Alimentación

Hasta este punto hemos estado entendiendo distintos conceptos que nos han servido para echar andar nuestros proyectos, pero alguna vez te haz preguntado ¿De dónde obtenemos la fuente de alimentación para que esto funcione? Hasta el momento cada uno de nuestros proyectos (incluyendo los sensores) se han alimentado a través de nuestro Arduino y han funcionado perfectamente, pero ¿ Qué sucede si requerimos una fuente de alimentación con mayor voltaje y que claramente nuestro Arduino no nos lo puede dar? Pues bien, llego el momento de hablar de las fuentes de alimentación externas (como lo podría ser una batería) cómo es el funcionamiento de ellas y cómo podemos utilizarlas.

Entradas de alimentación en Arduino

Antes de comenzar a ver cada una de las diferentes formas que podemos alimentar nuestro Arduino, vamos a ver las diferentes entradas que nos proporciona para alimentar la placa, así como las ventajas y desventajas de cada una.

• Jack: Regularmente, esta toma se utiliza para conectar alguna fuente de alimentación, con el polo positivo en la parte central, el valor debe oscilar en un intervalo de 6V y 20V, aunque se recomienda un voltaje de 7-12V.

• Pin Vin: Este tiene una doble función. Salida de la cual extrae el voltaje aplicado a la toma de JACK.

-Salida de la que, mayormente, se utiliza para alimentar pequeñas cargas que requieren una tensión superior a 5V e igual a la aplicada a la toma del jack

-Entrada para la alimentación, cabe resaltar que esta no esta protegida por el diodo ante inversiones de polaridad. Su conexión va directamente al regulador, por lo que no se debe aplicar una tensión en el jack. ya que, podría llegar hacer peligroso.

• Puerto USB: Esta procede del puerto USB de cualquier fuente de alimentación que cuente con algun puerto USB. Si este proviene de un ordenador, va existir una limitación de corriente de unos 500 mA, si es el caso de una fuente externa, la corriente max. de salida estará limitada a 500 mA, esto debido al fusible de protección auto-restaurable.

• Pin 5V: Este tiene una conexión directa a la salida del regulador y al contacto de 5V que se utiliza para alimentar cargas externas (los shield's o sensores), en el caso de que está no se apliquen tensiones al puerto USB o jack, está toma se puede utilizar para alimentar la placa directamente. Tambien, es importante recalcar que cuando se trata del voltaje que se aplica a la salida, el regulador puede presentar fallos, pero en este caso en especifico, resulta ocurrir en el momento en el que la alimentación de la placa se hace desde el puerto USB, por lo que se puede prescindir sin un mayor problema.

Alimentación mediante USB

Esta fuente de alimentación es con la que hemos estado trabajando, la cual es a través de un cable USB que va conectado en nuestro ordenador, el cual le suministra 500 mA. Su principal objetivo es hacerlo funcionar para poder programar el scketch, si bien este funciona, solamente es mientras el computador esta encendido, si decidimos apagarlo, nuestro proyecto de igual manera se apagara. Es por ello que es recomendable buscar una fuente de alimentación externa

Baterías

Todos conocemos las pilas y sabemos como son, para poder alimentar nuestro controlador es necesaria una batería con un voltaje de 9V, pero... si hay un gran "pero" al querer usar una batería como fuente externa, el principal problema de usar baterías es que el Arduino no esta diseñado para un bajo consumo, lo que ocasione que la batería tenga un uso de vida media bastante corta. Es recomendable el uso de estos para una demostración pequeña ¿Por qué sucede esto? Recordemos que Arduino tiene la capacidad de consumir 200 mAh, si una batería de este tipo consume unos 300 mAh, tendría apenas la energía suficiente para alcanzar una hora de funcionamiento. Entonces... ¿Qué podemos hacer para que tenga una mayor duración?

