Un aspecto importante en la implementación de un proyecto electrónico es la forma en que lo vamos alimentar.
En toda fuente de alimentación nos dan dos valores en las especificaciones técnicas.
1- La Tensión medida en Volt
Ejemplo en Pilas de AA de 1,5V que al poner en serie la tensión se suma o sea
4 Pilas AA de 1.5V = 6V
2-La corriente es medida en Amper o se presenta a veces en una unidad mas pequeña mA (miliAmper)
Ejemplo 2Amp =2000 mAmp
En general podemos alimentar nuestros proyectos:
- Empleando el regulador de voltaje integrado en el Arduino.
- Aplicando directamente un voltaje regulado a la tensión nominal del Arduino.
Para alimentar Arduino podemos:
- Aplicar 7-12V en la entrada jack que tiene Mega,Arduino UNO y otros modelos.
- Aplicar 6-12V entre el pin GND y el pin Vin en Arduino.
- Alimentar mediante USB de 5V.
- Aplicar 5V regulados y estables en el pin 5V o 3,3V en ciertos modelos.
Para comenzar veremos las limitaciones de alimentación y los pines de entrada de los tres modelos mas utilizados de Arduino.Ver siguientes imagenes( poner énfasis en carteles rojos). Haz clic para ampliar la imagen.
Ahora vamos a analizar diferentes variantes de alimentar los proyectos donde interviene el microcontrolador:
1- Con Cable USB
Es la manera mas simple la provista por el puerto USB, que proporciona 5V y 500 mAmper, tiene la desventaja que tiene que estar conectado al ordenador.
2-Baterias Power Bank
Esta opción tiene la ventaja que proporcionan 5V regulados, por lo que podemos alimentar Arduino a través del USB, sin preocuparnos de la necesidad de regular el voltaje.
Muchos de estos bancos de energía, incorporan una única batería de litio 18650, más un pequeño circuito que eleva y regula el voltaje a 5V. En estos casos podemos incluso sustituir una batería por otra, empleando la misma caja, mientras cargamos la batería descargada.
El voltaje de 5V es adecuado para alimentar una gran variedad de componentes, como motores DC, servos, así como una gran cantidad de dispositivos ( tiras LED, displays,sensores).
Estos dispositivos son recargables. La capacidad de energía es alta, pudiendo encontrar bancos de hasta 17.000 mAh.
Una de las desventaja, es una opción algo cara frente a otras opciones disponibles. Además, la intensidad máxima es reducida, inferior a 2A, lo que le hace inviable para proyectos grandes.
Una “Power Bank” banco de energía USB es una buena solución de movilidad, como batería para llevar encima que nos permita hacer pruebas y montajes de forma sencilla y es mucho mejor que una batería de 9V.
3-Pilas comunes / Pilas recargables
a- Pilas Comunes
Baterias de 9V
Es una de las opciones más extendidas, especialmente para usuarios que están comenzando en este mundo. El voltaje de 9V es apropiado para alimentar Arduino.
Tienen la ventaja de ser fáciles de conseguir. Además hay disponibles cables y portapilas, que incluso incorporan un conector jack tipo Arduino, lo que hace que sean fáciles de usar.
Como desventajas, una pila tiene una capacidad típica de 600 mAh aproximadamente. Además proporcionan una intensidad de corriente máxima muy baja, en torno a 300mA, útil solo para proyectos pequeños.
Ademas 9V es una tensión inadecuada para la mayoría de actuadores. Resulta excesiva para la mayoría de motores DC y servos, mientras que no es suficiente para grandes motores brushless y paso a pasoque funcionan con 12V además de requerin mucho más intensidad.
Pilas AA
Usar cuatro pilas AA en serie, proporcionando un total de 6V, es otra opción sencilla y ampliamente usado en pequeños proyectos de iniciación.
Podemos encontrar con facilidad porta pilas, cables y otras soluciones para incorporar cuatro pilas AA como forma de alimentación en nuestros proyectos.
Las pilas AA tienen la ventaja de ser fáciles de encontrar. Además, el voltaje de 6V es adecuado para alimentar motores de DC y servos.
La carga es superior a las pilas de 9V. Cuatro pilas AA convencionales proporcionan 800-1500 mAh , en el caso de usar pilas AA alcalinas la capacidad es de 1700-2800mA.
