Fuente de alimentación universal para microcontroladores (Arduino, etc.)

Componentes utilizados en el proyecto

 

Todos los componentes utilizados (excepto la caja, las placas de circuito impreso, los cables y los conectores de pines que sirven de topes) aparecen en los esquemas y están identificados para facilitar su comparación con la descripción que sigue. La identificación de cada componente se indica entre paréntesis (en rojo).

Caja.

Como no tengo una impresora 3D, no pude fabricar una caja específica para este proyecto. Por eso compré en una tienda de artículos para el hogar una caja de plástico translúcido del tamaño adecuado con una tapa que cierra a presión de forma firme. La caja translúcida permite ver la luz de los LED.

Precio: 2 USD.

Panel solar (D1).

Tenía varios paneles solares de distintos tamaños y potencias. Elegí un pequeño panel de 110x60mm, 5V, 1W. Este es el máximo declarado, casi imposible de alcanzar en la práctica: en un día soleado y luminoso de primavera obtuve aproximadamente 150mA. Por sus dimensiones, el panel encajaba bien en la tapa de la caja.

Precio: 2 USD.

Diodo Schottky (D2)

Para evitar la corriente inversa hacia el panel solar, lo más adecuado es utilizar un diodo Schottky, ya que la tensión del circuito es baja y estos diodos tienen una caída de tensión directa considerablemente menor (0.3-0.5V) que los diodos convencionales de tipo 1N4007, cuya caída es de aproximadamente 0.8-1V. Solo tenía un diodo 1N5825 muy potente (40V, 5A), pero para este proyecto serviría un diodo más sencillo, el 1N5817 (20V, 1A), que además tiene una caída de tensión aún menor, algo especialmente importante al trabajar con un panel solar de baja tensión.

Precio 1N5817: 4.5 USD por 50 unidades

Módulo de carga de batería (BMS) (M1).

Utilicé un módulo TP4056, con un conector micro-USB integrado, capaz de cargar con una corriente de 1A y una tensión de 4.1-4.2V; este modelo incorpora protección contra la sobrecarga y la sobredescarga de la batería de iones de litio. El módulo también tiene terminales para una entrada de alimentación alternativa (en mi caso, el panel solar).

Como no tenía previsto fabricar un dispositivo para trabajar con más de una batería, no necesitaba mayores potencias de carga ni tensiones más altas, aunque existen módulos de carga y módulos reductores de tensión para tensiones más altas.

Precio del módulo TP4056: 2 USD por 5 unidades

Módulo elevador de tensión a 5V (Step-up / boost module) (M2).

Este módulo es necesario porque el módulo de carga de batería entrega la tensión de la batería conectada, es decir, 3.7-4.2V, mientras que para alimentar Arduino y otros dispositivos electrónicos necesito 5V estables.

Elegí un módulo elevador Wavgat compacto y eficiente que soporta una corriente de 1-1.5A.

Precio: 1.1 USD

Conectores de alimentación (J1-J3, JP1, JP2).

En el proyecto utilicé 3 conectores de dos contactos para placas de circuito impreso

- (J1) para conectar baterías con cables o una batería de tipo 18650 alojada en un portabaterías.

- (J2) para conectar el panel solar (preferí un conector a una unión soldada para facilitar el desmontaje del dispositivo).

- (J3) para llevar la salida de 5V del módulo elevador a la protoboard.

Para conectar las baterías de teléfonos móviles necesité un conector exactamente igual al que se utiliza en los teléfonos móviles (JP1, JP2). En el esquema, para facilitar la lectura, el conector único de 4 contactos se ha dividido en dos conectores independientes. Tenía tres baterías distintas: una de 3 contactos y dos de 4 contactos, y la posición de los contactos + y - también era diferente. Al final desoldé un conector de 4 contactos de un teléfono viejo que usé como donante, y pude utilizarlo con todas mis baterías. Estos conectores también se pueden comprar en AliExpress. Resolví las diferencias en la posición de los contactos de alimentación y masa mediante interruptores (véase más abajo).

Precio de los conectores para placas de circuito impreso: 1 USD por 20 unidades

Precio de los portabaterías 18650: 1 USD por 1 unidad

Interruptores (S1-S4).

En el proyecto utilicé 4 interruptores deslizantes de tres contactos para montaje en placa de circuito impreso.

Dos de ellos se utilizan para seleccionar los contactos de la batería del teléfono móvil: uno (S1) para el primer par de contactos (negativo), y el otro (S2) para el segundo par (positivo).

El tercer interruptor (S3) se utiliza para conectar la alimentación alternativa al módulo de carga (panel solar).

El cuarto interruptor (S4) se utiliza para encender el módulo elevador de 5V. El interruptor permite ahorrar energía desconectando el módulo elevador cuando no se necesita, por ejemplo, durante la carga de la batería o el almacenamiento del dispositivo.

Precio de los interruptores: 1 USD por 20 unidades

Voltímetro (M3) y pulsador (S5)

Los voltímetros de este tipo pueden tener dos o tres cables. El voltímetro de dos cables se alimenta y mide la tensión del mismo circuito; esta es la variante que aparece en el esquema. El módulo de tres cables recibe alimentación independiente y se conecta por separado al circuito que se mide, lo que permite medir tensiones fuera del rango de alimentación del propio módulo.

La pantalla del voltímetro tiene tres dígitos y está disponible en cuatro colores.

El pulsador (S5) se añadió para ahorrar la energía que consume el voltímetro (M3), de modo que solo se encienda cuando sea necesario.

Precio de los voltímetro: 2 USD por unidad

Precio de los pulsador: 2 USD por 30 unidades

Placa de circuito impreso.

En el proyecto utilicé tres placas de circuito impreso para prototipos. Dos de 50x70mm como paredes verticales y una de 70x90mm como suelo.

Soldé todos los elementos del dispositivo a las placas laterales.

Las placas se pueden unir cómodamente entre sí con cables de un solo hilo de 0.5mm.

Precio de los placas para prototipos de 5x7: 2.5 USD por 10 unidades

Precio de los placas para prototipos de 7x9: 1.6 USD por 5 unidades

Protoboard

Utilicé una protoboard de tamaño medio para colocar componentes electrónicos adicionales, como un microcontrolador Arduino y distintos sensores. La alimentación y la masa se llevan a los carriles de la protoboard mediante cables conectados al conector (J3).

Precio de los protoboard de tamaño medio: 1.5 USD por 1 unidad

Conectores que sirven de topes

Instalé 4 conectores de pines dobles en una de las placas laterales como topes para reducir la holgura del dispositivo dentro de la caja. Son totalmente opcionales.

Precio de los conectores que sirven de topes: 2 USD por 30 unidades de 40 conectores cada una

 

Coste total de los componentes

El coste de todos los componentes del proyecto, sin contar las herramientas ni los consumibles (flux, estaño para soldar y cables), fue de 13 USD, sin la protoboard, de 11.5 USD.

Puede encontrar todos los componentes mencionados en este documento de Google​​​