Una fuente de alimentación de bricolaje para todas las estaciones

Tengo un amigo (¡deje de reírse, es verdad!). Lo llamaremos Joe (porque ese es su nombre). La verdad es que ya no recuerdo cómo nos conocimos, aunque sí sé que fue por internet. Joe y yo estuvimos chateando por correo electrónico sobre esto hoy, mientras escribo estas palabras. Joe dice que tiene correos electrónicos que datan de abril de 2006, pero estos ya reflejan una discusión en curso, por lo que decidimos establecer la fecha de presentación como el 1 de abril de 2005. Eso significa que, en solo tres años, nos habremos conocido por dos décadas (hay que celebrar). Aparte de todo lo demás, esto me hizo darme cuenta de que he conocido a una gran proporción de las personas que ahora cuento entre mis amigos más cercanos a través de internet, lo que sin duda da que pensar.

¿Ha visto la serie de televisión The Equalizer, protagonizada por Queen Latifah como Robyn McCall? Uno de sus amigos es Harry Keshegian (interpretado por Adam Goldberg). Harry es un pirata informático maestro que vive bajo tierra en una estación de metro en desuso; dado que crecí con Batman y Robin, siempre pienso que es su "Baticueva". Bueno, Joe es el equivalente inglés de Harry: rara vez sale a la luz del día, vive en una idílica aldea rural en las afueras de Cambridge, donde trabaja a distancia para su trabajo de tiempo completo (de día) como ingeniero sénior de software y hardware en el Servicio de Ambulancias de Londres. Luego de su horario de trabajo (a menudo durante la noche), Joe crea las cosas y artilugios más sorprendentes que jamás haya visto.

La razón por la que estoy divagando sobre esto es que, de la misma manera que Robyn llama a Harry cuando tiene un problema, yo llamo a Joe. Hace un par de semanas, por ejemplo, un proyecto interesante llegó a mi escritorio. Implicaba el uso de microcontroladores PIC de 8 bits de la vieja escuela, como el PIC16F18346-I/P de Microchip Technology.

Puedo contarle historias de mis aventuras con los PIC en un blog futuro. Por el momento, sin embargo, tenemos otros asuntos que atender. Mi problema es que, además de programar a estos pequeños, también necesito someterlos a una serie de pruebas. A su vez, esto requiere que cree una placa personalizada con un zócalo de fuerza de inserción cero (ZIF) DIL de 20 pines, como el 222-3343-00-0602J de 3M, rodeado de muchas otras cosas, como interruptores DIP, interruptores giratorios 1P12T, terminales de sonda para mi osciloscopio y... la lista continúa (si tiene mala suerte, esta placa puede aparecer en un blog futuro).

Entre sus muchos otros talentos, Joe es un gurú de PIC (puede que incluso tenga un cinturón negro en tecnología PIC), por lo que hicimos una llamada de Zoom para yo pedirle consejo a él. Pasamos una hora feliz intercambiando ideas y luego terminamos el día. Solo puede imaginar mi sorpresa y deleite a la mañana siguiente al descubrir que Joe había decidido crear el diseño de la placa de CI "porque sí".

Y en esta esquina...

Mientras Joe me explicaba el esquema y el diseño de la placa de CI (una vez más, todo gracias a las maravillas de Zoom), hizo un comentario de pasada parecido a: "Y esta área en esta esquina es mi circuito de alimentación estándar". Cuando pedí más detalles, Joe explicó que había decidido que sería una buena idea probar los PIC tanto a 5 voltios como a 3.3 voltios, por lo que agregó un circuito probado y verificado que usa para muchos de sus diseños.

Joe me dijo que nunca usa USB para alimentar sus creaciones porque "no puedes estar seguro de tener 5 voltios sólidos". También explicó que, desde que experimentó una falla, no confía en las fuentes de alimentación que dicen que tienen +Ve en el conector interno y 0 V (tierra) en el conector externo. Para ser honesto, esto me recordó a un par de parlantes de computadora bastante jugosos que compré y que se esfumaron debido a un evento bastante similar. Todo esto llevó a Joe a crear su propio circuito que acepta de 7 a 25 voltios como entrada, que puede ser CA o CC (la CC puede ser de cualquier polaridad). A su vez, este suministro proporciona valores sólidos de 5 voltios y 3.3 voltios de CC para alimentar sus dispositivos y artilugios.

