O, CÓMO DISPONER DE UNA TENSIÓN NO ESTÁNDAR.

En esta ocasión se tratará un caso espacial dentro de los reguladores estándar de tensión, dichos valores ya se trataron de forma extensa en la lección 3, en la que se puede ver una tabla de valores estándar a una serie sobre reguladores ajustables. Pero, qué ocurre cuando uno necesita una tensión continua fija que está comprendida entre dos de esos valores estándar, sencillamente tiene que buscar una forma de lograr la tensión que necesita, sin salirse de presupuesto y que además le de seguridad.

EL PROYECTO.

Se trata de poder alimentar una cámara de vídeo de las que tanto nos pueden ayudar a recordar los momentos especiales, y que no se sabe porqué, cuando llega el momento más importante, resulta que por exceso de uso del flash o grabar, te quedas sin batería.

El proyecto consiste en realizar un montaje que, partiendo de una tensión de 12 V o mayor, proveniente de una batería (o generador del coche), cargar una batería de las utilizadas por los fotógrafos profesionales de 12V a 6’5A, o de las de Níquel-Cadmio libre de mantenimiento, o simplemente alimentar directamente la cámara desde una fuente de alimentación, si es el caso.

Estas batería de Níquel-Cadmio, tienen unas particularidades a la hora de su carga/descarga, porque requieren de un cargador especial (el cual describiremos posteriormente), ya que no se trata de la típica batería de plomo (bueno si es el caso, una de plomo, también sirve, pero no este cargador). Por lo tanto podría decirse que son dos proyectos, uno, el convertidor o reductor y el otro el alimentador.

El Enunciado.

Las características más comunes en una cámara de vídeo (flash a parte), son las siguientes:

En principio debemos procurarnos unos pocos componentes que, además deberían ser habituales y fáciles de localizar en cualquier comercio, de cualquier parte. Podríamos emplear un regulador ajustable de los que tanto se encuentran a nuestro alcance (LM317, L200, UA78HG u otro), y si alguien así lo desea, puede hacerlo, no cabe duda que, les va a dar buen resultado.

Pero aquí, como siempre, se intenta dar una solución diferente, la cual permita al mismo tiempo que se logra el fin deseado, la posibilidad de utilizar componentes que tengamos en nuestro laboratorio o taller o el comercio de la localidad. Si el nivel de calidad y seguridad no se ve comprometido, como es el caso, tanto mejor para el proyecto.

EL CIRCUITO ADAPTADOR.

Para una mejor comprensión de lo que se va a describir, es conveniente mirar con atención la figura AT1. En principio parece un simple regulador de tensión, pero en él puede verse una particularidad, que consiste en un grupo de tres diodos montados en serie con el cátodo (k) a masa y el ánodo a la patilla central (o patilla flotante) del regulador, éste se escogerá dependiendo de la tensión de salida que se desee, en la figura se puede apreciar 5V o 6V.

Fig. 1  AT1

La tensión diferencial entrada/salida de un regulador debe ser, mayor de 2 V la tensión de entrada que la de salida, (según los propios fabricantes), para que se produzca una regulación eficaz. En principio y atendiendo al párrafo anterior, debemos escoger siempre que sea posible un regulador de 5 Voltios y así obtener los 6’8 o 7’4V  (en su caso será de 6 V) como demuestra la mencionada figura.

Discusión.

La entrada, se supone que es de corriente continua procedente de un regulador de doble onda o en su caso de semiciclo si se desea un cargador rápido, en cualquier caso dicha corriente, se filtrará mediante un primer condensador de unos pocos microfaradios, no se recomiendan grandes capacidades, lo que se puede situar entre los 200 y los 470 µf/35V, la tensión como siempre, se escogerá de la estándar la superior a la de entrada, de manera que no se caliente el condensador y se perfore en su caso. A continuación, se recomienda conectar un pequeño condensador cerámico de unos 100 nf/63V, muy común, el cual se encargará de eliminar cualquier pico esporádico que pudiera alcanzar al regulador y así mismo, evitará que éste entre en auto oscilación por cualquier motivo indeseado que produciría su destrucción.

