5- Alimentaci贸n de Arduino

Esta lecci贸n es bastante significativa, si hace algo diferente a lo que est谩 escrito aqu铆, puede obtener una placa quemada o con fallos, cuyas razones no son tan obvias y es muy dif铆cil rastrearlas. Si esperaba ver consejos sobre el ahorro de energ铆a y los modos de suspensi贸n, se encuentran en una lecci贸n separada.

Pasemos a alimentar la placa: hay tres formas de alimentar Arduino y el proyecto Arduino en general, cada una tiene sus propias ventajas / desventajas y caracter铆sticas:

  • Puerto USB integrado.
  • Entrada 芦sin procesar禄 al microcontrolador 5V.
  • Entrada de Vin estabilizada.

En cuanto a la tierra (pines GND ), todos est谩n conectados y simplemente duplicados en la placa, esto debe recordarse. Los pines de 3.3V5V y GND son la fuente de alimentaci贸n para los sensores y m贸dulos, pero echemos un vistazo a los detalles.


Arduino alimentado por USB.

Alimentacion de arduino por Usb
Alimentaci贸n de arduino por Usb

Alimentado por USB es la peor forma de alimentar un proyecto arduino. 驴Por qu茅? Hay un diodo a lo largo de la l铆nea de alimentaci贸n de + 5V desde USB que realiza una funci贸n protectora: protege el puerto USB de la computadora del alto consumo de corriente por parte de los componentes del proyecto arduino o de un cortocircuito, que puede ocurrir por accidente o curvatura de cables de aquellos a los que les gusta elegir protoboards. Un cortocircuito con una duraci贸n de menos de un segundo no tendr谩 tiempo de da帽ar mucho el diodo y quiz谩 se pueda recuperar, pero un cortocircuito largo convierte el diodo en un fusible, liberando una nube de humo azul pero salvando el puerto de la computadora del mismo destino. Por cierto, arduinki del fabricante Robotdyn tiene un fusible de restauraci贸n autom谩tica en lugar de una muleta con un diodo suicida.

Un diodo de baja corriente tiene otra caracter铆stica desagradable: el voltaje cae a trav茅s de 茅l, y cuanto mayor es el consumo de corriente del circuito, m谩s cae el voltaje de suministro. Ejemplo: un arduino desnudo consume unos 20 mA, y de 5 Voltios por usb despu茅s del diodo, tenemos unos 4,7 Voltios. Por qu茅 es malo: el voltaje de referencia cuando se usa el ADC es extremadamente inestable, no sabe lo que est谩 midiendo (s铆, hay una forma de medir el voltaje de referencia, pero debe hacerlo manualmente). Algunas partes son sensibles al voltaje de suministro, por ejemplo, las pantallas LCD: cuando se alimentan con 5V son brillantes y claras, a 4.7 voltios (alimentadas por USB) ya pierden notablemente brillo. Si mueve el servo o enciende el rel茅, el diodo caer谩 a煤n m谩s y la pantalla pr谩cticamente se apagar谩. Con cargas cortas y potentes (por encima de 500-600mA), el voltaje caer谩 y el microcontrolador se reiniciar谩.

Puede pensar en reemplazar el diodo con un puente para alimentar el circuito desde USB con una corriente alta, por ejemplo, desde un banco de energ铆a. Tampoco puede hacer esto, porque las pistas de la placa no est谩n dise帽adas para corrientes altas (la pista de 5 V es muy delgada y atraviesa toda la placa). Creo que ser谩 posible consumir 1-2 amperios del pin de 5 V, pero lo m谩s probable es que el voltaje disminuya. Adem谩s, con un cortocircuito, lo m谩s probable es que se despida de la pista por completo. Alimente la secci贸n de potencia del circuito por separado o encienda el Arduino desde la misma fuente.


Alimentaci贸n en Vin.

Alimentacion externa para arduino
Alimentaci贸n externa para arduino

La fuente de alimentaci贸n para el pin Vin (y GND ) es una forma m谩s universal de alimentar un proyecto arduino, este pin suministra energ铆a al regulador de voltaje arduino integrado, en las placas chinas generalmente esta el AMS1117-5.0. Este es un regulador lineal, que tiene sus pros y sus contras. Le permite alimentar un arduino y un proyecto arduino desde un voltaje de 7-12 voltios (este es el rango recomendado, por lo que puede alimentarlo de 5 a 20 voltios). El estabilizador est谩 dise帽ado de tal manera que emite un buen voltaje uniforme con una m铆nima ondulaci贸n, pero convierte todo el exceso de voltaje en calor. Si alimenta la placa y un servoaccionamiento en miniatura de 12 voltios, cuando el accionamiento est茅 activo, el estabilizador se calentar谩 hasta 70 grados, que ya est谩 notablemente caliente. Seg煤n algunos c谩lculos de la hoja de datos, podemos recordar algunos n煤meros:

