Fuente de alimentación y cargador de baterías.

Sin duda la mejor forma de obtener energía para nuestros robot es por medio de baterías y como ahora con el auge de los aparatos electrónicos portartiles estas han ido bajando sus precios. Hoy en día es muy fácil conseguir baterías recargables en casi cualquier lado y a un bajo costo... Nosotros nos centraremos en baterías de Ni-MH (Niquel-Hidruro Metálico) por ser la mejor opción en relación precio, capacidad, tamaño y peso.

Estas baterías deben ser cargadas al 10% de su corriente nominal durante un periodo de 10 o 12 horas. Esto significa que si tuvieramos una batería de 1000 mAh (1 Ah) deberíamos cargarla con una corriente de 100 mA (0.1 A) durante ese tiempo.

En el mercado se pueden conseguir baterías de 1.2 V y 2500 mAh, o lo que es lo mismo que son capaces de entregar una tensión de 1.2 volts con una corriente de 2,5 amperes durante 1 hora.

La tensión será costante hasta que la batería se comience a descargar pero la corriente será variable dependiendo el consumo, si el consumo es menor que 2,5 A,  la carga de la batería durará mas de 1 hora y si es mayor de 2,5 A, y si la batería lo soporta, durará menos.

Bueno, hasta aquí un poco de teoría, y seguro que muchísimos de ustedes ya lo sabrán, pero otros no y para el que le sirva, ahí queda... ahora bien, vamos a lo que prometí: La fuente con el cargador y para explicarlo nada mejor que el circuito:


Como pueden ver, es muy sencillo, y contiene componentes muy comunes que son los siguientes:

D1,D2,D3: Diodo 1N4007
C1,C2,C3: Capacitor cerámico o plástico de .1 uF
IC1: LM317
IC2:LM7805
R1: Resistor cuyo valor depende de la capacidad de la batería (ver mas abajo)

El funcionamiento del circuito es muy fácil de entender y se puede separar en dos etapas:

Primer etapa (etapa verde): es la que se encarga de filtrar y regular la tensión. El diodo D2 se encarga de evitar la inversión de polaridad en la batería, el IC2 regula la tensión en 5V y los capacitores (C1 y C2) se encargan hacer el filtrado. Con esta etapa obtenemos 2 tensiones Vcc de 5V y Vss con la misma tensión que la batería (B1) - 0,7V debido a la caída de tensión del diodo.

Segunda etapa (etapa amarilla): Se encarga de cargar la batería y alimentar la etapa amarilla cuando está presente una fuente de alimentación externa, si no hay una fuente externa esta etapa no funciona. El IC1 y la resistencia R1 proporcionan la tensión y corriente necesarias para cargar la batería, mientras que D1 se encarga de evitar que la tensión de la batería regrese al IC. D3 hace que la tensión de la batería no salga por el conector del transformador cuando este no esté conectado, pero a su vez hace que la etapa verde se alimente de la fuente de alimentación externa mientras la batería se carga. Y por último en modo carga el diodo D2 se encarga de que la tensión de la fuente de alimentación externa no ingrese directamente a la batería.

Bien hasta ahi todo claro, ¿no? pero nos queda algo en el aire: ¿y R1 que valor tiene? bueno, eso depende de la batería, en el ejemplo a continuación se supone que la batería tiene una capacidad de 2500mAh.

Para saber el valor del resistor primero debemos saber como funciona el integrado LM317, y para esto nada mejor que la hoja de datos del fabricante (Datasheet), pero como algunos no la entenderán, aquí les dejo una explicación menos técnica.

El integrado en cuestión, al igual que los de la familia LM78xx y LM79xx, es un regulador de tensión, pero la principal diferencia entre uno y otro es que el 317 es variable, obteniendo tensiones de salida desde los 1.2V hasta los 37V, pero por suerte para nosotros esta no es la única aplicación que tiene ya que a nosotros no nos interesa tanto, en este caso, regular la tensión sino regular la corriente y para eso el circuito recomendado por el fabricante es el que aparece en la siguiente figura.

Si observamos la formula dice que la corriente de salida es igual a VRef/R1, Sabemos (gracias a la hoja de datos) que VRef es 1.25 V(típico), pero el dato que nosotros necesitamos es el valor de R1 para eso debemos hacer una transposición de términos ( y es en este momento cuando nos preguntamos "¿por qué no habré prestado mas atención en la escuela primaria?") bueno desempolvando los libros de 5to grado nos enteramos como se hace. Pero ahora tenemos que trabajar con valores.

Io está expresado en amperes y nosotros estamos hablando de miliamperes. Sabemos que 1 A es igual a 1000 mA entonces para 250 mA el valor sería 0,25 A, sabiendo esto tenemos:

Io = 0.25 A
0.25 A = VRef / R1
0.25 A = 1.25 V / R1
0.25 A * R1 = 1.25 V
R1 = 1.25 V /0.25 A

Entonces ya sabemos que R1= 1.25 V/0.25 A que nos da como resultado 5, perfecto, pero... 5 ¿que? bueno son 5 ohm, hay que tener especial cuidado con esto y tener bien claro que valores estamos utilizando, en resumen la formula a usar es:

R = 1.25V / A = Ohm

En conclusión, siempre obtendremos ohmios ingresando amperes, si son 100 miliamperes debemos ingresar 0,1 A y si son 2 Mohm el resultado será 2.000.000 Ohm.