Esto me pareció una muy buena idea. Tan buena que le pregunté a Joe si podía convertirlo en una placa separada que pudieran usar otros entusiastas (como quien escribe) para sus propios proyectos de pasatiempos. Probablemente ya haya adivinado que a la mañana siguiente encontré este diseño en la bandeja de entrada de mi correo electrónico, junto con el permiso de Joe para ponerlo a disposición de cualquier persona interesada.

Sienta el poder

El diagrama de circuito para la unidad de fuente de alimentación (PSU) de Joe se muestra en la Figura 1. A primera vista, puede pensar que esto no es nada revolucionario. Sin embargo, cuanto más profundo se sumerge, más uno se da cuenta de que hay mucho análisis detrás. Como el hecho de que la placa de CI sea de un solo lado, lo que permite a los entusiastas hacer la suya propia en casa si así lo desean (Joe también ha proporcionado amablemente los archivos de diseño para aquellos que prefieren que sus placas sean fabricadas profesionalmente).

Figura 1: El diagrama del circuito de la fuente de alimentación parece sencillo a primera vista, pero detrás hay mucho análisis, como el hecho de que el archivo de diseño de la placa de CI es de un solo lado, lo que permite a los entusiastas crear la suya propia en casa. (Fuente de imagen: Joe Farr)

Para hablar de los componentes, también debemos considerar el diseño como se muestra en la Figura 2. Comencemos con el conector de alimentación SK1, que puede ser cualquier conector tipo barril de placa de CI con el espacio correcto. Según mis suministros de transformadores de corriente existentes, normalmente usaría una versión de 2.1 milímetros (mm), como el 54-00166 de Tensility International Corp. Como alternativa, simplemente puede soldar los cables de la fuente de alimentación a las almohadillas 'a' y 'b' en la placa de CI.

Figura 2: Utilizando los valores, tipos y ubicaciones de los componentes indicados en la serigrafía (p. ej., el regulador IC2 se muestra conectado a las almohadillas/a través de IC2a), la fuente de alimentación acepta de 7 a 25 voltios de CA o CC como entrada, devolviendo salidas sólidas de 5 voltios y 3.3 voltios. Sin embargo, intercambiando algunos de los componentes (p. ej., conectando un tipo diferente de regulador a las almohadillas/a través de IC2b), se puede lograr una variedad de otras combinaciones de voltaje. (Fuente de imagen: Joe Farr)

En el caso del conector de salida, SK2, una versión de cinco pines de Molex es ideal, ya que permite desconectar fácilmente la placa del resto del proyecto. Sin embargo, puede usar cualquier conector de cinco pines con un paso estándar de 0.1” (2.54 mm), o puede soldar los pines de la cabecera, o incluso soldar los cables directamente a la placa de CI.

Cuando se trata de BR1, se puede usar cualquier puente rectificador con un voltaje de trabajo de al menos 50 voltios y una corriente nominal de un mínimo de 1 amperio (A) (siempre un poco más que la carga máxima combinada de la placa).

Con respecto a nuestra implementación particular de este diseño, requerimos una salida de 5 voltios, generada por IC1, y una salida de 3.3 voltios, generada por IC2. El componente que usamos para IC1 fue un 7805 que estaba en el cofre del tesoro de piezas de repuesto de Joe (la pieza que empleamos era similar a MC7805ACTG de onsemi). En el caso de IC2, se especifica que el diseño original, que se refleja en la serigrafía, usa un regulador LD1117V33 LDO (caída baja), como el LD1117V33 de STMicroelectronics. Esto se muestra en el lado derecho de la Figura 3, que muestra la PSU terminada.

Figura 3: La PSU terminada. El puente entre 'd' y 'e' (centro) significa que la entrada a IC2 es impulsada por la salida de IC1 (vea las notas a continuación). Conectar la resistencia limitadora de corriente (R1) entre 'f' e 'i' significa que el LED1 está alimentado por la salida de IC2, lo que indica que todos los elementos de la cadena de alimentación (BR1, IC1 e IC2) están funcionando. (Fuente de imagen: Joe Farr)

El capacitor C1 es un dispositivo electrolítico de 470 microfaradios (µF) que debe tener una clasificación de voltaje mayor que el voltaje de entrada máximo esperado de la placa (usamos una parte de 35 voltios). En el caso de los capacitores C2 y C3, se puede usar prácticamente cualquier capacitor de 100 nanofaradios (nF) con un voltaje de trabajo superior a 35 voltios. Con respecto al capacitor C4, si IC2 es un regulador LD1117V33, entonces un capacitor de 10 µF/16 voltios es ideal. Sin embargo, si se usa un regulador 78xx para IC2 (consulte también las discusiones sobre los reguladores a continuación), este capacitor debe cambiarse por otro capacitor de 100 nF que sea idéntico a C2 y C3.