  • A un voltaje de 7 voltios (no he visto tales fuentes de alimentaci贸n), Vin se puede alimentar del pin de 5V hasta 2A, pero habr谩 sobrecalentamiento. Dos bater铆as de litio funcionar谩n muy bien.
  • 12 voltios en Vin, no se pueden absorber m谩s de 500mA del pin de 5V sin riesgo de sobrecalentamiento del estabilizador.

La fuente de alimentaci贸n al pin Vin solo es posible si el proyecto Arduino (es decir, la placa Arduino y el hardware conectados a 5V y GND ) no utiliza consumidores de corriente potentes, como servos, tiras de LED direccionables, motores, etc. Puede alimentar sensores, sensores, pantallas, m贸dulos de rel茅s (no m谩s de 3 simult谩neamente en estado activo), LED individuales, controles. Para proyectos con una potente carga de 5 voltios, solo existe una tercera v铆a para nosotros.


Fuente de alimentaci贸n a 5V.

Alimentacion de arduino a 5V
Alimentaci贸n de arduino a 5V

Alimentar el pin de 5V (y GND ) es la mejor opci贸n para alimentar la placa y el proyecto arduino en su conjunto, pero debe tener cuidado: el pin va directamente al microcontrolador y se le aplican algunas restricciones:

  • La tensi贸n de alimentaci贸n m谩xima seg煤n la hoja de datos del microcontrolador es de 5,5 V. 
  • El voltaje m铆nimo depende de la frecuencia a la que opera el microcontrolador. Aqu铆 hay una l铆nea de la hoja de datos: 0 – 4 MHz @ 1.8 – 5.5V, 0 – 10 MHz @ 2.7 – 5.5V, 0 – 20 MHz @ 4.5 – 5.5V. Lo que significa: la mayor铆a de las placas Arduino tienen una fuente de reloj a 16 MHz, es decir, Arduino funcionar谩 de manera estable desde ~ 4 Voltios (20 MHz – 4.5V, 16 MHz – aproximadamente 4V). Hay versiones de 8 MHz del Arduino, funcionar谩n bastante bien a 2.5V.

Importante: la tensi贸n de alimentaci贸n en el pin de 5 V no debe superar los 5,5 V. Voltaje m铆nimo: 4 V para placas de 16 MHz (en mi pr谩ctica funcion贸 de manera estable desde 3,5 V), 2,5 V para placas de 8 MHz.

La opci贸n m谩s popular es un cargador USB de un tel茅fono inteligente, son f谩ciles de obtener, el rango actual de 500 mA a 3 A, se adaptar谩 a casi cualquier proyecto. Cortamos el enchufe y soldamos los cables a 5V y GND, habiendo determinado previamente d贸nde est谩 el m谩s / menos usando un mult铆metro o por color: el rojo es siempre positivos, el negro es tierra, con un rojo +, la tierra puede ser blanca. Con fondo negro, el + puede ser blanco, as铆. Soldamos all铆 todos los sensores / m贸dulos / consumidores de 5 voltios de la misma forma. S铆, no es muy conveniente soldarlo, pero con un esquema conocido, puede recolectar cuidadosamente toda la potencia en hilos separados y soldarlos ya. Un ejemplo en la foto de abajo. La fuente de alimentaci贸n es una toma micro-usb separada, la placa verde justo encima de la pantalla.

Varios perifericos alimentados por arduino
Varios perif茅ricos alimentados por arduino

Selecci贸n autom谩tica de la fuente de alimentaci贸n en Arduino.

En las placas Arduino (incluidos los clones chinos), se implementa el cambio autom谩tico de la fuente de alimentaci贸n activa: cuando se conecta una alimentaci贸n externa al pin Vin, la l铆nea de alimentaci贸n USB se bloquea. Si alguien est谩 interesado, en el diagrama de la placa Arduino se ve as铆:

Cambio automatico de alimentacion arduino
Cambio autom谩tico de alimentaci贸n arduino

Alimentaci贸n de circuitos 芦potentes禄.

Resumiendo y repitiendo todo lo anterior, consideraremos opciones de energ铆a para proyectos con alto consumo de corriente.