Por último está la cuestión de la asignación de pines, ya que difiere bastante con la de los clasicos LM78xx. En la siguiente figura se observa el pinout.


Hasta aquí esta explicación, y bueno, espero que sea útil, por mi parte este mismo circuito esta alimentando mi robot SiLMuP.Cualquier duda, crítica o sugerencia será bienvenida y los invito a participar...

NOTA: este artículo se ha corregido debido a un error en los datos obtenidos de este datasheet de ST. Como se observa en la siguiente figura, está apuntado el pin 2 como entrada y el pin 3 como salida siendo, en ralidad, al revés. 

LM317 circuito recomendado

15 comentarios:

  1. Que buen cargador y fuente te felicito y gracias por la ayuda

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  2. Anónimo18/6/10

    Excelente circuito , pero se me ocurre que en caso de olvidar la fuente externa conectada la batería podría sobrecargarse y perder vida útil; si no deseáramos incurrir en un control muy sofisticado a través de un micro, ¿podríamos intercalar con la entrada de alimentación externa un regulador de tensión variable y ajustarlo de modo que la tensión que entregue este regulador sea igual a la tensión máxima de la batería que estemos cargando mas todas las caídas de diodos, regulador de corriente, etc, etc? Aguardo tu respuesta y gracias por tu blog

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  3. Gracias por tu comentario.

    Si, es cierto que puede generar una sobrecarga en la batería, por eso debe cortarse la carga a las 10/12 horas dependiendo de la carga inicial de la batería, pero la perdida de vida útil no es muy significativa.

    Con respecto a tu pregunta te respondo que sí, que podrías desconectar el cátodo de D3 y poner en medio otro LM317 pero en la configuración para que funcione como regulador de tensión y no como regulador de corriente como es este caso.

    saludos.

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  4. Anónimo2/11/10

    perdon pero acaso la bateria no deberia ir al contrario nodo entre d1 y d2 positivo bateria y groun negativo de la bateria?

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  5. Hola, es que en el diagrama la batería está dibujada al revés, por eso puede ser la confusión, pero si miras el positivo (el marcado con +) está conectado al cátodo de D1 y al ánodo de D2 y el negativo a GND.

    Saludos.

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  6. Anónimo9/5/13

    y la fuente externa de cuantos volts se puede poner

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  7. Hola. Se que el post es antiguo, pero me gustaría preguntarte qué parte del circuito hace que deje de proveer energía a la batería para que no se sobrecargue.... Si quisiera ponerle un led que encienda cuando esté cargada, en qué parte del circuito iría?
    Muy bueno tu artículo.
    Gracias. Saludos,

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  8. Humm Galileo, me parece que es bastante complicado colocar un led con esa prestación que pretendes, el circuito es bastante lineal y la corriente va fluyendo hasta llegar al valor de fuga de la batería y lo mismo pasa con la tensión, habria que agregarle un amplificador operacional configurado como comparador de tension para que encienda el led cuando la tension sobre la batería llegue al valor de carga maxima. Saludos

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    1. Gracias por la respuesta. Entonces olvidaré el led, pero te pregunto: cuando decís que "la corriente va fluyendo hasta llegar al valor de fuga de la batería", significa que al llegar al tope deja de "cargarla"? O sea, si uno se olvidara el transformador enchufado no se sobrecarga la batería?
      Saludos,

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    2. Debo aclarar que no soy el diseñador del circuito , solo hice alguna sugerencia un poco mas arriba, dicho esto si alimentas este circuito con una fuente de tension regulable y la ajustas para que en bornes de bateria (y sin corriente circulando) no supere los 13,8 Vcc entonces al llegar la batería a su tension de carga max se detendría la corriente de carga y solo quedaria la corriente de flote. Saludos

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    3. Muy bien Tano, gracias por responder, tienes toda la razón.

      Saludos.

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  9. Debo aclarar que no soy el diseñador del circuito , solo hice alguna sugerencia un poco mas arriba, dicho esto si alimentas este circuito con una fuente de tension regulable y la ajustas para que en bornes de bateria (y sin corriente circulando) no supere los 13,8 Vcc entonces al llegar la batería a su tension de carga max se detendría la corriente de carga y solo quedaria la corriente de flote. Saludos

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  10. hola que tal, me gustaría que me ayudaran la idea es la siguiente con este circuito se podría regular el paso de electricidad de una bateria para laptop, de tal modo que cuando esté en un 30% permita cargarla y cuando este en un 100% bloquee el paso de elctricidad?? Aclaro no soy experto en temas de electrónica si alguien me puciera ayudar, muy amablemente se lo agradezco, gracias

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  11. variable y ajustarlo de modo que la tensión que entregue este regulador.

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  12. Yo tengo una serie de 24 baterias conectadas por par en serie y despues unidas en paralelo para lograr que me diera 12A y 7.6v necesito cargar esa bateria que arme este me puede servir????

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