LED1 es cualquier diodo emisor de luz (LED) de 5 mm o 3 mm con un voltaje directo de alrededor de 2 voltios. El valor de la resistencia limitadora de corriente, R1, que debe tener una potencia nominal de 0.25 vatios, depende del voltaje de salida que se utilizará para controlar el LED (consulte las discusiones a continuación).

Puntos pertinentes sobre los que reflexionar

Un regulador funciona tomando el voltaje de entrada y reduciéndolo para que coincida con su voltaje de salida especificado. En el caso de los reguladores utilizados aquí, la diferencia entre el voltaje de entrada y salida se disipa como calor, lo que significa que el regulador puede calentarse mucho. Para minimizar el calor que debe disiparse, intente configurar el voltaje de entrada para que sea alrededor de 3 voltios más alto que la salida de cualquier regulador que esté conectado. Además, cuando ejecute la placa desde CC, tenga en cuenta que el puente rectificador reduce el voltaje de entrada en alrededor de 1 voltio.

Algunos reguladores (el LD1117V33 es un excelente ejemplo) tienen la lengüeta de montaje de metal conectada al pin de salida del dispositivo. En comparación, los reguladores 78xx tienen la lengüeta de montaje conectada al pin central (a tierra).

Como hablamos anteriormente, el diseño que se presenta aquí está diseñado para proporcionar salidas de 5 voltios y 3.3 voltios, pero se puede modificar fácilmente para adaptarse a otras combinaciones de voltaje, como 12 voltios y 5 voltios, según sea necesario. En este caso, el regulador utilizado para IC1 puede ser cualquier regulador de estilo 78xx (NO intente utilizar un regulador de la serie 79xx en ninguna parte de esta placa, ya que la distribución de pines es diferente).

Hay dos opciones para IC2. Como ya comentamos, el diseño original utiliza un regulador LD1117V33 de 3.3 voltios. Estos reguladores deben usar las almohadillas IC2a ya que tienen una distribución de pines diferente en comparación con los dispositivos de la serie 78xx más comunes. Si desea utilizar un 78xx para el segundo regulador, debe utilizar las almohadillas con la etiqueta IC2b.

El regulador IC1 siempre se alimenta directamente de la salida del puente rectificador y el capacitor C1. En comparación, dependiendo de sus requisitos, existen dos posibilidades para accionar el regulador IC2. Si se desea, se puede alimentar directamente desde el puente rectificador (colocar puente 'c' a 'e'). Alternativamente, se puede alimentar desde la salida de IC1 (colocar puente 'd' a 'e'). Esta última opción es útil si el voltaje de salida de IC1 es mayor que el voltaje de entrada mínimo requerido para IC2, como es el caso de mi implementación. Esto reducirá el calor, pero presupone que el regulador IC1 tiene capacidad suficiente para proporcionar energía a su circuito, así como al regulador IC2.

Si la resistencia limitadora de corriente del LED1, R1, está conectada entre 'f' y 'g', el LED será alimentado por la salida del puente rectificador, BR1. Si R1 está conectado entre 'f' y 'h', será alimentado por la salida de IC1. Y si R1 está conectado entre 'f' e 'i', será alimentado por la salida de IC2. Dependiendo del voltaje de entrada aplicado al LED, el valor de la resistencia R1 debe ajustarse para brindar un brillo razonable. Apuntando a alrededor de 10 miliamperios (mA), lo que brinda un brillo agradable sin estresar el LED, algunos valores de resistencia sugeridos para diferentes voltajes son: 3.3 voltios = 150 Ω, 5 voltios = 330 Ω, 12 voltios = 1 KΩ, 15 voltios = 1.2 KΩ.

Conclusión

Ahí lo tiene. Puede que esta no sea una PSU de la era espacial y con todos los detalles que tendrían los Supersónicos, pero es una pequeña y agradable placa de bricolaje que se puede usar para satisfacer los requisitos de muchos proyectos domésticos. Estoy planeando mantener una reserva de estas disponible, junto con una colección de reguladores, listos para entrar en acción para proyectos futuros. ¿Qué dice usted? Como siempre, agradezco sus comentarios, preguntas y sugerencias.