Desulfatador Para Batería de Coche

8/15/2019 Desulfatador Para Batería de Coche

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ROYECTOS ALIMENTACIÓN

42 elektor, electronics worldwide - 6/2009

Regulador para camping V oy de vacaciones y me llevo…

Por Ton Giesberts (Laboratorio de Elektor)

Quien haya acampado alguna vez en un camping reconocerá seguramente esta situación: una cocina

eléctrica bastante potente se conecta a la corriente mientras el frigorífico permanece en funcionamiento

y el fusible del camping salta. Resulta molesto ya que la mayoría de las veces hay que buscar al

encargado del camping para que cambie o restablezca el fusible, algo que además cuesta algunos

euros. Con este regulador de camping esto ya es historia.

Los puntos de conexión de tensión dered en los campings tienen, por reglageneral, un límite sobre la de corriente

que puede ser consumida. El limitadorse dispara con un mayor consumo, pro-bablemente el encargado del camping

tiene que resetearlo y conlleva una pagoadicional como consecuencia. Para evi-tar ésta molestia hemos diseñado un


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regulador que limite rápidamente lacorriente máxima.

El principio de funcionamiento

Este circuito se encarga de que lacorriente no pueda aumentar máscuando se sobrepase un valor predefi-nido. Lo que tiene como consecuenciaque no se puedan conectar a este cir-cuito aparatos electrónicos (TV, radios,bombillas de ahorro energético norma-les). Este circuito resulta especialmenteútil para grandes consumidores comopueden ser los hornos eléctricos, cocinas(¡sin regulación electrónica!) y ollas apresión. Pueden llegar a consumir unos3 kW. Encender uno de estos aparatossupone directamente la desconexión de

la tensión de red.Para evitar esto se debe colocar el regu-lador entre los aparatos y el enchufe dela red eléctrica. De este modo los apa-ratos más pequeños se pueden conectardirectamente a la red. Debes tener encuenta el consumo de dichos aparatos.Si su consumo es, por ejemplo, menosde 1 A, habrá que ajustar el valor enel regulador con 1 amperio menos quela máxima del punto de conexión del

camping.

El circuitoIC1, Un U2008B de

Atmel (ver figura1), forma el corazónde la regulación. Este

regulador de fase de8 pines necesita pocos

componentes externos.El integrado tiene la posibilidad de

medir la corriente en la carga, lo quees ideal para evitar una sobrecarga.Incluso una carga inductiva no suponeningún problema gracias al re-disparo

automático. El circuito integrado ofrecetambién una posibilidad de “soft-start”,arranque suave en español, (coloca uncondensador entre el pin 1 y la masa)o la detección de la corriente de cargamediante un shunt en serie con el triac(también entre el pin 1 y la masa).Nosotros hemos optado por el arran-que lento.La corriente que pasa por la carga semide con un shunt en serie con el triac.Un circuito de detección aparte con-trola la entrada de control (pin 3) delintegrado.El U2008B estabiliza internamente laalimentación ¡negativa! del circuito. Latensión fue de algo menos de 16 V ennuestro prototipo. El integrado necesita3 mA mínimo, el operacional “rail-to-

rail” TS922IN necesita 3 mA máximo(sin carga), el LED 4 mA (pulso) y lareferencia 1 mA. De modo que hemosaumentado el ajuste de la corriente parala alimentación del U2008B a 10 mA.Para eso hemos conectado dos resisten-cias de 5 W de 4k7 en serie a travésde D1 con la tensión de alimentación.La corriente media que pasa por R1 yR2 determina la tensión sobre C4. Sepuede calcular dicha corriente con lasiguiente fórmula:

(Unet-Usupply )*√2/((R1+R2)*π)

Aquí descartamos la caída de ten-sión sobre D1. Esta fórmula se parecebastante a la fórmula de la resisten-

cia en la hoja de características delU2008B.El valor efectivo de un rectificador demedia onda es de Upico/2. En cambioel valor medio es sólo Upico/π. La pro-ducción de calor en las resistencias R1

