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

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17 pensamientos en “Fuente/Cargador con carga compartida (load-sharing)

  1. Saludos!!! me gustaría saber si este circuito me permitiría hacer lo siguiente:
    Tengo que alimentar un circuito con una batería de 7v y cuando esta batería se quite entre a funcionar la batería lipo de 3.7v.
    Cuando se vuelva a conectar la batería de 7v se cargue la de 3.7 hasta que se vuelva a quitar la de 7v.

    Quiero saber si cuando se encuentra full la Lipo se deja de cargar así este conectada la de 7v? según entendí en el datasheet del mcp.. Gracias !

    • Cuando entra la batería lipo es por que no hay fuente externa, así que cuando quitas la de 7, la de lipo es tu fuente de energía primaria y bueno, como no hay 7v pues no se carga. Cuando entra la de 7v, la de lipo se carga y solo eso, no tiene contacto con el resto del circuito. Al final, tendrías 7v ó 3.7v dependiendo si conectas la batería de 7v

      Espero esto te ayude con el circuito que tienes planeado. Solo recuerda no sobrepasar los límites del cargador de la lipo y que tu circuito “aplicación” pueda soportar el cambio de voltaje (en este caso de 3.7 a 7 volts)

      Saludos.

  2. hola, tengo un circuito que funciona con 7.4v yo lo alimento con 2 lipo en serie, pero el consumo de mi circuito es de 40W. unos 4-5A , entonce quiero hacer un circuito como el tuyo mi tope es el mosfet, tienes algo como ayudarme?

  3. Hola, la técnica que explicas me vino al pelo!. Tengo un circuito aplicacion que puede variar el consumo de corriente y para mantener el voltaje constante en V0 a 4v aproximado necesito un regulador ajustado que asegure ese voltaje, donde te parece a vos que es el mejor lugar para ponerlo?

    • Hola. El circuito regulador estaría muy bien entre V0 y el circuito de aplicación, y como es un circuito a batería, puedes intentar con convertidor dc-dc como un sepic o un boost-buck no inversor, así tendrás una buena eficiencia para que no desperdicies tanta energía. Ademas, puedes aprovechar algo de estos convertidores, que pueden usar voltajes de entrada mas grandes o mas pequeños que el voltaje de salida regulado.

      Saludos.

  4. Hola, estoy interesado en hacer un circuito electronico que se active con un pulso de 5v pero su alimentación principal es de 12v, la idea es que cuando el motor que este siendo controlado por dicho circuito, cuando se detenga el circuito deje de enviarle corriente y aunque le llegue el pulso de 5v mientras el motor haya cumplido con su movimiento total este no se active . Agradezco cualquier información que me pueda brindar al respecto.

    • Hola, creo que el integrado L298 podría ayudarte con el control del circuito de 12V con un pulso de 5V, cuenta con varios canales y habilitadores, que creo que podrían ayudarte con la función que deseas implementar

      Espero te sea de utilidad. Saludos.

      Argos

  5. Felicidades por el articulo, me viene muy bien para un proyecto que tengo en mente. Pero me gustaría saber mas o menos los valores de los componentes, por ejemplo: la resistencia de pull down tiene que ser alta (10K), el diodo (BAT60J), el transistor (SI2305CDS-T1-GE3) porque mi circuito es sencillo (batería Lipo 3.7V), pero el condensador no sabría como determinar su capacidad.
    Si me aconsejas con este valor y sin están bien los anteriores componentes, te lo agradecería.

    • Hola.

      Así de simple vista los valores están en un rango aceptable para casi cualquier aplicación. Con respecto al capacitor, si es una aplicación que no consume muchos miliamperes o bien no tiene muchos cambios en de corriente, uno de 100 uF esta bien para empezar, si tienes muchos cambios de corriente puede incrementarse la capacitancia pero agregando algunos cerámicos de pequeñas cantidades como los clásicos de 10nF para filtrar mejor las frecuencias altas

  6. Tengo una situación donde debo cargar una batería de 24v, ya hice un cargador que haga esto pero de igual manera tengo una fuente externa, y quiero que un circuito externo se alimente con ambas, mi pregunta es ¿Que cambios debo hacer con respecto a tu diseño para que me funcione bien, tomando en cuenta que todo trabaja a 24V?

    • Hola, a grandes rasgos, lo que debes tener en cuenta son componentes que soporten ese voltaje, el transistor debe poseer un Vgs mayor a 24V (mayor, porque seguro alimentas tu cargador de baterías con más de 24V, incluso el Vgs de transistor debería ser mayor al voltaje de alimentación que alimenta el cargador), además debe ser capaz llevar la corriente que necesitas, ya que si usas una fuente d 24V no creo que solo enciendas un led 😛 Igual con el diodo. Además no sé qué tolerancia tenga tu circuito aplicación para el voltaje a la entrada, igual considera agregarle un regulador de voltaje.

      Espero te sirva

      Saludos

  7. Tengo una situación donde debo cargar una batería de 24v, ya hice un cargador que haga esto pero de igual manera tengo una fuente externa, y quiero que un circuito externo se alimente con ambas, mi pregunta es ¿Que cambios debo hacer con respecto a tu diseño para que me funcione bien, tomando en cuenta que todo trabaja a 24V?

    • Hola, a grandes rasgos, lo que debes tener en cuenta son componentes que soporten ese voltaje, el transistor debe poseer un Vgs mayor a 24V (mayor, porque seguro alimentas tu cargador de baterías con más de 24V, incluso el Vgs de transistor debería ser mayor al voltaje de alimentación que alimenta el cargador), además debe ser capaz llevar la corriente que necesitas, ya que si usas una fuente d 24V no creo que solo enciendas un led 😛 Igual con el diodo. Además no sé qué tolerancia tenga tu circuito aplicación para el voltaje a la entrada, igual considera agregarle un regulador de voltaje

      Espero te sirva

      Saludos

  8. Hola… antes que nada, muchas gracias por tu aporte, me parece muy útil!

    Ahora, una consulta… si quisiera que el circuito no opere cuando esté cargando la batería, es decir, que se apague cuando conecte el cargador USB… solo tendría que quitar el diodo D1? Podría implementarse con un transistor de juntura PNP?

    Desde ya, muchas gracias!
    Saludos!
    Luis

    • Hola, disculpa la demora. Si solo quitas el diodo, todavía se polarizaría el diodo del transistor. Por lo que el circuito seguiría funcionando por medio de la bateria (y peor, ya que se alimenta de la bateria mientras la cargas!!!) . Lo que se podria hacer es cambiar el tipo de transistor por uno de canal N y colocar otro para invertir su polarización en el Gate.
      Pasando a la segunda pregunta, creo que tendría dificultades el circuito con un transistor pnp, ya que el transistor bipolar tiene un voltaje Vce aprox de 0.2V cuando ya es muy bajo, así que, cuando empiece a crecer la corriente, la potencia en el transistor crecería ya que a diferencia de un mosfet, donde Rdson puede ser de unos mili-ohm, el voltaje del bipolar no bajaría de los 0.2V, asi la eficiencia bajaría, ya que parte de la potencia total del circuito se iria en el transistor, haciendo que dure menos la bateria.

      Saludos.

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