Puede alimentar un proyecto de consumo (LED, motores, calentadores) de 5V como este: Arduino y el consumidor se alimentan juntos de una fuente de alimentaci贸n de 5V:

Alimentaci贸n arduino 1
Alimentaci贸n arduino 1

No puede alimentar a un consumidor desde USB a trav茅s de una placa, hay un diodo all铆 y las pistas de energ铆a son delgadas:

Alimentaci贸n arduino
Alimentaci贸n arduino 2

驴Qu茅 sucede si a煤n desea alimentar el proyecto desde USB, por ejemplo, desde un banco de energ铆a? 隆Es conveniente! Todo es muy sencillo:

Alimentacion arduino 3
Alimentaci贸n arduino 3

Si solo hay una fuente de alimentaci贸n de 12V, entonces tengo malas noticias: el estabilizador incorporado en la placa no tirar谩 m谩s de 500 mA:

Alimentaci贸n arduino 4
Alimentaci贸n arduino 4

Pero si queremos alimentar directamente la carga a 12V, entonces no hay problemas: la propia placa Arduino consume alrededor de 20 mA y funcionar谩 silenciosamente desde el estabilizador integrado:

Alimentaci贸n arduino 5
Alimentaci贸n arduino 5

Fuente de alimentaci贸n aut贸noma.

Sucede que necesita proporcionar energ铆a aut贸noma para el proyecto, es decir, lejos de la salida, exploremos las opciones. Tambi茅n para estos prop贸sitos, es 煤til una lecci贸n sobre el ahorro de energ铆a y los modos de suspensi贸n del microcontrolador.

Alimentaci贸n al puerto USB

  • El Powerbank m谩s com煤n, la corriente m谩xima es de 500 mA (recuerde el diodo protector). El voltaje en el pin de 5V y el nivel alto de GPIO en este caso ser谩 ~ 4.7V (nuevamente, recuerde sobre el diodo). 隆Atenci贸n! Para la mayor铆a de los Powerbanks, la energ铆a se corta cuando la carga es inferior a 200 mA, es decir, puede olvidarse del ahorro de energ铆a;
  • 隆La corriente de salida m谩xima del pin de 5 V es de 500 mA!

Fuente de alimentaci贸n al pin Vin (o enchufe 5.5 脳 2.1 en placa UNO / MEGA)

  • Cualquier fuente de alimentaci贸n / cargador de una computadora port谩til con un voltaje de 7-18 voltios 
  • Bater铆a de 9V, barata, opci贸n mala, pero que funciona. La capacidad suele ser muy peque帽a;
  • Montaje de tres bater铆as de litio: voltaje 12,6-9V durante la descarga. Una buena opci贸n, tambi茅n hay 12V con un buen margen de corriente (3A para bater铆as convencionales, 20A para bater铆as de alta corriente) para motores o tiras de LED;
  • Bater铆as de 芦calidad禄, principalmente Li-Po. En general, igual que el punto anterior, pero la reserva actual es muchas veces mayor;
  • El ahorro energ茅tico no es una opci贸n muy rentable, porque el estabilizador consume un poco, pero a煤n corriente;
  • Corriente de salida m谩xima desde el pin de 5V cuando se alimenta a Vin: 2A @ 7V @ Vin, 500ma @ 12V @ Vin

Fuente de alimentaci贸n al pin 5V

  • Para una salida estable de 5V: una bater铆a de litio y un m贸dulo que aumenta a 5V.聽Dichos m贸dulos suelen tener un margen de corriente de 2A, y el m贸dulo tambi茅n consume 芦en modo inactivo禄 – escaso ahorro de energ铆a;
  • Bater铆a de litio: el voltaje en el pin de 5 V y GPIO ser谩 de 4,2 a 3,5 V, algunos m贸dulos funcionar谩n, otros no.聽El funcionamiento del Mc desde un voltaje por debajo de 4V no est谩 garantizado, funcion贸 para m铆 en su conjunto de manera estable hasta 3.5V, por debajo puede colgar.聽El ahorro de energ铆a es excelente;
  • Las pilas tipo dedo (AAA o AA) son una buena opci贸n, 3 piezas dar谩n 4.5-3V, lo que roza el riesgo de congelaci贸n.聽4 piezas – muy bueno.聽Las bater铆as nuevas dar谩n 6V, que es el voltaje m谩ximo para el AVR MK y, si lo desea, puede trabajar de esta manera;
  • Las bater铆as Ni-Mh son una gran opci贸n, puede colocar de forma segura 4 piezas, proporcionar谩n el voltaje requerido durante todo el ciclo de descarga (hasta 4V).聽Tambi茅n tienen un buen margen de corriente, incluso puedes alimentar la cinta Led direccionable.
  • Las placas con un cuarzo (generador de reloj) a 8 MHz le permiten alimentar el circuito desde un voltaje bajo (2.5V, como discutimos anteriormente), las mismas bater铆as / bater铆as recargables son perfectas, tambi茅n para proyectos de baja potencia desde los que puede alimentar una tableta de litio (3.2-2.5V en la descarga del proceso).
  • La corriente de salida m谩xima del pin de 5 V est谩 limitada por la corriente de la fuente de alimentaci贸n.