Especificacionestécnicas:• apto para 230V

•

limitación a 3, 4, 5, 6, 7, 8 ó 10 A • indicación por LED

• configurable a través de un Jumper o un conmutador rotativo

I S E N S E

1

C P H A S E

2

CONTROL3

G N D

4

OUT 8

VSYNC7

- V S

5

RPHASE 6

IC1

U2008B

F1

10A

R1

4k7

R2

4k7

D1

1N4007

25V

C4

220u

R3

330k

R4

330k

D7

BAT85

C2

10n

C3

100n63V

C1

1u

TRI1

BTA16-600BW

R5

100R

11A

L1

22u

275VX2

C5

220n

-VS

R7

0 R 1

P1

100k

R8

0 R 1

R6

1 0 0 k

R26

1 k

3

2

1IC2A

5

6

7IC2B

R25

820k

-VS

40V

C9

22u

R24

1 0 0 k

R23

100R

D4

BAT85

R22

1M

C8

1n

R21

3 k 3

R20

10k

-VS

0W5

D5

5V6

R19

100k

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

1 1

1 2

1 3

1 4

JP1

R10

10k0

D3

BAT85R11

3 0 k 1

R9

2 0 k 0

R17

698R

R16

715R

R15

715R

R14

698R

R13

698R

R12

1k91

R18

1k40

4

8

IC2

C6

100n

0W5

D2

4V7

-VS

63V

C7

10u

T1

BF245AD6

LIMITING

3A4A5A6A7A8A10A

C10

100n

060316 - 11

IC2 = TS922IN

Figura 1. El esquema del regulador de camping muestra que limitar la tensión de red no es tan fácil.


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y R2 (U2/R) es, debido a la rectificaciónde onda media, más o menos 2½ vecesmayor que el que produce una corrientecontinua con el mismo valor que el valormedio de la corriente alterna. Aunque ladisipación total es de sólo 2,5 W, hemosoptado por dos resistencias de 5 W paraR1 y R2 por razones de seguridad.La alimentación del operacional es de12 V máximo. Se ha colocado el diodozener D2 en serie con la conexión de ali-mentación para que permanezca dentrode este margen.

Limitación

Hemos decidido que el umbral límite nosea regulable, sino ajustable a travésde un Jumper en la placa y una tira de

pines de 2x7. Esto último permite cam-biar el ajuste con un interruptor (girato-

rio) después de montarlo en una caja.

Hemos optado por la colocación de 2resistencias de 5 W de 0,1 Ω en paralelocomo shunt. La disipación es de sólo 5

W con 10 A y el valor de medición dellímite inferior se puede medir sin ampli-ficación adicional.Lo primero de todo se rectifica la señalde medición. Se ha construido un sim-ple rectificador de onda completa conla ayuda de IC2a. Si el valor de medi-ción es positivo, IC2a funciona comoun amplificador inversor y la relaciónde R10 y R9 determina la tensión sobreR11 a través de D3. Hay por lo tantouna atenuación con un factor de 2. Laatenuación es necesaria por la simpli-cidad del rectificador de onda com-pleta; sólo se necesita un diodo en estaconfiguración.

a esto, se han utilizado para los nive-les de las tensiones de referencia, valo-res más bajos que los indicados. Estoquiere decir que el regulador actúa unpoquito antes de que se llegue al límitede corriente.En la medida en que la sobrecargaaumente, el regulador reducirá lacorriente de carga un poco por debajodel valor configurado. La resistencia decarga más baja hace que el pulso decorriente sea más corto de duración ymayor en amplitud. La tensión de con-trol sobre C9 aumenta entonces en pro-porción. La ventaja es que con esto lascorrientes pico son menores.

La referencia

Para la tensión de referencia se utiliza undiodo zener normal de 5,6 V que está

configurado a través de R20 a más o

menos 1 mA. Las tensiones de referen-cia para IC2b son muy pequeñas y seencuentran entre unos 90 mV (configu-ración de 3 A) y 340 mV (configuraciónde 10 A). Estas tensiones son proporcio-nadas por el divisor de tensiones R12…R19.Se ha tomado unos 50 µA para el cál-culo del divisor de resistencias. La ten-sión zener de D5 será un poco menosde 5,6 V. Por ese motivo hemos elegido100 kΩ para R19. En este caso la resis-tencia total de R12…R18 es casi pres-cindible y la corriente queda bastanteconstante. Así las resistencias son fácilesde calcular.C7 desacopla la configuración elegidacon JP1. En el bucle de realimentaciónhay una cierta no linealidad, el incre-

