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en tiempos de aranguren. no esta mal estar preparado!

Convertidor 12 V a 5 V聽USB



Todo el que tenga una instalaci贸n fotovoltaica con bater铆as acumuladoras a 12 V, el que utilice la autocaravana o furgoneta para viajar, o el que quiera poner a cargar en su autom贸vil el tel茅fono o la tablet o cualquier accesorio electr贸nico que funcione a 5 V, necesita un convertidor de 12 V a 5 V. Si adem谩s el convertidor tiene un conector USB hembra a su salida, no tiene m谩s que conectarle el cable que viene con dicho tel茅fono, tablet聽o accesorio para ponerlo a cargar.
En el art铆culo pasado os ense帽茅 c贸mo funciona un聽
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. Vamos a aplicarlo a la construcci贸n de un convertidor de 12 V a 5 V, capaz de entregar 4 A de corriente m谩xima.Este convertidor nos va a hacer posible alimentar accesorios electr贸nicos, tel茅fonos, tablets, etc., que est谩n preparados para conectarse a un puerto USB, cuya tensi贸n nominal son 5 V. Esto es muy 煤til cuando estamos en el autom贸vil, furgoneta, autocaravana, o tenemos una instalaci贸n a 12 V alimentada con placas solares,聽
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.Como visteis en el anterior art铆culo, un聽
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聽trocea la energ铆a entrante a alta frecuencia, despu茅s filtra esa frecuencia para obtener la tensi贸n continua de menor valor a la entrada, y a la vez recoge una muestra de esa tensi贸n como realimentaci贸n, para variar el 鈥渄uty cycle鈥 o ciclo de trabajo de esa se帽al de alta frecuencia con el fin de autorregular el valor de tensi贸n de salida y que 茅ste se mantenga estable, independientemente de las fluctuaciones de la tensi贸n de entrada al circuito y del consumo de corriente de la carga.Con todo esto, parece que el circuito a dise帽ar va a ser muy complejo, pero la realidad es que existen circuitos integrados que realizan todas estas funciones con muy pocos componentes externos, facilit谩ndonos enormemente el trabajo.Mi preferido (me lo ver茅is utilizar en multitud de dise帽os) es el聽
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聽(antes pertenec铆a a National Semiconductor, hasta que TI la compr贸).
脡ste es el esquema del convertidor de 12 a 5 voltios:
Convertidor conmutado de 12 V a 5 V (haz click para abrirlo ampliado)聽Descripci贸n del circuito
La entrada de 12 V se realiza a trav茅s del conector聽CON1. Lo primero que hay son 2 condensadores,聽C1聽y聽C2, que sirven para evitar que los ruidos el茅ctricos producidos en este montaje afecten al resto de la instalaci贸n de 12 V.Despu茅s tenemos el circuito integrado聽U1聽(LM3578) y sus componentes asociados:
  • Los pines de alimentaci贸n del integrado son el 8 (Vin) y el 4 (GND).
  • C4聽determina la frecuencia de funcionamiento del convertidor, en este caso cerca de 100 kHz.
  • C3聽es necesario para el funcionamiento estable del integrado.
  • La salida de alta frecuencia del integrado se hace a trav茅s de un transistor, del que podemos acceder a su colector (pin 6) y su emisor (pin 5), que conectamos a masa.

R3聽es un 鈥渟hunt鈥 de corriente, es decir, una resistencia de valor muy peque帽o que sirve para medir la corriente entregada por el circuito para introducirla en el pin 7 del integrado. El LM3578 mide dicha tensi贸n y, si 茅sta supera el valor de 110 mV, corta la se帽al de salida con el fin de actuar como protecci贸n contra sobrecorrientes y cortocircuitos.He puesto un valor de聽R3聽de 0,025 ohmios, as铆 que la limitaci贸n de corriente actuar谩 cuando el consumo alcance los 4,4 amperios.El transistor聽T1聽es el interruptor de potencia, abri茅ndose y cerr谩ndose casi 100.000 veces por segundo, y para ello est谩 controlado en su base por las resistencias聽R4聽y聽R5, conectadas al transistor interno del LM3578, como he explicado antes.Despu茅s del transistor tenemos el filtro compuesto por la bobina聽L1聽y los condensadores聽C5聽y聽C6.El diodo聽D1聽cierra el circuito de salida cuando聽T1聽est谩 abierto. Es un diodo聽
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, con un tiempo de respuesta superior al de los diodos convencionales (necesario para circuitos de alta frecuencia como 茅ste), y con una ca铆da de tensi贸n directa muy peque帽a, de unos 0,2 V.El lazo de realimentaci贸n est谩 compuesto por un divisor de tensi贸n,聽R1聽y聽R2, conectado a la tensi贸n de salida. La tensi贸n dividida se introduce en el pin 1 del integrado, donde la compara con una referencia interna de 1 V. Dependiendo del resultado de dicha comparaci贸n, el integrado aumentar谩 o disminuir谩 el ciclo de trabajo (duty cycle) de la se帽al de salida, para regular la tensi贸n de salida del circuito.Por 煤ltimo, los 2 pines centrales de cada conector USB van unidos entre si, para forzar la carga de los dispositivos que conectemos.He se帽alado con l铆nea discontinua las ramas del circuito por las que circula m谩s corriente, con el fin de hacerlas con cobre m谩s grueso en el montaje.Montaje del circuito
Una vez os he explicado el funcionamiento del circuito, vamos a montarlo.Lo he hecho en una placa de circuito impreso taladrada para prototipos, pero el que lo desee puede dise帽ar un circuito impreso espec铆fico.Lista de materiales:
  • C1,聽C6: condensadores de聽100 nF
  • C3: condensador de聽22 pF
  • C4: condensador de聽820 pF
  • C2: condensador electrol铆tico de聽1.000 渭F, 16 V
  • C5: condensador electrol铆tico de聽470 渭F, 6,3 V
  • CON1: regleta PCB de 2 contactos
  • USB1: conector USB tipo A hembra doble para PCB
  • D1: diodo tipo Schottky聽1N5819
  • L1: bobina (inductor)聽25 渭H, 4 A聽(ver texto)
  • U1: circuito integrado聽LM3578
  • T1: transistor tipo PNP聽BD436
  • R5: resistencia de聽100 惟聽(marr贸n-negro-marr贸n)
  • R4: resistencia de聽120 惟聽(marr贸n-rojo-marr贸n)
  • R2: resistencia de聽10 k惟, 1%聽(marr贸n-negro-negro-rojo)
  • R1: resistencia de聽40,1 k惟, 1%聽(amarillo-negro-marr贸n-rojo)
  • R3: shunt de聽0,025聽惟聽(ver texto)
  • 1 disipador聽peque帽o para el transistor, con un tornillo de 3 mm y una tuerca.
  • Pasta聽de silicona聽t茅rmica.
  • Cablecillo de conexionado:聽fino y grueso
  • Placa de circuito impreso聽perforada.
  • 4 separadores y 4 tornillos de 3 mm, que har谩n de patas


