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Reguladores de voltaje 7805

La familia 78xx y 79xx son una gama de integrados dedicados a la regulación de voltaje, hay muchas variables: regulables, fijos, de tensión positiva o negativa...

Pero el mas común, y el que mayormente usaremos en el mundo de los PICs, es el famoso 7805, que es un regulador de tensión positiva de 5 Volts a 1A, la tensión justa y mucho mas corriente de la que necitan nuestros PICs para funcionar. Se sabe que el buen funcionamiento del firmware que grabemos en el PIC está sujeto, no sólo a la buena programación que hayamos hecho a la hora de diseñarlo, sino que también a una alimentación fija, constante y regulada a la hora de ejecutarlo. Entonces la manera mas segura, económica y sencilla de obtener ese voltaje, es la utilización de un integrado regulador de voltaje, y el 7805 es uno de los mas indicados ya que mantendrá fija la tensión en 5V, siempre y cuando en su entrada reciba al menos 6V. Por lo tanto a la entrada podremos despreocuparnos de la alimentación superando por mucho el voltaje de trabajo del PIC.

Para trabajar con baterías sólo basta con conectar la entrada del IC (PIN 1) al terminal positivo de la misma y el común (PIN 2) al negativo, a la salida tenemos 5V que es la tensión de trabajo del microcontrolador, podremos añadir un capacitor entre GND y la salida, como se aprecia en la Figura 1, para eliminar cualquier fluctuación de voltaje que pueda ocurrir, pero esto es siempre recomendable hacerlo con el microcontrolador independientemente del origen que tenga la alimentación.


Figura1. Conexión de un IC de la familia 78xx a una batería.

Si al IC lo usaremos para regular la tensión proveniente de una fuente de alimentación, el filtrado debe hacerse más concienzudamente, a parte del capacitor luego de la regulación, necesitará dos mas antes, en el diagrama de la figura 2 se ve el circuito para conectarlo a una fuente de alimentación regulada o estabilizada de mas de 5 V.



Figura 2. IC 7805 conectado a una fuente de alimentación regulada o estabilizada de una tensión superior.

Para hacer una fuente completa que se conecte a 220V se necesita agregar un transformador de corriente alterna y rectificar la tensión saliente para convertirla en continua y poder acoplarla al circuito antes visto, todo esto se aprecia en la Figura 3.



Figura 3. Conexión de IC a un transformador de 220V:12V.

Obsérvese que lo único que se añadió fue el transformador para obtener 12V de corriente alterna y 4 diodos que la convierten en corriente continua.

Para terminar basta con aclarar que los capacitores C1 y C2 deben ser no polarizados de .1uF y el C3 polarizado de 1000uF y al menos 16V para soportar los 12V que entrega el transformador, no está de mas aclarar que la tensión sube un poco al rectificarla y no es conveniente que los capacitores operen al límite. Los diodos pueden ser 1N4001 al 1N4007.

Los diagramas de conexión son válidos para cualquier integrado de la familia 78xx, por ser de tensión positiva, en el ejemplo de la figura 3 se necesita un transformador que entregue al menos 1V mas de lo que regule el integrado y nunca debe superar los 35V ya que es la máxima tensión que soportan los reguladores 78xx y el C3 debe ir acorde a la tensión de entrada del IC.

Atención: cuando trabaje con transformadores de tensión debe tener especial cuidado por riesgo de electrocución, ya que se está trabajando con 220V y debe utilizar el respectivo fusible de protección.

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

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