Ahora, se conectará el diodo inverso D₁, el cual es un común 1N4001 por ejemplo u otros que se tengan a mano, este diodo nos asegura la protección y guarda la integridad del regulador, en el caso de que estando conectada la batería a la salida del circuito, éste se desconecte de la corriente de red, lo que inevitablemente puede llevar en la mayoría de los caso a un deterioro del regulador. Este diodo se conecta como se puede apreciar con el cátodo en la patilla de entrada (pin 1) y el ánodo en el de salida (pin 3 del regulador, siempre que hablemos de la conocida familia 78XX).

En la conexión perteneciente a la patilla central (pin 2, en una cápsula TO-220), conectaremos una serie de diodos para compensar la tensión que le ‘falta‘ al regulador. Teniendo en cuenta que la tensión de umbral de un diodo de silicio es de 0’6V, tomaremos ésta, como la tensión de referencia. Debido a que el regulador nos entrega 5 V a su salida, hasta los 7’4V, nos faltan 2’4 V, los cuales obtendremos de la serie constituida por 4 diodos en D_2..4 lo que nos dará (Pulsa para el resultado [4×0’6=2’4]) Voltios.

Esta serie de diodos se comportan (como se ha dicho) como una tensión de referencia, de cara al regulador, una resistencia se vería influenciada por las variaciones de temperatura y repercutiría en la tensión de salida; un diodo zener de tan poca tensión no es fácil, puede que cueste más de encontrar y que no sea económico, por lo que se ha adoptado esta medida de los diodos en serie que como se ha explicado, da buen resultado.

En paralelo a la salida del regulador, se ha conectado un pequeño condensador cerámico de nuevo, con el mismo propósito que el anterior y de igual modo un electrolítico, esta vez insisto el valor debe ser muy bajo, entre los 10 µf/25V y los 47 µf/25V o 100µf/25V a lo sumo. Además, se dotará de un diodo inverso D₅ en los terminales de salida antes de un fusible de seguridad en serie a la salida, como se puede apreciar. Este diodo también es de seguridad para que, en el caso de una conexión a la batería de polaridad invertida de forma fortuita en la salida, salte el fusible y no pase a mayores el problema.

EL CARGADOR.

Introducción.

Ahora, vamos a abordar la construcción del cargador, las características de este cargador son especiales, ya que con él vamos a cargar las baterías de Níquel-Cadmio (Ni-Cd). Estas baterías, requieren para su carga de una corriente constante de 1/10 de su capacidad en Ah, lo que para una batería de 6 Ah, representa 600 mA y unas 10 horas de carga, en el caso de un cargador ideal. Sin embargo la eficiencia de un cargador tan sólo es del 70% al 75% aproximadamente, de tal modo que el tiempo real de carga es mayor de 10 horas. 

Sin embargo, si utilizamos una tensión pulsante o sea rectificada por un sólo diodo, como tensión de alimentación, esto produce una corriente pulsante, lo que, según los fabricantes de baterías permite una carga más rápida, aunque no tan profunda como la descrita en un principio. 

Por lo tanto, en un cargador de estas características, el factor tensión es un elemento de relativa importancia, ya que debe tratarse de una tensión siempre mayor que la nominal de al menos 3 voltios o 4 máximo, lo que se recomienda en la mayoría de los casos para un buen mantenimiento de la batería bajo carga. Aquí, lo realmente importante es el control de la intensidad de carga que debe ser a corriente constante.

El proyecto que en un principio sería un cargador de baterías normal, lo vamos a modificar y lo vamos a convertir en una fuente de alimentación que conserve las características descritas y nos entregue una corriente constante, de esta forma le podemos dar más utilidad.

La diferencia esencial, entre una fuente de alimentación y un cargador de baterías, consiste en un dispositivo que compara la corriente de carga, de la batería bajo carga con un valor preestablecido, cuyo dispositivo corta la alimentación de forma automática cuando la corriente de paso no llega al mencionado valor fijado.

Los propios fabricante dan algún tipo de recomendación a la hora de cargar sus baterías y distinguen entre carga de bajo nivel o rápida y carga de profundidad o larga duración. Si es cierto que, recomiendan una carga de profundidad por lo menos cada dos o tres de las rápidas. Dado que la carga que mejor resultado y más alarga la vida útil de una batería es la llamada de profundidad o de larga duración. Este es, el parámetro que decide el tipo de fuente o cargador que abordamos. 

