DIY – Luces de emergencia para el hogar

por Mario 27 febrero, 2010, 3:56 pm 29 Comments

Aquellos que somos unos apasionados de la electrónica y construimos numerosos proyectos semana a semana, utilizamos una materia prima elemental sin la cuál todo lo que hacemos no tendría posibilidad de ser: la energía eléctrica. Y como parecemos y somos (casi) humanos, cada vez que no la tenemos nos acordamos de lo necesario que es tener siempre a mano un sistema de iluminación de emergencia. También podríamos realizar un alimentador para el soldador tipo lápiz (cautín) para continuar con nuestros proyectos durante el día, pero durante la noche quedarse a ciegas, sin una iluminación mínima es una situación que no puede permitirse un lector de NeoTeo. Además, tu familia te lo agradecerá. En cada página de electrónica donde exista un grupo de circuitos útiles para construir, siempre encontraremos uno llamado “Inversor 12VCC – 110/220VAC”. A muchos de nosotros nos ocurre que no nacimos sabiéndolo todo y que hay cosas de las que no tenemos un real conocimiento de su funcionamiento o su aplicación específica. Además, otra de las situaciones que ocurren en estos casos es que encontramos sólo un circuito sin siquiera dos renglones explicativos de las condiciones más elementales del desarrollo que allí vemos dibujado. Sucede que quien deja allí el circuito, intuye que sabemos lo que quiso hacer y cómo funciona eso que sólo a él le funcionó. Por lo general, luego de darle decenas de vueltas terminamos abandonando todo porque la frustración se apodera de nosotros al no poder lograr lo que el circuito promete. En este artículo vamos a ver como construir un sistema de iluminación de emergencia con todos los detalles explicados paso por paso para que su realización sea exitosa y por sobre todo, útil para tu vida diaria. El esquema en bloques de la imagen superior intenta ser muy claro. El corazón del desarrollo se basa en un oscilador que se encargará de generar una señal de 50 o 60 ciclos por segundo para activar los transistores MOSFET quienes se encargan de conmutar, a través de cada uno de los bobinados del transformador T1, la energía que le suministra la batería Bat1. T1 es un transformador convencional de 110 o 220VAC (de acuerdo al país donde vivas) a 9Volts + 9Volts. El bobinado correspondiente a los 9Volts se conectarán a los MOSFET y la parte de 110/220VAC será la salida hacia una lámpara de bajo consumo. Podemos utilizar cualquier lámpara para la tensión de línea domiciliaria. El único secreto en este desarrollo será que debe ser de bajo consumo o CFL aunque también podemos utilizar las actuales lámparas a LED. Con un transformador T1 de la tensión antes especificada y de 2 Amperes de capacidad de suministro de corriente podemos colocar cargas de hasta 30W sin problemas. En este punto debemos hacer una aclaración que casi nadie hace. Si utilizas transformadores chinos, de los que llaman la atención por lo pequeño de su tamaño, procura sobredimensionarlo hasta 4 o 5 Amperes (la tensión continuará siendo la misma) para evitar excesos de temperatura luego de una o dos horas de funcionamiento. Por último y a la izquierda del diagrama se puede ver el bloque correspondiente al cargador de la batería Bat1. Aquí utilizaremos un sistema que cargará la batería hasta el valor correcto y luego cortará la carga de manera automática hasta que la tensión de la batería descienda y vuelva a reiniciarse el ciclo de carga. Al circuito del cargador lo veremos en la segunda parte de este artículo, junto a otras posibilidades de implementación de iluminación de emergencia. Por ahora consideramos una batería cargada a pleno y nos dedicaremos al funcionamiento del “Inversor”. En la etapa de potencia, a la salida del circuito, encontramos los ya conocidos transistores MOSFET IRFZ44N (los mismos que utilizamos para el puente H), el transformador T1 y un capacitor de 100nF X 630V para suavizar los picos de conmutación inducidos en el transformador. A este capacitor se le puede dar cualquier valor hasta 1uF (siempre utilizando capacitores de poliéster) o se pueden colocar varios en paralelo tratando de no superar ese valor máximo recomendado. Un fusible en la alimentación, al punto medio del transformador, siempre será una buena medida de seguridad y precaución. Remarcamos