arandelas y tuercas para sujetar alarma, circuito, péndulo...

[Fig 2] Materiales a utilizar



Construcción

1) TUPPER ELEGIDO:

Deberá tener tamaño suficiente para albergar todas las cosas que irán en su interior. Son mejores los que tienen la base plana y mas bien achatados: Son más estables.


2) BASE DE MADERA

[Fig 3] Base de madera


He querido evitar a toda costa hacer taladros en el tupper para anular la posibilidad de que se abra una vía de agua y el invento acabe en el fondo de la piscina. 

Así que los dispositivos no los fijaremos en el tupper sino en una madera que descansará suelta en el fondo del tupper.






En la figura 3 sobre estas líneas está la base de madera con las marcas para señalar la posición de cada dispositivo. Es una buena idea "jugar" a disponer los dispositivos de la mejor manera posible y evitar que interfieran entre sí.

Este disco está hecho en panel de 4mm y tiene un diámetro igual al interior del tupper elegido. Lo corté con una sierra de marquetería.


3) SUJETAR LA PILA

Parece que no, pero sujetar la pila de 9v a veces puede ser un auténtico quebradero de cabeza. Esta vez voy a poner a prueba un método ultrarápido: Con dos pequeños imanes de neodimio la pila quedará adherida con bastante fuerza
a la base de madera. Para retirarla bastará con tirar de ella.

Los imanes de neodimio los podemos conseguir gratis de un viejo equipo de CD o DVD. Todos llevan dos imanes de este tipo en su lector láser. En este vídeo podéis ver como extraerlos:

Imanes de neodimio gratis de un viejo equipo CD/DVD

El método consiste en poner los dos imanes en dos taladros hechos en la madera base y encerrarlos por ambos lados con algún material tipo lámina, como el acetato.


4) SUJETAR LA ALARMA

En mi caso he utilizado un taco de madera. Lleva dos taladros para fijarle la alarma y otros dos taladros para fijarlo a la madera base. Es el taco de la izquierda en la foto siguiente:

[Fig 4] Maderas para sujetar alarma (izq) y sujetar péndulo (der)



5) HACER EL PCB, SUJETARLO

Parar hacer este circuito he aprovechado un trozo sobrante de otros montajes (no los tiro, los guardo, siempre resultan útiles para PCB de reducidas dimensiones como en este caso).
[Fig 5] PCB  lado componentes y lado pistas


Una  vez hecho el pequeño PCB le soldaremos los siete componentes: Cuatro conectores, dos resistencias y el tiristor. En esta ocasión solo he previsto dos taladros (y no cuatro) para sujetarlo a la madera base.

[Fig 6] PCB y sus componentes incluyendo tornillería para sujetarlo


6) HACER Y SUJETAR EL SENSOR (PÉNDULO)

El péndulo consta de una parte móvil y otra fija.

La parte  móvil: Un pequeño listón de madera sujetará al péndulo. Puedes ver las medidas de este listón en la figura 4. Se le hace un taladro para pasar un alambre galvanizado de 1.5 mm de grosor. Hacemos en la punta de este alambre una vuelta (nos ayudamos con un destornillador fino). Cortamos otro alambre y le soldamos en un  extremo el peso: Una tuerca M3 dentro de otra tuerca mayor (M8) y soldamos:

[Fig 7] Detalle de cómo hacer el peso del péndulo: Tuerca M3 dentro de tuerca M8 y alambre soldado con estaño

Parte fija: Cualquier cosa que tenga forma de anillo y que sea conductor de la electricidad. Yo usé un trozo de tubo de cobre de 67 mm de diámetro externo. Este anillo (en  mi caso) es innecesariamente largo de más, pero como digo en el vídeo, me resulta más fácil dejarlo así que cortarlo a la mitad y tampoco es ningún inconveniente.

Lo que si es totalmente necesario es que ambos elementos: Péndulo y anillo estén limpios y desprovistos de óxido, pues de lo contrario el contacto eléctrico puede fallar y no se disparará la alarma. Utilicé la taladradora con un accesorio de cepillo circular con cerdas metálicas para pulir el interior del anillo de cobre.

El diámetro recomendado para el anillo es el comentado: 67-72 mm. Si es mayor, la sensibilidad del péndulo puede verse disminuida y la alarma no saltará. Si es menor, será demasiado sensible y pueden darse falsas alarmas que, en este caso, serán bastante fastidiosas.