Cuando la tensión es negativa, la salidade IC2a se queda al nivel de masa yD3 bloquea. En esta situación R9…R11forman un divisor de tensión. La tensiónsobre R11 es la mitad del valor medido.La señal rectificada pasa al compara-dor/amplificador IC2b. Éste compara elvalor pico de la corriente con el valor dereferencia.Hay una elección entre 7 valores de refe-rencia. Estos se han elegido de tal formaque la máxima corriente permitida es de3, 4, 5, 6, 7, 8 ó 10 A. Con el Jum-per JP1 puedes seleccionar la limitacióndeseada. C8, R22 y R21 limitan la velo-cidad con la que IC2b conmuta para quehaya una regulación estable. Con ellosse filtran picos, cortes y otras interrup-ciones de alta frecuencia. El pulso que

aparece en la salida de IC2b, cuandohay una corriente de carga demasiado

elevada, es utilizado para crear la ten-

sión de control para IC1.Cuando el regulador está activado seenciende un LED mediante el JFET T1que está configurado como fuente decorriente. La fuente de corriente es nece-saria ya que un pequeño pulso y unaresistencia no son suficientes para quese encienda el LED (tampoco cuando setrata de una versión de bajo consumo).C9 se carga a través de D4 y R23. Latensión sobre C9 forma a través de D7y R26 la señal de control para IC1. C3sirve para un desacoplado adicional.Debido al alcance de control de laentrada de control y la amplificaciónde la señal de medición se necesita unaumento de la corriente de carga pararegular la tensión hasta un mínimo. Esteaumento es más o menos 1 A. Debido

Medir es saber, ¿o no?La tensión de alimentación del U2008B se estabiliza internamente.Casi no nos desviamos de la aplicación estándar. La única diferenciaes que nuestro circuito necesita más corriente. Hemos dimensionadola alimentación a unos 10 mA. Esto ya lo hemos tratado en el texto.Hemos aprendido algo sobre los multímetros de valor eficaz (RMS) abase de pruebas y mediciones en el circuito.

C4 se carga con una corriente rectificada de media onda. Teórica-

mente el valor medio de un seno puro es 2Upico/π, esto también esvalido para un seno rectificado de onda completa. El valor efectivotambién es en ambos casos igual: Upico/√2. De ahí viene el conoci-do factor de 1,11 (π/2√2). Pero para un seno rectificado de mediaonda hay una regla completamente diferente. Ahí el valor medio esUpico/π. En cambio el valor efectivo es mucho más grande, Upico/2.Si entonces medimos sobre R1 y R2 (y no provocamos ningún corto-circuito con el conector plano) con un medidor de tensiones alternasestándar, medimos por lo tanto el valor medio. En nuestro caso, en un

castillo con una tensión de red algo más baja, llegamos a medir du-rante las mediciones solamente 220 V. El valor pico de la tensión so-bre R1 y R2 es √2·220 – 16,6 V. El valor medio de esto, que hemospodido medir, es más o menos 94 V. Cuando utilizamos un medidordel verdadero valor eficaz (true RMS); esperábamos como resultadode la medición la tensión pico dividida por dos, ó 147 V. Lo extrañofue que nuestro medidor del verdadero valor eficaz marcó 115 V. Loprimero que pensamos fue: ¿“A lo mejor el medidor no funciona bien,como tiene ya sus años”? Pero otro medidor (más nuevo), aunque del

mismo fabricante, daba exactamente el mismo resultado. Un medidormás completo nos ofreció la solución. Este último era capaz de medirCA y CC y marcó correctamente 147 V. Parece que los medidores delverdadero valor eficaz no saben manejar uan componente CC. Ha deestar especificado en el medidor. Ten cuidado.

Esto no sólo es válido para un seno rectificado de media onda sinotambién para señales digitales en forma de pulso o parecidas. Aquíse demuestra otra vez que no sólo vale “medir es saber”, sino tam-bién “saber lo que mides”.


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mento del ángulo de fase inicial tieneun efecto mucho menor sobre la ten-sión eficaz que cuando el ángulo defase alcanza los 90º.El regulador tiene también un área muerta.Como la entrada de control empieza aoperar a partir de -2 V, la corriente decarga tiene que aumentar con unos 0,2 Aen comparación con la corriente configu-rada antes de que el regulador actúe. Éstaes otra razón por la cual hemos bajadolos límites que marcan los alcances. Losvalores de las resistencias del divisor sehan redondeado a valores de la serie E96ya que en caso contrario el error total esdemasiado grande.