Arduino como fuente de alimentaci贸n.

Un punto importante que se desprende de los anteriores: utilizar la placa Arduino como fuente de alimentaci贸n para m贸dulos / sensores. Hay dos opciones:

  • Alimentaci贸n de sensores y m贸dulos desde聽5V.
  • Cuando la placa se alimenta desde USB –聽corriente m谩xima 500 mA.
    • Cuando la placa se alimenta en Vin, la聽corriente m谩xima es de 2 A en Vin 7V, 500 mA en Vin 12V.
    • Cuando la placa se alimenta a 5 V, la聽corriente m谩xima depende de la fuente de alimentaci贸n.
  • Fuente de alimentaci贸n de sensores desde GPIO (pines D y A) – corriente m谩xima de un pin:聽40 mA, pero se recomienda no m谩s de聽20 mA.聽La corriente total m谩xima de los pines (corriente m谩xima a trav茅s del MicroControlador) no debe exceder los聽200 mA.聽Se permite combinar varias patas para alimentar la carga, pero el estado de las salidas debe cambiarse聽al mismo tiempo聽(preferiblemente a trav茅s de PORTn), de lo contrario existe el riesgo de quemar una patita si se cortocircuita con la otra durante la conmutaci贸n.聽O haga de la pata una entrada (Input), en lugar de alimentarla con una聽se帽al聽baja (Low).聽En este caso, no hay peligro de quemar los pines.

Protecci贸n contra Interferencias.

Si los consumidores potentes, como servovariadores, tiras de LED direccionables, m贸dulos de rel茅, etc, est谩n en el mismo circuito de alimentaci贸n con el Arduino, se puede producir ruido en la l铆nea de alimentaci贸n, lo que genera un fuerte ruido de medici贸n con el ADC y una interferencia potente. puede provocar interrupciones e incluso cambiar los pines de estado, interrumpir la comunicaci贸n en varias interfaces de comunicaci贸n e introducir errores en las lecturas de los sensores, mostrar tonter铆as en las pantallas y, a veces, puede llegar a reiniciar el controlador o congelarlo.聽Algunos m贸dulos tambi茅n pueden congelarse, reiniciarse y fallar si la fuente de alimentaci贸n es deficiente, por ejemplo, el m贸dulo bluetooth puede congelarse y colgarse f谩cilmente hasta que el sistema se reinicie por completo, y los m贸dulos de radio rf24 no funcionar谩n en absoluto con una fuente de alimentaci贸n 芦ruidosa禄.

Adem谩s, la interferencia puede provenir de donde no esperaban: a trav茅s del aire, por ejemplo, de un motor el茅ctrico, la emisi贸n inductiva es captada por los cables y hace cualquier cosa con el sistema.聽驴Qu茅 hacer?聽Los 芦grandes dise帽adores禄 de los dispositivos industriales reales hacen mucho para protegerse contra las interferencias, libros completos y disertaciones est谩n dedicados a esto.聽Consideraremos lo m谩s simple que se puede hacer en casa.

  • Alimente la parte l贸gica (Arduino, sensores y m贸dulos de baja corriente) de una聽separada fuente de alimentaci贸n de 5V de bajo ruido, es decir, separar la fuente de alimentaci贸n de las partes l贸gicas y de potencia, y a煤n mejor a la alimentaci贸n a la pista de Vin de la 7 -Fuente de alimentaci贸n de 12V, ya que el estabilizador lineal da una muy buena tensi贸n uniforme.聽Para el correcto funcionamiento de los dispositivos que se alimentan por separado (controladores de motor, etc…), debe conectar las conexiones a tierra de Arduino y de todos los dispositivos externos;
  • Coloque聽condensadores para la fuente de alimentaci贸n de la placa, lo m谩s cerca posible de los pines de 5V y GND: electrolito m铆nimo 6.3V 100-470 uF (渭F, la capacidad depende de la calidad de la fuente de alimentaci贸n: con fuertes ca铆das de voltaje, configure la capacitancia m谩s alta, con una peque帽a interferencia, 10-47 渭F ser谩 suficiente聽) y cer谩mico de 0.1-1 uF.聽Esto suavizar谩 la interferencia incluso de los servos.
Condensador en arduino
Condensadores de desacoplo en arduino
  • Para los elementos del sistema 芦remoto禄 en los cables (botones, giros, sensores),聽retuerza los cables en una coleta, principalmente con la masa GND.聽Mejor a煤n, use cables blindados, el blindaje ser谩 naturalmente con GND.聽Por lo tanto, estamos protegidos de las interferencias electromagn茅ticas.
  • Conecte todas las tierras con聽un cable grueso y, si es posible, conecte la tierra a una tierra central;
  • Conecte el cuerpo met谩lico a tierra del聽dispositivo (o simplemente envuelto en papel de aluminio 馃檪), en el que est谩n conectados a tierra todos los componentes del circuito, es una garant铆a de ausencia total de interferencia y captaci贸n a trav茅s del aire.