En cuanto a la intensidad máxima que podemos obtener supera 1A, pudiendo llegar a extraer hasta 2A. Pero debemos tener en cuenta que, debido a las curvas de descarga, la cantidad de carga que podemos extraer de la pila se reduce cuanto más rápido la drenamos.
El precio de las pilas es barato, pero al no ser recargables a largo plazo no resulta económico.
En resumen, otra opción sencilla,válida para pequeños proyectos y robots.
b-Pilas o Baterias Recargables
Pilas Recargables AA de 1.2 V
Como el caso anterior de pilas, pero esta vez con pilas recargables. Podemos usar baterías de NiCd “ya no se usan” o NiMh. El voltaje es un poco inferior, 1.2V por bateria, por lo que necesitaremos 5 baterías para conseguir los 6V.
Podemos encontrar fácilmente porta baterías para 5 baterías AA, así como todo tipo accesorios y cables para conectar de forma sencilla a Arduino.
Las pilas recargables AA son fáciles de encontrar, pero son más caras que las pilas no recargables. A esto debemos añadir la necesidad de un cargador.Estos sobre costos se compensan rápidamente, resultando más económico que comprar pilas en forma frecuente.
La carga de las pilas recargables también es algo inferior a las no recargables. Las baterías de NiCd tienen una carga de entre 500-1000 mAh. Las baterías de NiMh tienen capacidades de entre 600-2500 mAh.
La intensidad máxima es similar, aproximadamente 1A de forma sostenible, lo cuál es suficiente para proyectos y robots pequeños.
Pilas de Litio 18650 de 3,7V
Las pilas de litio 18650 son conocidas por alimentar linternas y láser de mano. Aunque no son tan conocidas como solución de alimentación para Arduino, en realidad son una gran opción a tener en cuenta.
Con dos baterías de litio 18650 puestas en serie proporcionan 7.4-8.2V, que es un voltaje perfecto para alimentar Arduino. También encontramos porta baterías que permiten incorporar con facilidad estas baterías a nuestros proyectos.
Las baterías de litio 18650 tienen la ventaja de proporcionar una alta capacidad de carga. Las baterías de primeras marcas proporcionan hasta 4800 mAh.
Proporcionan una capacidad de descarga de entre 1C – 2C, según modelos. Esto supone una intensidad máxima de hasta 10A, aunque por seguridad no resulta aconsejable drenar más de 2-4 A sin estar muy seguros de la calidad y características de su batería.
Las pilas de litio 18650 son recargables. Aunque se requiere un cargador especial para baterías 18650, son baratos y se amortizan rápidamente.
Tienen como desventajas, son una opción algo más cara que las anteriores, especialmente si compramos baterías buenas algo que es recomendable. Además, su manipulación debe ser más cuidadosa, dado que el uso incorrecto de baterías de litio puede ser peligroso, causando sobrecalentamientos o incluso incendios.
Por otro lado el voltaje es algo elevado para motores DC y servos, aunque podemos reducirlo insertando un par de diodos, que de paso servirán como protección adicional a las baterías.
Baterías de Níquel-MetalHidruro (NIMH)
Similar al caso de las Pilas AA de NiMh, pero integradas como una única batería de mayor o menos tamaño, y con conectores.
Las baterías de NiMh tienen por lo general 5 celdas con una tensión de 6V, o sino 8 celdas con una tensión de 9.6V. Las baterías de 5 celdas a 6V, son excelentes para proyectos y robots con servos y motores DC.
Las baterías NiMh tienen una densidad de energía media-alta. Podemos encontrar baterías con capacidades desde 300 a 5000 mAh, con un peso moderado.
Las baterías NiMh pueden proporcionar una considerable cantidad de energía. Dependiendo de la calidad del modelo pueden proporcionar entre 3-4C, lo que puede significar hasta 15A en el caso de grandes baterías.
En cuanto a las desventajas, las baterías de NiMh son relativamente caras, y además exigen el uso de un cargador especial, que también es costoso. Las conexiones y cables requeridos, para corrientes altas, también encarecen los montajes.
Las baterías de NiMh resultan adecuadas para proyectos medios y grandes en los que se requiere una gran capacidad y corrientes medias, especialmente en aquellos que emplean servos como por ejemplo brazos robóticos, hexápodos, robots bípedos.
Baterías de Polímero Litio (LIPO)
Estas son la opción más avanzada para alimentar nuestros proyectos.