[Fig 8] Péndulo, parte móvil y parte fija. Del alambre sujeto en la madera debe salir otro cable (aún no está puesto)


7) FIJAR INTERRUPTOR GENERAL A LA TAPA

[Fig 9]  Interruptor general. Protegido contra lluvia


Pondremos en la tapa del tupper el interruptor general. La tapa será el único sitio donde hagamos taladros e irán sellados con silicona. Este interruptor está protegido de la humedad por un recubrimiento de plástico. En mi caso, era necesario un taladro rectangular de 28x22 mm para encajar perfectamente el interruptor.






8) FIJAR SALIDA DE SONIDO A LA TAPA

Un asunto que ha tenido que ser resuelto es, por un lado, la necesidad de que los dispositivos estén lo más protegidos posible, y por otro lado, la necesidad de permitir que el sonido de la alarma salga al exterior del tupper sin que por ello expongamos el dispositivo al agua (lluvia, salpicaduras, condensación...)

Vamos a cumplir con ambos requerimientos poniendo un conjunto de cuatro piezas de PVC sobre la tapa. Todas son de 40 mm de diámetro:

- Una "T"
- Dos codos (orientados mas bien hacia abajo)
- Un tapón (que habrá que taladrar totalmente para permitir salir al sonido)

Este montaje apenas afectará al equilibrio del dispositivo una vez esté en el agua, pues es simétrico. Y digo esto porque la última operación que deberíamos hacer sobre el detector es ponerlo sobre el agua y comprobar que flota horizontalmente sin inclinación ya que de no ser así el péndulo no estaría centrado y resultaría demasiado sensible (falsas alarmas).


[Fig  10]. Conjunto de PVC (40 mm) para permitir la salida del sonido (alarma)


El detector ya terminado incluyendo las conexiones. Se introduce el mecanismo en el tupper (queda suelto pero ajustado), se pone la tapa y... listo:

[Fig 11]. Detector  terminado




El vídeo




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jueves, 2 de julio de 2015

Circuitos ÚTILES 11. Inversor 12v DC - 220v AC (25W)



INDICE

Advertencia
Para qué sirve un inversor
Características de este inversor
Esquema
Lista de materiales
Construcción
Usos
El vídeo



Advertencia

Este circuito produce tensiones de 200-300 voltios por lo que un mal uso o distracción puede provocar un accidente



Para qué sirve un inversor

Si se desea elevar una tensión de 12 voltios a 220 voltios, pues se usa un transformador. Para eso están ¿No?

Lamentablemente, un transformador sólo funciona cuando se le aplica corriente alterna. Por ejemplo, la de casa, que cambia 50 veces por segundo de polaridad. Con corriente continua -como la de una batería- no funcionan.

Si conectamos corriente continua a un transformador, comprobaremos que en el secundario no obtenemos ninguna tensión. No se transfiere la energía. Lo único que ocurrirá es que circula la corriente continua por el transformador, calentándolo, llegando incluso a destruirse tanto el transformador como la fuente de corriente.

Para elevar la tensión de una corriente continua primero tenemos que convertirla en alterna. Entonces es cuando se puede usar un transformador para elevarla.

Así que podemos decir que un inversor es un oscilador, aunque eso sí: Un oscilador de potencia, que manejará una corriente elevada.

Un inversor básico es un circuito sencillo, pero a medida que se le añaden prestaciones o "extras" dicho circuito se complica. Un inversor avanzado tendría estas características:

- Gran potencia. Los hay para miles de amperios

- Onda senoidal pura (frente a onda cuadrada)

- Gasto cero si no hay carga conectada. Los inversores básicos siguen consumiendo aunque no haya una carga conectada.

- Sistemas de protección (sobrecarga, cortocircuito...)

- Estabilidad tanto en tensión como en frecuencia

- Circuito de alta frecuencia que permite usar transformadores pequeños, lo mismo que ocurre en las fuentes conmutadas respecto de las fuentes lineales convencionales.



Características del inversor

Tensión entrada: 9-14 voltios DC
Tensión salida: 200-290 voltios AC (la tensión baja si hay carga conectada)
Potencia máxima: 25W
Tipo de onda: Cuadrada



Esquema


[Fig 01] Esquema del inversor

Circuito sencillo a más no poder. Q1 y Q2 forman un circuito oscilador que alimentan el primario del transformador T1. En el secundario se obtienen aproximadamente 240 voltios.



