Convertidor 12 V a 5 V

Convertidor 12 V a 5 V USB

Todo el que tenga una instalación fotovoltaica con baterías acumuladoras a 12 V, el que utilice la autocaravana o furgoneta para viajar, o el que quiera poner a cargar en su automóvil el teléfono o la tablet o cualquier accesorio electrónico que funcione a 5 V, necesita un convertidor de 12 V a 5 V. Si además el convertidor tiene un conector USB hembra a susalida, no tiene más que conectarle el cable que viene con dicho teléfono, tablet o accesorio para ponerlo a cargar.
En el artículo pasado os enseñé cómo funciona un convertidor conmutado reductor de tensión. Vamos a aplicarlo a la construcción de un convertidor de 12 V a 5 V, capaz de entregar 4 A de corriente máxima.
Este convertidor nos va a hacer posible alimentar accesorios electrónicos,teléfonos, tablets, etc., que están preparados para conectarse a un puerto USB, cuya tensión nominal son 5 V. Esto es muy útil cuando estamos en el automóvil, furgoneta, autocaravana, o tenemos una instalación a 12 V alimentada con placas solares, como el laboratorio de Gabriel, al que admiro desde que entré por primera vez en su blog Inventable.
Como visteis en el anterior artículo, un convertidorreductor o “buck converter” trocea la energía entrante a alta frecuencia, después filtra esa frecuencia para obtener la tensión continua de menor valor a la entrada, y a la vez recoge una muestra de esa tensión como realimentación, para variar el “duty cycle” o ciclo de trabajo de esa señal de alta frecuencia con el fin de autorregular el valor de tensión de salida y que éste se mantenga estable,independientemente de las fluctuaciones de la tensión de entrada al circuito y del consumo de corriente de la carga.
Con todo esto, parece que el circuito a diseñar va a ser muy complejo, pero la realidad es que existen circuitos integrados que realizan todas estas funciones con muy pocos componentes externos, facilitándonos enormemente el trabajo.
Mi preferido (me lo veréis utilizar en multitudde diseños) es el LM3578, de Texas Instruments (antes pertenecía a National Semiconductor, hasta que TI la compró).

Éste es el esquema del convertidor de 12 a 5 voltios:

Convertidor conmutado de 12 V a 5 V (haz click para abrirlo ampliado)
 
Descripción del circuito
La entrada de 12 V se realiza a través del conector CON1. Lo primero que hay son 2 condensadores, C1 y C2, que sirven paraevitar que los ruidos eléctricos producidos en este montaje afecten al resto de la instalación de 12 V.
Después tenemos el circuito integrado U1 (LM3578) y sus componentes asociados:
Los pines de alimentación del integrado son el 8 (Vin) y el 4 (GND).
C4 determina la frecuencia de funcionamiento del convertidor, en este caso cerca de 100 kHz.
C3 es necesario para el funcionamiento estable delintegrado.
La salida de alta frecuencia del integrado se hace a través de un transistor, del que podemos acceder a su colector (pin 6) y su emisor (pin 5), que conectamos a masa.
R3 es un “shunt” de corriente, es decir, una resistencia de valor muy pequeño que sirve para medir la corriente entregada por el circuito para introducirla en el pin 7 del integrado. El LM3578 mide dicha tensión y, siésta supera el valor de 110 mV, corta la señal de salida con el fin de actuar como protección contra sobrecorrientes y cortocircuitos.
He puesto un valor de R3 de 0,025 ohmios, así que la limitación de corriente actuará cuando el consumo alcance los 4,4 amperios.
El transistor T1 es el interruptor de potencia, abriéndose y cerrándose casi 100.000 veces por segundo, y para ello está controlado ensu base por las resistencias R4 y R5, conectadas al transistor interno del LM3578, como he explicado antes.
Después del transistor tenemos el filtro compuesto por la bobina L1 y los condensadores C5 y C6.
El diodo D1 cierra el circuito de salida cuando T1 está abierto. Es un diodoSchottky, con un tiempo de respuesta superior al de los diodos convencionales (necesario para circuitos de alta...