Seguramente has ocupado en muchas ocasiones algún aparato electrónico que usa baterías AA. Pues bien, este tipo de Baterías pueden colocarse en serie para proporcionar el voltaje necesario para poder suministrar con suficiente energía al Arduino, ya que, cada una contiene 1.5V, por lo que se requiere un total de 6 baterías. Ahora te estarás preguntando... ¿Cuál es la diferencia entre usar este tipo de baterías con respecto a las mencionadas anteriormente? La gran ventaja es en su capacidad, las baterías AA tienen entre 2700 - 2900 mAh, como podrás ver, es una gran diferencia entre baterías. El único problema que conlleva el uso de este tipo de baterías, es el gasto que generan, ya que, al gastarse se tendrán que sustituir por nuevas baterías, pero aun así, si hablamos exclusivamente del uso para el Arduino, es totalmente recomendable el uso de estas.

Existe otra opción, Las baterías de polimero de litio, estas contienen una mayor tiempo de duración, su mas grande desventaja es su precio, su precio va a variar dependiendo del voltaje y capacidad, si hablamos de un Arduino, las especificaciones requeridas son: 7.4V y un minimo de 1600 mAh. Es importante mencionar que el voltaje de estas baterías van en múltiplos de 3.7V, ya que, esta tipo de baterías se componen de celdas, cada una de estas celdas es de 3.7V por lo tanto vas a encontrar voltajes con sus múltiplos. Por el uso de vida media no te tienes que preocupar, ya que, este tipo de baterías son recargables, aunque se recomienda dar un uso adecuado para prolongar su vida por medio de cargadores adecuados.

A todo esto... ¿Cuánta energía consume mi Arduino? Vamos a suponer que tenemos un proyecto con una placa de Arduino y un Display, esto ya supone un consumo de aprox. 200 mAh. Ahora, si utilizamos una batería de 9V, está contara con 300 mAh, esto significa que, con esfuerzo podemos alimentar el Arduino durante aprox. una hora. Alimentar Arduino con una batería de 9V es una mala opción, pero como ya vimos, utilizando baterías AA, se convertira en una buena opción

Alimentación mediante adaptador de corriente.

Otra opción es alimentar el Arduino mediante un adaptador de corriente, hay que tener cuidado al momento de adquirir uno, debido a que se debe dar un voltaje adecuado y una potencia suficiente para poder hacer uso de él. Al igual que las baterías de litio, necesitaremos un voltaje de 7 o 7.5V, ya que, si utilizamos un voltaje por debajo de este, la salida de 5V de nuestro Arduino estará por debajo o encima del regulador de tensión, provocando un calentamiento, dañando nuestra placa. Esto mismo aplica si utilizamos un alto voltaje, ya que, si utilizamos un voltaje arriba de 10V, el regulador tambien se sobrecalentara provocando daños. Asi que si tu proyecto es fijo o no necesita estar en un constante cambio de lugar o si esta cerca algún toma corriente, esta opción es la mas viable.

Fuente regulable

Usualmente estas fuentes de alimentación son usadas para el desarrollo y/o testeo dentro de un laboratorio.

Fuente conmutada

Este tipo de alimentación es parecida a las fuentes ATX de un ordenador. Recordemos que es un dispositivo electrónico que se dedica a transformar energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Ahora, un regulador de tensión suele utilizar transistores polarizados en una sección activa de amplificación, estas fuentes utilizan esos mismos conmutados activamente a alta frecuencia entre cortes cerrados y abiertos.

Una de las ventajas que nos da esta fuente es que tiene una mayor eficiencia y un menor calentamiento gracias a su peso y tamaño de su núcleo, esto nos permite suministrar con la suficiente potencia el Arduino y los componentes que se le conecten. Mientras que las desventajas que nos va a presentar es que, a comparación de fuentes lineales, es que la fuente conmutada tienden a generar mas ruidos de alta frecuencia y son mas complejas, por lo que se debe tener un uso correcto para minimizar el impacto del ruido y asi tener la menor cantidad de interferencias en equipos continuos.

Regulador de tensión

Para tocar este punto, es importante mencionar que todos los Arduinos cuentan con un regulador de tensión, la principal función de este es la conversión del voltaje de alimentación (recordamos que se le tiene que suministrar al menos 7V y el límite max. de alimentación es de 20V) al voltaje de sus elementos electrónicos, principalmente el de nuestro Arduino y como podrás imaginar, todo este proceso tambien es un generador de calor que afecta en el regulador de tensión, en en caso de que se suministre más de 7V va ocasionar una ineficiencia energética y por lo tanto representara un desperdicio.