Con P1 se puede ajustar el ángulomáximo de fase. De modo que en laconfiguración más baja puedes ajustarla corriente a 3 A en una fuerte sobre-carga, ya que en caso contrario queda-ría por debajo.

EL disipador

Hemos elegido un tipo de triac sin amor-tiguador de ST, el BTA16-600BW. El triacse puede adquirir en una versión pro-vista de aislamiento (aunque tiene unapestaña de metal) y puede llevar 16 A.La versión BW necesita una corrientede disparo mínima de 50 mA. Con un

valor de 100 Ω para R5 la corriente dela puerta queda algo por encima.La desventaja de la versión con aisla-miento es su mayor resistencia térmicainterna, 2,1 °C/W en vez de 1.2 °C/W.Hay que añadir que la temperaturamáxima de unión sólo es de 125 °C. Lacaída de tensión sobre el triac dependeen parte de la temperatura de la unión.Una caída de tensión con una tempe-ratura de 125 ºC con 10 A es cerca de0,25 V menos que con 25 ºC.Para el cálculo del disipador utilizamosuna temperatura ambiental de 50 °C.Quizás pueda parecer mucho, pero si semonta en una caja sobre una caravana

Lista de materialesResistencias:

R1,R2 = 4k7/5 W paso 30 mm max.R3,R4 = 330 kΩR5,R23 = 100 ΩR6,R24 = 100 kΩR7,R8 = 0Ω1/5 W paso 30 mm max.R9 = 20k0R10 = 10k0R11 = 30k1R12 = 1k91R13,R14,R17 = 698 ΩR15,R16 = 715 ΩR18 = 1k40R19 = 100 kΩR20 = 10 kΩR21 = 3k3R22 = 1 MΩR25 = 820 kΩ

R26 = 1 kΩP1 = 100 kΩ de ajuste

Condensadores:C1 = 1 µF/63 V radial paso 2,5 mm,

diámetro 6,3 mm max.

C2 = 10 nF paso 5/7,5 mmC3,C6,C10 = 100 nF paso 5/7,5 mmC4 = 220 µF/25 V radial paso 2,5 mm,

diámetro 8,5 mm max.C5 = 220nF/275 VAC X2 paso 22,5 mmC7 = 10 µF/63 V radial paso 2,5 mm,

diámetro 6,3 mm maxC8 = 1 nF paso 5/7,5 mmC9 = 22 µF/40 V radial paso 2,5 mm,

diámetro 6,3 mm max.

Bobinas:L1 = 22 µH/11 A por ejemplo 1422311C

Murata Power Solutions (código Farnell1077056)

ó22 µH/10A3 por ejemplo 2205-V-RC

J.W.Miller Magnetics(Digi-Key Corporation número de artículo

M8868-ND)Semiconductores:D1 = 1N4007D2 = 4V7/0W5D3,D4,D7 = BAT85

D5 = 2V7/0W5D6 = LED rojo de bajo consumoT1 = BF245A

TRI1 = BTA16-600BWRG (TO220ABaislado) (código Farnell 1175636)IC1 = U2008B (Atmel), DIP de 8 pinesIC2 = TS922IN (ST), DIP de 8 pines

Varios:K1 = Tira de pines 2x7 + 1 JumperF1 = 10 A 1¼” x ¼” por ejemplo código

Farnell 1175149 + 2 pinzas para fusible15 A código Farnell 1175125

4 conectores amp con fijación con tornilloM4 + 4 x 10 mm M4 tornillo + tuerca +arandela + arandela de fijación

Aislamiento cerámico 4,5 mm por ejemplo AOS220SL Fischer Elektronik

Disipador para 10 A: Rth < 3,7 °C/W(< 9,4 °C/W para un máximo de 6 A)

Placa EPS 060316-1, disponible en www.elektor.es/060316

Figura 2. En la distribución de los componentes y en el diseño de cobre (de color más claro) se puede ver que la “parte de red” es mucho más espaciosa para cumplir con los requerimientos de seguridad.