Características.

La corriente de carga de una batería de este tipo, es la característica más importante de todas con diferencia, su valor no debe superar en ningún momento el 10 % de la corriente máxima que puede dar en la descarga. Este valor lo establece el fabricante y normalmente viene reflejado en el propio cuerpo de la batería. Así, si la corriente de descarga máxima es de 6,5 Amperios/hora, la corriente de carga será de 650 mA (0’65 A).

Por lo tanto los datos de los que partimos para la construcción son:

1. La tensión  > 12 V  o 13’8 V.

2. La corriente de carga del 10% de la corriente máxima (6,5A/h de descarga), 650 mA, aproximadamente.

Para conseguir una fuente de corriente, es necesario disponer de una referencia que nos permita variar dentro de unos límites la corriente de carga evitando causar el consabido deterioro de la batería bajo carga.

Los componentes.

Los componentes que necesitaremos en este proyecto son:

El esquema.

Dado que, necesitamos principalmente una corriente constante sin perder de vista la sencillez, vamos a utilizar como elemento base, el conocido LM317, un dispositivo de tres patillas, entrada, salida y la central para la regulación, con encapsulado TO-220. Utilizaremos dos reguladores ajustables idénticos con diferentes fines, o sea, uno lo utilizaremos como regulador de tensión y el segundo como regulador de corriente, a cuya salida obtendremos la tensión especificada y además con una corriente constante máxima de salida regulable.

El esquema de aplicación se muestra en la figura 2, en la que se pueden apreciar todos los componentes que lo constituyen y que como se puede ver no son muchos. Su sencillez, no minora calidad al objetivo que se ha marcado al proyectar una fuente de tensión regulada con intensidad de salida constante, que además puede ser ajustada en cierto modo a nuestro gusto.

Fig. 2

Un regulador al que su patilla de regulación, se conecta a la patilla de salida mediante una resistencia de bajo valor (valor que viene dado por la relación I = 1,25/Rx), se convierte en una fuente de corriente constante. Este es el modo en que se ha conectado el regulador IC2.

El esquema presenta un montaje de dos reguladores, IC1 como regulador de tensión a cuya salida se conecta un segundo regulador IC2 de corriente constante, esto es una aplicación de gran rendimiento, ya que mediante los potenciómetros (de acceso desde el exterior), con P1 se ajusta de 0V al máximo (30V) y con P2, también podemos ajustar corriente constante a nuestras necesidades. 

El potenciómetro P2, debe escogerse de los de tipo bobinado de 1 Watio, ya que la corriente que tiene que soportar estará comprendida entre 25 mA y 1,5 A. Con esto tenemos terminada la fuente de alimentación.

Teniendo en cuenta que el cargador requiere un dispositivo que desconecte la corriente y por lo tanto la tensión, este es el reto que queda por resolver y creemos que podría ser una tarea que deberían resolver nuestros amables lectores, anímense y envíenos sus sugerencias, la más acertada la expondremos en esta misma página y haremos resaltar el nombre del amigo que de con su solución.

Sugerencia.

En el circuito siguiente podemos distinguir las diferentes partes que forman un alimentador: rectificación, regulación, control de intensidad y control de carga. La rectificación así como la regulación, pienso que es un tema que está bastante aclarado en otras lecciones que pueden consultarse en este sitio u otras páginas sobre el tema, por lo tanto se verá de pasada.

Fig. 3

La rectificación se lleva a cabo como se ha dicho, mediante el puente rectificador PR1, a doble onda y C1=2200µf/25V. En cuanto a la regulación se garantiza mediante el conjunto formado por T2 (BD450), T3 (2N3055) y T4 (BD139) o sus respectivos equivalentes y unas resistencias asociadas. La desconexión viene controlada por el transistor T1, el thiristor Th1 y el relé RL1.

Pero este sistema está más detallado en el tutorial autocargador, donde se desarrolla el tema en profundidad, emplazamos al lector a que lo revise si aún no lo ha hecho para ampliar conocimientos.