entonces lo importante a saber y entender: lo que habitualmente es el bobinado primario de un transformador, aquí es la conexión de salida hacia una lámpara de bajo consumo. Lo que siempre es el bobinado secundario de un transformador, aquí se conecta a los transistores de conmutación y a la batería según como indica el circuito. Los transistores Q1 y Q2 serán activados por un circuito integrado CMOS CD4047B que estará conectado para funcionar como un oscilador libre y que nos entregará una onda cuadrada en cada una de sus salidas (Q y /Q/)(/Q/ = Q negada), invertidas 180º entre sí. Esto resultará en que una de las salidas estará en estado lógico alto mientras la otra se encuentre en estado lógico bajo y viceversa. Este modo de funcionamiento alternará la conducción de Q1 y Q2 induciendo una tensión alterna útil en el secundario de T1, muy cercana al valor nominal de tensión del transformador. Recuerda siempre que la tensión de salida dependerá de la carga que le conectes a la salida del transformador T1. Si dejas la salida libre, puede que obtengas hasta 300V de tensión, pero al conectar una carga notarás que ese valor disminuirá y se establecerá entre los 175 y los 250 Volts, insistimos: de acuerdo a la potencia consumida por la carga. Si colocas cargas mayores a 30 o 40W la tensión caerá a valores inoperables. Si deseas obtener mayor potencia de salida, debes incrementar la capacidad en Amperes de T1 e intentar disminuir la tensión de 9 + 9VAC a 6 + 6VAC del mismo transformador para obtener mayor potencia de salida. También aumenta el valor nominal del fusible de protección. El circuito formado por P1, C1 y R3 se encargan de fijar la frecuencia de trabajo del CD4047B y responden a la fórmula T = 4,40 * R * C, donde R se expresa en Ohms, C en Faradios y T en segundos, siendo 4,40 un valor constante. De este modo, podemos “jugar” con distintos valores de capacitores y resistores hasta logar una frecuencia que nos entregue el mejor rendimiento de T1, el que se observará logrando la máxima tensión de salida. Esto significará que el núcleo será capaz de transmitir la mayor cantidad de energía desde un bobinado hacia el otro y que la frecuencia lograda será la óptima para este propósito. El circuito de funcionamiento automático Para comprender de manera sencilla el funcionamiento automático de la luz de emergencia, tomaremos a T1 (BC640) como un interruptor que para conducir (para comportarse como una llave cerrada) debe tener baja tensión en su base. ¿Cómo logramos una baja tensión en la base de T1? Haciendo conducir, como si fuese una llave cerrada, a T2 (A1015). De este modo, la tensión de la batería alimenta el circuito integrado (a través de R4), éste comienza a oscilar, actúa sobre los MOSFET y éstos hacen trabajar al transformador que se encargará de generar la tensión necesaria para encender la lámpara conectada a su salida. T2 conduce porque R14 pone su base a un potencial bajo. Cuando vuelve la energía eléctrica y el circuito se dispone a comenzar el ciclo de carga de la batería, la base de T2 recibe tensión positiva a través del divisor resistivo formado por R15 y R16, interrumpiendo la conducción de T2. Al pasar a cortarse la conducción de T2, también se interrumpirá la corriente que circula por T1, deteniendo la oscilación y apagando la luz de emergencia. Es decir, el circuito inicial del cargador de baterías con el transformador y el rectificador de entrada nos servirá de monitor para determinar cuándo la luz de emergencia se debe encender y cuándo se debe apagar. Por lógica, al interrumpirse el suministro eléctrico, la luz encenderá y al retornar la energía por la red, la luz se apagará de manera automática. Comienza a experimentar con diferentes transformadores y juega con los valores de P1 – C1 – R3 hasta lograr los resultados más eficientes. Nosotros te dejamos los valores para 50/60Hz pero recuerda que existen núcleos que trabajan mejor a frecuencias más elevadas (200, 300Hz.). En la próxima entrega te mostraremos el cargador con corte automático para la batería y su implementación en este circuito. Es decir, el cargador funciona hasta que la batería está completa y luego se interrumpe la carga para no dañar la batería. Todo eso armado en un montaje práctico y más luces de emergencia en la próxima entrega. ¿Te lo vas a perder?