A煤n mejor, un filtro LC que consta de un inductor y un condensador, puede manejar el filtrado de ruido.聽La inductancia debe tomarse con una clasificaci贸n en la regi贸n de 100-300 渭H y con una corriente de saturaci贸n mayor que la corriente de carga despu茅s del filtro.聽El condensador es un electrolito con una capacidad de 100-1000 uF, dependiendo nuevamente del consumo de corriente de la carga despu茅s del filtro.聽Est谩 conectado as铆, cuanto m谩s cerca de la carga, mejor:

filtro antiparasitos
Filtro antipar谩sitos

Emisiones inductivas.

En la pr谩ctica, la interferencia m谩s vil generalmente se produce cuando se conmuta una carga inductiva utilizando un rel茅 electromagn茅tico: es muy dif铆cil protegerse de tal interferencia, porque viene a lo largo del suelo, es decir, incluso la fuente de alimentaci贸n separada del proyecto no lo har谩.聽驴Qu茅 hacer para solucionarlo?

  • Para聽los circuitos de CC (corriente continua), es聽imperativo colocar un diodo potente en paralelo inverso a la carga, lo m谩s cerca posible de los terminales del rel茅.聽El diodo recibir谩 (cerrar谩) la sobretensi贸n inductiva del motor / bobina;

All铆, en los terminales del rel茅, puede colocar un circuito RC, llamado en este caso supresor de chispas: una resistencia de 39 ohmios de 0,5 W, en serie con un condensador de 0,1 渭F 400 V (para un circuito de 220 V);

Para聽la corriente alterna, CA,聽utilice un rel茅 de estado s贸lido (SSR) con un detector de cruce por cero, tambi茅n se denominan rel茅s 芦silenciosos禄.聽Si en el circuito de CA en lugar de un rel茅 hay un triac con un optoacoplador, entonces el optoacoplador debe usarse nuevamente con un detector de paso por cero, tal optoacoplador, como SSR de cruce por cero, desconectar谩 la carga en el momento en que el voltaje en la red pasa por cero, esto minimiza las emisiones.


Apunte final.

Los novatos en electr贸nica, que no conocen la ley de Ohm, a menudo tienen preguntas del tipo: 禄聽驴Qu茅 corriente se puede usar para alimentar el Arduino?聽芦, 禄聽驴Qu茅 corriente se聽puede suministrar聽al Arduino?聽芦, 禄聽驴Mi Arduino no se quemar谩? con una fuente de alimentaci贸n de 12V 10A聽鈥,鈥溌cu谩ntos amperios se pueden alimentar al Arduino聽鈥漼 otras tonter铆as.聽Recuerde:聽no puede suministrar amperios, solo puede suministrar voltios y el dispositivo tomar谩 tantos amperios como necesite.聽En el caso de Arduino, la placa desnuda tomar谩 20-22 mA, incluso del pin de 5V, Vin.聽La corriente indicada en la fuente de alimentaci贸n es la聽corriente m谩xima que la fuente de alimentaci贸n puede entregar sin da帽os / sobrecalentamiento / ca铆da de voltaje…聽No debes preocuparte por el Arduino, sino por el resto del hardware que est谩 en el circuito y es alimentado por la fuente de alimentaci贸n, as铆 como por la propia fuente de alimentaci贸n, que puede que no te quite la carga (motor, LED, calentador ).聽El consumo de corriente total de los componentes no debe exceder la capacidad de la fuente de alimentaci贸n, ese es el punto.聽Y si la fuente de alimentaci贸n es de al menos 2-5 amperios, los聽componentes tomar谩n exactamente la cantidad que necesitan聽y tendr谩 un 芦margen de corriente禄 para conectar otros.聽


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