Limitaciones

Aunque en cada una de las opciones que nombramos mencionamos las ventajas y desventajas de utilizar cada uno, pero hora hablaremos de una manera general. En el momento en el que alimentamos varios sensores a la conexión de 5V, debemos tener en cuenta la limitante que tiene el regulador de tensión NCP1117 de 1A para saber el max. numero de sensores en función del consumo. Suponemos que usamos la alimentación directa del pin de Arduino, hay que tener en cuenta las limitaciones que el pin va a tener. Usando un microcontrolador ATmega328p (por mencionar un ejemplo) vamos a tener las siguientes características:

DC current VCC and GND pins -> 200 mA

DC current VCC per I/O pins -> 40 mA

Pero... ¿Qué significa esto? VCC current será la corriente que se va obtener del pin Vcc del microcontrolador, GND current será la corriente que se va obtener del pin GND del microcontrolador. Cada uno de los puertos de I/O puede dar una más corriente de lo normal, con 20 mA en Vcc = 5V, 10 mA en VCC = 3V) en el caso de que haya condiciones estables, se debe tener en cuenta que:

• La suma de toda la corriente en HIGH (source) para los puertos C0 – C5, D0 – D4, ADC7, RESET no debe exceder los 150 mA

• La suma de toda la corriente en HIGH (source) para los puertos B0 – B5, D5 – D7, ADC6, XTAL1, XTAL2 no debe exceder los 150 mA.

• Si la corriente en HIGH superar los valores nominales, el voltaje en HIGH puede superar los valores nominales. No se garantiza que los pines puedan dar (suorce) más corriente que la de los valores de test.

• La suma de toda la corriente en LOW (sink) para los puertos C0 – C5, ADC7, ADC6 no debe exceder los 100 mA

• La suma de toda la corriente en LOW (sink) para los puertos B0 – B5, D5 – D7, XTAL1, XTAL2 no debe exceder los 100 mA

• La suma de toda la corriente en LOW (sink) para los puertos D0 – D4, RESET no debe exceder los 100 mA

• Si la corriente en LOW supera los valores de test, el voltaje de LOW puede exceder los valores nominales. No se garantiza que los pines puedan obtener (sink) más corriente que la de los valores de test.

Practica 1

Para esto vamos a necesitar

• Arduino

• Cable USB

• LED's (de cualquier color )

• Cables jumpers (de preferencia de colores diferentes)

• Resistencias de 4.70 kOhm

• Piezo

• Sensor de gas

• Protoborad

• 2 pilas doble AA de 1.5V

Y listo, ya terminamos, el resto de pasos puedes consultarlos en el apartado número 4, correspondiente a las entradas y salidas analógicas, en la practica de "detector de humo" o da click aquí.

Practica 2

Para esto vamos a necesitar

• Arduino

• Cable USB

• LED's (de cualquier color )

• Cables jumpers (de preferencia de colores diferentes)

• Resistencias de 220 Ohm

• Sensor PIR

• Protoborad

• 3 pilas doble AA de 1.5V

Al igual que en la practica 1, el resto de pasos puedes consultarlos en el apartado número 3, correspondiente a las entradas y salidas digitales, en la practica de "detector de movimiento" o da click aquí.

Retos

Ahora te animamos a que el resto de practicas que hay en la pagina puedas conectar una fuente de alimentación externa, ya sea, con el diferente tipo de pilas que existen u otra opción que dimos en este mismo apartado.

Tambien es importante que tengas en cuenta la cantidad de voltaje con la que vas a suministrar el circuito... Es ahí donde nace otro reto ¿Será suficiente una pila doble AA? ¿Necesitaras una pila de 9V? ¿afectara un voltaje más alto al circuito? muchas preguntas que resolver y eso querido lector, al igual que un famoso libro de calculo 2... Se deja como ejercicio al lector.