Fuente/Cargador con carga compartida (load-sharing)

Cuando tenemos circuitos que funcionan con baterías recargables, ya sea como fuente primaria o secundaria (por ejemplo: un dispositivo móvil, o bien una fuente de alimentación con respaldo de batería) es común querer incorporar en el mismo circuito, la sección que carga la bateria. Así que les comparto una de las técnicas para carga compartida.

Antes que nada, cuando hablamos de carga compartida, estamos hablando de 2 o mas fuentes de energía que alimentan una sola carga. Generalmente se usan para suministrar mas corriente sin que el voltaje en la carga se afecte. Otro de los nombres que he encontrado para estas «técnicas» es el de «paralelización de fuentes» o «fuentes de voltaje paralelas».

Bueno, ya se que en lo primeros cursos de electrónica nos dicen que nunca debemos conectar fuentes de voltaje en paralelo o fuentes de corriente en serie y menos cuando son de diferentes valores. La verdad, hay formas de brincarse esas reglas jejeje.

La forma que les traigo ahora es por medio de un transistor, una resistencia y un diodo. Estos elementos nos van a «administrar» o «coordinar» las fuentes que están interactuando con la carga.

El bosquejo que les voy a mostrar ahora tiene un objetivo muy simple. Esta diseñado para que la fuente de energía principal sea la batería, pero cuando se conecte la fuente externa, la batería quede aislada de la carga, para que el circuito cargador pueda hacer su trabajo. Este tipo de «administración» es recomendable, ya que de otra forma podemos arruinar el circuito de carga de la batería, o bien la batería misma, esto por la sencilla razón de que no debemos cargar la batería y al mismo tiempo su mistral corriente con esta, ya que puede que nunca terminemos de cargar la batería (el mejor de los casos) o le exigimos al circuito de carga mas corriente de la que puede proveer (calentando mucho el circuito y la batería, arruinando todo).

 El circuito es bastante simple, esta pensado para cargadores de batería litio-ion o polímero de litio (como el mcp73831) que trabajan a 3.7V, por lo que pueden alimentar prácticamente cualquier circuito a base de microcontrolador. El transistor es un mosfet de enriquecimiento canal P, el diodo es de tipo schottky y la resistencia es solo de pull-down. Pero veamos paso a paso como funciona:

Solo con batería.

 
Cuando solo esta la batería como fuente de alimentación, la corriente pasa por el diodo interno del mosfet. Al principio no es una gran corriente la que puede soportar, pero sirve para que el voltaje pase del «drain» al «source». Con el voltaje de la batería en «source», el «gate» estará en cero volts por medio de la resistencia Rp, el voltaje Vgs queda en -Vbat, que es suficiente para polarizar el transistor y hacer que la resistencia Rds sea casi cero. Esta condición hace que el transistor conduzca la corriente de la batería hacia la carga, o como en el dibujo, hacia nuestro circuito de aplicacion.

Conectando el voltaje externo/USB.

Aquí la prioridad es la siguiente: cuando se conecte el usb, la batería se tiene que desconectar. Para lograr esto, solo se trabaja con los diodos. Cuando se conecta el usb, se polariza el diodo D1 haciendo que el voltaje en el «gate» y en el «source» sean casi iguales (Vgs = 0) con lo que no se polariza el transistor. Además Vusb > Vbat por lo que el diodo interno del transistor no se polariza, así que no hay corriente que fluya de la batería hacia el circuito, dejándola aislada. El usb también alimenta el circuito de carga, así que la batería puede cargarse cono normalidad.

Es recomendable poner a la salida un regulador a 3.3V si nuestro circuito no acepta los 5V del usb. También puede funcionar un circuito como el usado en el medidor LC que convierte voltajes desde 0.8V a 5V. Pero bueno, eso depende más de la aplicación y el diseño final.

Espero les sea de utilidad tanto como me ha servido.

Sin mas por el momento…

Argos

Referencia: nota de aplicacion AN1149 de microchip