Para los apasionados de la electrónica que construimos proyectos cada semana, la energía eléctrica es una materia prima imprescindible. Y como somos (casi) humanos, cuando falta, nos damos cuenta de lo necesario que es tener siempre a mano un sistema de iluminación de emergencia. Podríamos preparar un alimentador para el soldador de lápiz y seguir trabajando de día, pero quedarse a oscuras por la noche, sin una iluminación mínima, es una situación que un lector de NeoTeo no puede permitirse. Además, tu familia te lo agradecerá.
En cualquier página de electrónica con circuitos útiles para construir, siempre aparece uno denominado “Inversor 12VCC – 110/220VAC”. A muchos nos ocurre que no nacemos sabiéndolo todo y que hay cosas de las que desconocemos su funcionamiento o su aplicación. Además, es habitual encontrarse solo con el circuito, sin siquiera un par de líneas explicativas sobre las condiciones más elementales de lo que vemos dibujado. Quien lo publica da por hecho que entendemos lo que quiso hacer y cómo funciona eso que solo a él le funcionó. Tras darle muchas vueltas, acabamos abandonando, frustrados por no lograr lo que el circuito promete.
Diagrama en bloques del sistema de iluminación de emergencia
En este artículo veremos cómo construir un sistema de iluminación de emergencia con todos los detalles explicados paso a paso, para que su realización sea exitosa y, sobre todo, útil para tu vida diaria. El esquema en bloques de la imagen anterior es bastante claro: el corazón del desarrollo es un oscilador que genera una señal de 50 o 60 ciclos por segundo para activar los transistores MOSFET, encargados de conmutar, a través de cada bobinado del transformador T1, la energía que suministra la batería Bat1. T1 es un transformador convencional de 110 o 220VAC (según el país) a 9+9 voltios. El bobinado de 9 voltios se conecta a los MOSFET, y la parte de 110/220VAC es la salida hacia una lámpara de bajo consumo.
Podemos usar cualquier lámpara para la tensión de línea domiciliaria, pero el secreto es que debe ser de bajo consumo o CFL, aunque también valen las actuales lámparas a LED. Con un transformador T1 de la tensión indicada y de 2 amperios de capacidad, podemos colocar cargas de hasta 30W sin problemas.
Importante: si usas transformadores chinos, esos de tamaño reducido, procura sobredimensionarlo hasta 4 o 5 amperios (la tensión sigue siendo la misma) para evitar un calentamiento excesivo tras una o dos horas de funcionamiento.
A la izquierda del diagrama se ve el bloque del cargador de la batería Bat1, que cargará la batería hasta el valor correcto y luego cortará la carga de manera automática hasta que la tensión baje y se reinicie el ciclo. Veremos ese circuito en la segunda parte de este artículo, junto con otras implementaciones de iluminación de emergencia. Por ahora suponemos una batería cargada al máximo y nos centramos en el funcionamiento del “Inversor”.
Circuito del sistema de iluminación de emergencia
En la etapa de potencia, a la salida del circuito, encontramos los conocidos transistores MOSFET IRFZ44N (los mismos que usamos 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 de poliéster) o se pueden colocar varios en paralelo sin superar ese máximo. Un fusible en la alimentación, en el punto medio del transformador, es una buena medida de seguridad.
Hay que entender algo importante: lo que habitualmente es el bobinado primario de un transformador, aquí es la salida hacia una lámpara de bajo consumo. Lo que normalmente es el secundario, aquí se conecta a los transistores de conmutación y a la batería, según indica el circuito.
Los transistores Q1 y Q2 son activados por un circuito integrado CMOS CD4047B, configurado como oscilador libre, que entrega una onda cuadrada en cada una de sus salidas (Q y /Q/), invertidas 180º entre sí. Así, una salida está en estado lógico alto mientras la otra está en bajo, y viceversa. Esto alterna 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 que la tensión de salida depende de la carga. Si dejas la salida libre, puedes obtener hasta 300V, pero al conectar una carga, el valor disminuirá y se situará entre 175 y 250 voltios, según la potencia consumida. Si colocas cargas superiores a 30 o 40W, la tensión caerá a valores inoperables. Para obtener mayor potencia de salida, debes incrementar la capacidad en amperios de T1 y reducir la tensión de 9+9VAC a 6+6VAC en el mismo transformador, además de aumentar el fusible.
El circuito formado por P1, C1 y R3 fija la frecuencia de trabajo del CD4047B y responde a la fórmula T = 4,40 * R * C, donde R se expresa en ohmios, C en faradios y T en segundos, siendo 4,40 una constante. Así podemos jugar con distintos valores de capacitores y resistores hasta lograr una frecuencia que ofrezca el mejor rendimiento de T1, observándose la máxima tensión de salida. Esto significa que el núcleo será capaz de transmitir la mayor cantidad de energía de un bobinado a otro, y que la frecuencia será la óptima.
Experimenta con diferentes transformadores y juega con los valores de P1, C1 y R3 hasta obtener los resultados más eficientes. Te dejamos los valores para 50/60Hz, pero recuerda que existen núcleos que trabajan mejor a frecuencias más elevadas (200, 300Hz).
El circuito de funcionamiento automático
Para entender el funcionamiento automático de la luz de emergencia, tomamos a T1 (BC640) como un interruptor que, para conducir, debe comportarse como una llave cerrada. Logramos esa baja tensión haciendo conducir a T2 (A1015) como si fuese una llave cerrada. Así, la tensión de la batería alimenta el circuito integrado a través de R4, este comienza a oscilar, actúa sobre los MOSFET y estos hacen trabajar al transformador, que genera la tensión necesaria para encender la lámpara. T2 conduce porque R14 pone su base a un potencial bajo.
Cuando vuelve la energía eléctrica y el circuito comienza 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 cortarse la conducción de T2, se interrumpe la corriente 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, sirve de monitor para determinar cuándo la luz de emergencia debe encenderse y cuándo apagarse. Por lógica, al interrumpirse el suministro eléctrico, la luz se enciende, y al volver la energía, se apaga automáticamente.
Empieza a experimentar con distintos transformadores y ajusta P1, C1 y R3 hasta lograr los mejores resultados. En la próxima entrega te mostraremos el cargador con corte automático para la batería y su implementación en este circuito. El cargador funciona hasta que la batería está completa y luego interrumpe la carga para no dañarla. Todo eso armado en un montaje práctico y más luces de emergencia. ¿Te lo vas a perder?
