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12/11/2012 #1

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Sistema de alimentación ininterrumpida para circuitos con PIC´s
Sistema de alimentación ininterrumpida para circuitos con PIC´s
Este sistema lo he diseñado para ser utilizado en proyectos que trabajan con microcontroladores, pero igualmente se puede adaptar a otros montajes, realizando los cambios correspondientes.

Aunque cada vez es menos frecuente, en un momento dado se puede dar que la compañía eléctrica corta el suministro por avería durante unos minutos o algunas horas. Si esto ocurre, podrían llegar a perderse los datos y programas almacenados en la memoria de los microcontroladores de nuestros proyectos, a partir de éste momento aunque se recuperase el suministro eléctrico en pocos minutos posiblemente nuestro equipo no funcionaría según los parámetros que le hubiéramos marcado, máxime en montajes que requieren una determinada configuración por parte del usuario al ponerlos en funcionamiento, como poner en hora un reloj, activación/desactivación de elementos externos, temporizaciones, etc.

Si esto ocurre cuando no estamos, el desastre provocado puede ser importante, por ejemplo pensemos en un programador de riego para jardín.

Para evitar lo anteriormente expuesto, he diseñado un sistema de alimentación ininterrumpida o “Dual Power”, basado en dos alimentaciones independientes.

La alimentación principal ha de tomar la corriente de la instalación eléctrica de la vivienda alimentando el equipo.

La alimentación auxiliar, proviene de una pila o batería recargable y deberá activarse en caso de fallo en la principal, pero sólo servirá para mantener los datos y programa en la memoria del PIC hasta que vuelva la corriente, no pudiendo activar elementos externos que necesitan cierto consumo, como por ejemplo válvulas de riego, siguiendo con el ejemplo anterior.

Una vez que volvemos a tener corriente de alimentación principal, la batería auxiliar se debe desactivar para evitar que se vaya agotando.

El diseño de éste sistema, lo comencé colocando diodos tipo 1N4004 en las líneas de alimentación positiva de ambas alimentaciones. Los primeros ensayos daban un consumo equivalente en ambas baterías por lo que la batería auxiliar se agotaba en unas pocas horas.

El siguiente paso fue colocarle otro diodo en el negativo de la batería auxiliar, lo que reducía considerablemente el consumo pero no era suficiente porque ésta seguía agotándose en unos pocos días.

El objetivo siempre ha sido alcanzar el consumo 0mA de la batería auxiliar mientras esté activa la principal, por supuesto sin utilizar relés y además hacer que la transición sea transparente para el sistema.

El tercer diseño, ha sido el definitivo y está basado en un transistor Q1 tipo PNP y dos diodos 1N4004.

La tensión de 24 voltios AC entra en el equipo, la corriente es rectificada por el puente de diodos BR1 tipo B250/C1000 o similar para obtener una tensión continua de 24v, que se regula y estabiliza a 10 voltios mediante U8. La salida de tensión desde U8, bloquea el transistor Q1 a través de su base, con lo cual éste no conduce y la batería auxiliar queda aislada del circuito y sin consumo alguno. A su vez, U8 envía la corriente a través de D6 hacia U9 que la regula a 5V para alimentar el sistema.

En el momento en que falla la tensión de la alimentación principal, la base de Q1 se desbloquea y queda a masa a través de la resistencia polarizadota R25, haciendo que el transistor entre en conducción, llevando la corriente de la batería auxiliar a través del Emisor-Colector hacia D7 y de ahí a U9 para su regulación a 5V y alimentación del sistema.

Los diodos D6 y D7 evitan retornos de corriente no deseados, mientras que el conjunto C5-R27 actúa como “condensador de descarga” durante la desconexión de la alimentación principal para evitar caídas de tensión durante la transición de una alimentación a otra.

Como se puede apreciar en el esquema, la batería auxiliar estará activa desde el momento en que falle la alimentación principal hasta que se vuelva a recuperar manteniendo el sistema activo.

Es importante que el transistor Q1 esté correctamente polarizado por la resistencia R25 para obtener la adecuada corriente de colector que necesita el circuito; los cálculos que he realizado son los siguientes:



Polarización del transistor Q1:
Supongamos que el consumo del circuito sobre el que se va a acoplar éste sistema de alimentación, es de200 mA.

Como siempre, lo sobredimensiono un poco y decido que tengo que obtener 250mA mínimo en el colector de Q1.

El transistor que he elegido es el BC 327 modelo 40 del tipo PNP. En su hoja de datasheets, se pueden ver las siguientes características:
-Transistor tipo BC327/40
-IC=800mA máximo
-hFE=170mA de ganancia mínima para una VCE de 300 mA
-VCEO=45V (Collector-Emitter-Voltage)
-VBE=1,2V

Como quiero que cuando conmute me dé 250mA mínimo en el colector, haré:

hFE = IC / IB
IB = IC / hFE
IB = 250 / 170 = 1,47mA necesarios en la base para obtener una IC de 250mA

Según Ohm
V = I x R
R = V / I que aplicándolo a la base:
RB = VB / IB

Como lo estoy alimentando a 9V y la caída de tensión base-emisor es de 1,2V = VBE, obtengo:
VB = 9 – VBE
VB = 9 – 1,2 = 7,8V al atravesar la base

Retomando la ley de Ohm referida a la base:
RB = 7,8 / 0,00147 = 5306Ω ≈ 5k3 resistencia necesaria en la base.
Como el valor comercial inferior más aproximado es de 4k7 ésta será la que pondré, obteniendo en la práctica:
IB = VB / RB = 7,8 / 4700 = 0,001659
IC = IB x hFE = 0,001659 x 170 = 0,282A → 282mA reales en el colector de Q1

Consideraciones finales:-El regulador de tensión 7810, admite tensiones de entrada de entre 13 y 25V

-La batería auxiliar conectada a J10 que he utilizado en las pruebas es una pila alcalina de 9V

-El transistor Q1 deberemos polarizarlo con su resistencia de base R25 cuyo valor lo obtendremos en función del consumo de nuestro circuito
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