El patillaje del transistor BD436 es el siguiente:
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La bobina se puede comprar hecha, pero tambi茅n se puede hacer a mano. Una opci贸n es comprar un n煤cleo toroidal de ferrita apto para la potencia requerida. Otra opci贸n es realizar, seg煤n el m茅todo que describ铆 en el art铆culo 鈥
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鈥, un n煤cleo toroidal con las siguientes medidas:
  • 23聽mm de di谩metro exterior
  • 7聽mm de di谩metro interior
  • 13聽mm de altura


Despu茅s, tanto con el n煤cleo comercial como con el realizado a mano, deberemos enrollar 32 espiras de hilo de cobre esmaltado de 1 mm2聽de secci贸n o, mejor a煤n, 2 hilos trenzados de 0,4 mm de di谩metro (calibre awg 26). Si ten茅is hilo m谩s grueso se puede utilizar, y si lo ten茅is m谩s fino tambi茅n, pero en lugar de 2 hilos tendr茅is que trenzar 3, 4 o los que haga falta para llegar a la secci贸n total de 1 mm2, necesaria para que la bobina no se caliente al circular la corriente.
Esta configuraci贸n de hilo trenzado se llama聽
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.
Para bobinar el inductor os pod茅is ayudar con un gancho de hacer ganchillo
Despu茅s, hay que pelar los extremos del hilo de cobre esmaltado, raspando con una cuchilla, y una vez pelados, esta帽arlos con el soldador.
Para la realizaci贸n del shunt (R3) de 0,025 ohmios, podemos utilizar hilo de conexionado muy fino, del que deberemos averiguar su resistencia.
Para ello, mediremos un trozo largo de varios metros con un mult铆metro. Despu茅s, cortaremos un trozo equivalente a 0,025 ohmios, y pelaremos los extremos.
Tendremos que cortar a la medida deseada la placa de circuito impreso, y agrandar los taladros para las patas de los componentes que lo requieran.Despu茅s, iremos colocando y soldando los componentes en la placa.
En un principio mont茅 el transistor sin disipador, pero despu茅s de ponerlo en funcionamiento me di cuenta de que se calentaba un poco (no mucho), y le puse un disipador; as铆 que mejor ser谩 montar el disipador antes de soldar el transistor, pues resultar谩 m谩s c贸modo.
Primero hay que poner un poco de pasta t茅rmica, y despu茅s se monta el tornillo y la tuerca.Una vez soldados todos los componentes, habr谩 que hacer las conexiones por el lado de soldaduras, siguiendo el esquema. Hay que tener cuidado de realizar las conexiones marcadas con lineas discontinuas en el esquema con cable m谩s grueso, pues es por las que circula m谩s corriente.
En la regleta se conecta la alimentaci贸n de entrada de 12 V. Dicha alimentaci贸n (una bater铆a de plomo, por ejemplo) debe ser capaz de entregar unos 2 A para que a la salida de 5 V podamos obtener hasta 4 A.
En el conector USB doble podemos conectar 1 贸 2 dispositivos a la vez, como pueden ser smartphones, tablets, o cualquier otro que se alimente a 5 V, teniendo en cuenta que la suma de los consumos no puede sobrepasar los 4 A.
En la pr谩ctica, no hay por qu茅 limitarse a alimentar el circuito con 12 V, sino que podemos alimentarlo con cualquier tensi贸n comprendida entre 7 V y 40 V, que es la tensi贸n m谩xima admitida por el LM3578.鈥斺斺斺斺-Fe de Erratas y Mejoras
  • 1-01-2016: Corregida la corriente que debe entregar una bater铆a de 12 V para que a la salida de 5 V tengamos 4 A (cambiado de 900 mA a 2 A). Gracias a聽
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    .

Firma

El cocinero del averno!

Humor reeloco les muestro mi certificada!
Ciencia y Educacion 42% de EE UU cree que dios creo al ser humano
BeneNoticias laura
Mira vos che Esta app creada en Berl铆n sirve para cazar neonazis

14 Comentarios

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