[Fig 02] Transistores TIP35C en primer plano
Los transistores TIP35C pueden manejar hasta 25A (a 100 voltios), en esta aplicación se las verán con no más de 1.5A y a 12 voltios, por lo que no creo que nunca se rompan. Funcionan tan "relajados" que no necesitan disipador, pues no se calientan lo más mínimo, y esto es bueno, pues un disipador a menudo ocupa mucho más espacio que el propio transistor y su coste también suele ser bastante mayor. Eso que nos ahorramos...

Un TIP35C cuesta alrededor de 1 euro.







Lista de materiales


[Fig 03] Materiales

Estamos ante un proyecto poco exigente en cuanto a lista de componentes:

- Transformador:
     Secundario 9+9v. (Aquí actuará como primario)
     Primario: 0-220v. (Actuará como secundario). Toma de 125v opcional
- 6 Tornillos. 8 arandelas y 6 tuercas M3
- 4 Separadores de plástico para el PCB
- PCB montado con el circuito inversor
- 1 Tupper o caja
- 1 metro de cable, vale el rojo y negro de altavoz, sección mediana
- 1 base de enchufe para AC, de superficie (para empotrar)
- 1 Interruptor empotrable
- 1 Portafusible con fusible de 3A
- 1 Conector para encendedor. A veces estos conectores llevan fusible. 
     En este caso puedes omitir el portafusible anterior.

Para el PCB:
- Una placa virgen de 80 x 60mm
- R1  Resistencia 2K2 (Dos mil doscientos Ω, rojo-rojo-rojo)
- R2  Resistencia 560Ω (verde-azul-marrón)
- R3 = R2
- R4 = R1
  Las 4 resistencias de 1/2 W es suficiente.
- C1 y C2  Condensador electrolítico 10µF 400v
- D1 y D2  Diodo 1N4007
- Q1 y Q2 Transistor TIP35C



Construcción

El PCB se hace bastante rápido cuando es sencillo, como en esta ocasión. Os pongo unas fotos sobre el diseño del mismo:



[Fig 04] Diseño del PCB



[Fig 05] Pistas (Rotulador) en el PCB



















Una vez hechos los taladros y la serigrafía casera en el PCB, ponemos los componentes y los soldamos. Las pistas de cobre del colector de cada uno de los transistores así como la pista que une los dos emisores las he recubierto de estaño para darles una mayor conductividad.


[Fig 06] PCB terminado

Sujetamos a la tapa del tupper el transformador y el PCB.
Para el transformador usamos dos tornillos, cuatro arandelas y dos tornillos, de métrica 3 (M3). Para el PCB usamos cuatro tornillos, dos arandelas y cuatro tuercas también M3. No pueden faltar los cuatro separadores tubulares de plástico para dejar espacio entre el PCB y la tapa. El largo de estos separadores, en esta ocasión, es de 10 mm aunque sería suficiente con 5mm. 

Estos separadores se venden con longitudes distintas, en las tiendas de componentes electrónicos:

[Fig 07] Sujeción del Transformador y del PCB
















El último paso es conectar las cosas entre sí, y a esto va a ayudar bastante el uso de conectores. Hay dos: Uno de dos vías para el bobinado 9+9 del transformador y otro de tres vías para la entrada de corriente desde la batería. Utilizo la tercera vía para llevar el cable positivo hacia el central del 9+9 de T1:




[Fig 08] Cableado del inversor


Usos

Este pequeño gadget me parece útil para incursionar en el tema de los inversores, pero también es capaz de hacer trabajos útiles y concretos como ha quedado demostrado en el vídeo.

A pesar de ser de onda cuadrada ha hecho funcionar pequeños dispositivos de carácter más bien inductivo como es el caso de los alimentadores y cargadores.

Debemos desconectar este inversor cuando no se esté usando, pues aunque no haya nada conectado sigue gastando batería. Será suficiente con accionar el interruptor. Mejor aún desconectarlo de la batería.

Entre las distintas cosas que he probado y han funcionado:

- Lámparas LED de hasta 25W
- Cargador de móvil de 220v
- Alimentador 220v AC - 9v DC (Radio)
- Alimentador 220v AC - 18v DC (Mini-Taladro)
- Cargador de baterías de mi cámara de fotos/vídeo.



El vídeo





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