Las baterías LiPo se presentan en varios voltajes, en función del número de celdas. Así las LiPo de 2 celdas (2S) proporcionan 7.4V-8.4, y las de 3 celdas (3S) proporcionan 11.1-12.6V. Ambos voltajes son adecuados para alimentar un Arduino.
Las baterías LIPO de 2S de 7.4-8.4V pueden emplearse para alimentar servos y motores DC, aunque es una tensión algo excesiva y conviene reducirla hasta los 6-7V. Las baterías LIPO de 3S de 11.1-12.6V son adecuadas para accionar grandes motores paso a paso, y motores brushless.
Las baterías LiPo presentan la densidad de energía más alta de las opciones planteadas. Podemos encontrar baterías con capacidades desde 500 a 5000mAh.
Además, las baterías LiPo tienen la ventaja de proporcionar enormes intensidades. Es posible encontrar baterías 20-25C, lo que se traduce en intensidades de descarga de 50 a 100A, requerida por los motores más grandes.
Además las baterías LiPo también son la opción más cara, aunque al ser recargables resultan económicas a largo plazo, más aún si tenemos en cuenta sus características eléctricas.
La mayor desventaja de estas baterías es la dificultad y cuidado que hay que tener en su uso. Manipular de forma indebida una batería LiPo puede ser extremadamente peligroso, por las gran cantidad de energía que almacenan.
La carga de este tipo de baterías tiene que realizarse mediante cargadores especiales, y no deberían dejarse sin supervisión durante el proceso. Hasta el almacenamiento de estas baterías debe realizarse en condiciones controladas.
Estas baterías LiPo son la solución más potente para alimentar nuestros proyectos, pero los requisitos de manipulación y carga la hacen adecuada sólo para usuarios avanzados y los proyectos complejos, como grandes robots, quadricópteros, y otro tipo de grandes vehículos.
4- Fuentes de Pc tipo (ATX)
La idea es que puedas reciclar una fuente de una Pc vieja, sino adquirir una nueva no tiene un costo alto.
Advertencia: Esta fuente la estaremos conectando a la Red y no se recomienda abrirla si no eres un técnico especializado en electrónica.Ya que existen circuitos de alta tensión.
Cada color de cable indica una tensión de salida diferente. Ver siguiente imagen.
El cable violeta proporciona 5V pero de manera Stand By o espera o sea cuando se conecte la fuente solo van estar disponible la tensión de espera los 5V (cable violeta) es la configuración predeterminada. Los otros cables no van a tener la tensión determinada en la imagen.
Para encender la fuente propiamente se debe localizar la ficha mas grande de 20 o 24 pines, es la que se conecta a la placa madre. Debemos localizar un cable de color verde (PS-ON) en la ficha, ese cable nos habilita la tensión en todos los cables (naranjas, rojos, amarillos).
Para esto debemos puentear el cable verde con un GND.
Cuando se realice este puenteado el ventilador “cooler” de la fuente comienza a funcionar.
Si lo quitamos el puenteado, pasaremos al Stand By y solamente tendremos tensión de 5V en el cable violeta.
Para saber la corriente se pueden fijar en la etiqueta de especificaciones tecnicas de la fuente. Este es un ejemplo.
En este ejemplo la potencia total es de 460 W , la suya puede ser de una potencia diferente, eso dependerá de cada fuente.
Para los cables rojos de 5V proporcionara 30A
Para los cables naranjas de 3.3V proporcionara 30A
Para los cables amarillos de 12V1 (según la versión de ATX) proporcionara 16A+18A=34A
Para los cables amarillos de 12V2 (según la versión de ATX) proporcionara 16A+18A=34A
Para los cables violetas de 5V en espera proporciona en este caso 2.5A
Todos los cables de un mismo color salen en paralelo desde la fuente de alimentación, es decir que podrás unir múltiples cables de color rojo por ejemplo para obtener 5V un cable individual no puede suministrar la totalidad de la corriente del cable (Ampers) , por eso existen múltiples cables de un color.
Por ejemplo si quieres tener 12V de 10Amp tendrías que unir unos tres cables para distribuir la carga.
Como ven es muy versátil, ya que dispone de varios cables con tensiones varias y de diferentes corriente. Es realmente útil para una variedad de proyectos.
En resumen hay una variedad de fuentes de alimentación dependiendo su elección de uno u otro del tamaño del proyecto y sus requerimiento de energía.
Saludos Daniel01
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Excelente explicación. Saludos