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en pleno verano podría ser aún mayor.La disipación es de unos 11 W con 10 A.La máxima resistencia térmica total es de(125-50 °C)/11 W = 6,8 °C/W. Hay querestar de aquí 2,1 y 1 ºC/W para el triacy el aislamiento. Por lo tanto el disipa-dor puede tener una resistencia térmicamáxima de 3,7 ºC/W que proporcionasuficiente refrigeración para el triac conuna corriente de 10 A.Si la corriente máxima en tu campingfavorito es de sólo 6 A, puedes utili-zar un disipador más pequeño: (125-50 °C)/6 W - 2,1 - 1 = 9,4 °C/W. Estecálculo demuestra que una diferencia deun par de amperios implica mucho en eltamaño del disipador.Pero vamos a ser claros: estos cálculosparten de la carga máxima del triac.

Lo que no favorece la vida útil delsemiconductor. Si quere-mos dar más vidaal triac, hay queseguir la reglade cuanta másrefrigeración,mejor.

La placa

Hemos optadopor un grueso aislamientocerámico (ver lista de materiales)por varias razones: la placa ha sidodiseñada con una sola cara, se nece-sita una cantidad mínima de cobre parasoportar 10 A y el triac se ha colocado alborde de la placa por comodidad. No seha elegido este aislamiento para cum-plir con la clase I, ya lo cumple el ais-lamiento interno del triac. Esto propor-ciona algo más de espacio en la placapara la conexión A2 del triac (en unaversión sin aislamiento A2 también esla pestaña). Las conexiones de la puertay A1 se han colocado a más distancia

del triac con el fin de proporcionar máscobre para la conexión A1.Debido a las altas corrientes no se haahorrado en grandes superficies paralas demás conexiones (F1, L1, R7, R8,las conexiones para red y carga). Para elfusible de 10 A de la placa se han utili-zado dos pinzas para fusibles de 32 mm.Estas pinzas están especificadas para 15

A. Las conexiones de L1, R7 y R8 no tie-nen las muescas habituales. Por eso serequiere más potencia para soldar estoscomponentes que para el resto.Las conexiones para carga y red estánhechas con conectores (planos) de cochesque se fijan en la placa con tornillos de 4mm. La distancia entre estos conectoreses algo más de los 3 mm mínimos per-mitidos. Asegúrate de que los conectores

hay que pegar un trozo de cinta aislanteentre el disipador y la placa (debido a ladistancia requerida de 3 mm). Por razo-nes de seguridad se debe poner el disi-pador a tierra.El regulador es apto para ser utilizadocon aparatos de clase I. Esto significaque un posible repartidor debe tener unabuena conexión de seguridad a tierra.En la salida de IC2b se ha colocado unLED como indicador del funcionamientodel circuito. Todo el circuito está conec-

tado a la tensión de red, también elLED. Por eso no se debe poder

tocar fuera de la caja. Lomejor es montar el

LED directamenteen la placa.

queden bien rectos cuando se atornillen.En nuestro prototipo los hemos colocadoen la cara de los componentes, aunquedependiendo de cómo se monte en unacaja se podría optar por colocarlos enla cara de las pistas. Así se evitan resis-tencias de perdidas por las conexionesde los tornillos. Asegúrate de que hayauna distancia mínima de 3 mm entre losconectores (y también las pistas) que lle-ven directamente tensión de red.En la placa, al lado deJP1, están clara-mente impre-sos los lími-tes de lascorrien-tes.

Para evitar cargas en los puntos de sol-dadura, aconsejamos el uso de una des-conexión de carga térmica (una pequeñacurva en los terminales de conexión) enlas resistencias de potencia antes de sercolocadas en la placa (esto también esválido para el terminal del medio deltriac, A2).

Seguridad y toma a tierraComo el triac se encuentra en el bordede la placa, parece lógico montar eldisipador pegado al borde de esta. Paracumplir con la clase I de aislamiento

Figura 3. El disipador que hemos utilizado en nuestro

prototipo está algo sobredimensionado.Por tu propia seguridad, es mejor des-conectar el circuito de la red antes de

cambiar la configuración del Jumper(o utilizar un alicate con aislamiento).Hay que tener mucho cuidado durantelas mediciones en el circuito, espe-cialmente cuando lleva tensión. Porejemplo, entre R1 y el conector de laesquina. Un cortocircuito entre estosdos hace que el circuito impreso allado del conector se queme por com-pleto, algo que hemos podido consta-tar durante las pruebas.La forma en que se monta el circuito enuna caja depende de si forma parte deuna instalación existente o si se trata deun tipo de repartidor refinado. En estecaso hay que tener en cuenta la formay la temperatura del disipador y el calorque desprende.

(060316)

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