Carga electrónica (Parte 7): Final

En esta parte voy a mostrar fotos realizadas durante la etapa de pruebas, así como una conclusión de este proyecto y posibles mejoras que se pueden realizar.

La siguiente parte es un poco aburrida, solamente un montón de fotos mostrando mediciones, se puede ir directamente a las conclusiones y saltarse las fotos si no se tiene interés. 

Antes de siquiera realizar el esquema electrónico del proyecto, se ha probado de forma aproximada el comportamiento del circuito de control de los mosfets con una señal de entrada variable en el software gratuito LTSpice de simulación electrónica.

LTSpice (esquema)

LTSpice (gráfico)

Se ve como con el voltaje máximo del DAC, 4.096V, se llegaría a 15.9 A en los mosfets. Tengo 0.9A de margen por si cae la señal en el montaje final.

El archivo del proyecto en LTSpice lo podéis descargar del repositorio.

Comprobando los sensores de temperatura con dos termotuplas

Primeras pruebas. 88mA de diferencia con lo requerido

Carga conectada a la fuente de alimentación de una impresora 3D

Probando con 150 W

Probando con 12.6A (150W), temperatura elevada y discrepancia entre los mosfets. (Esto es con los primeros disipadores y la distribución de los mismos en la caja).

Probando que fijada la carga a 0 A, no circula ninguna corriente

Prueba 4 mA

Prueba 20 mA

Prueba 50 mA

Prueba 100 mA

Prueba 500 mA

Prueba 1 A

Prueba 5 A. (Se corrige el problema inicial de 88 mA de diferencia)

Prueba 9.1 A

Prueba 10 A

Prueba 15 A

Diferencia de temperatura en los mosfets

Al principio de las pruebas, con una potencia de 150W los mosfets se ponían a 65 ℃ y 53 ℃, mientras que ahora con los disipadores nuevos y la nueva distribución, con 177W están a 39 ℃ y 42 ℃.

Para resistencia interna

Probando 20 mA para la medición de la resistencia interna. He seleccionado un valor ligeramente superior para asegurarme que la corriente es exactamente la que se desea.

Para resistencia interna

Se le suma 500mA para la medición de resistencia interna y se comprueba que el valor es preciso.

Probando una fuente de 2 A

Resultado de la prueba

Como se aprecia, se le exigen 3A y la fuente llega ha entregar 2.79A.

Medición de voltajes

Probando con 10 mV

Probando con 50 mV

Probando con 100 mV

Probando con 1V

Probando con 5V

Probando con 10V

Probando con 12V

Probando con 24V

Probando con 30V

Probando con 40V

Probando con el máximo de la fuente de alimentación, 64.6V

Medición de tiempos

Probando los tiempos entre transiciones en modo (TC). Como se observa en la carga, se ha seleccionado un tiempo de 3 segundos

Configurado a 3 segundos

Podemos ver que el tiempo medido es de 3.02 segundos

Tiempo mínimo alcanzable, 420 ms

Probando el modo pulso único con la entrada externa (trigger input)

Probando con pulsos continuos

Probando con un pulso de tiempo bastante largo

Probando a máxima potencia

Probando la carga a potencia máxima (solo unos segundos, mi fuente no aguanta esa carga, de hecho la fundí en esta prueba, más adelante en otra entrada pondrá como la arreglé).

Medición de resistencia interna

Comparando resultados con el medidor de resistencia interna de mi cargador de baterías.

Resistencia 195 miliohmnios

Resistencia 181 miliohmnios

Con la carga 181 miliohmnios. Puede que esté utilizando otro método para medirla, existen varios. Se ha conectado la batería al igual que el cargador, con solo 2 cables. De este modo al medir la tensión en el mismo cable por el que circula la corriente, se produce una caída de tensión que falsea la medición. Pero las medidas son bastante aproximadas.

Medición con 4 cables

Ahora se conecta la batería con 4 cables, por los conectados en LOAD circula la corriente y con los conectados a SENSE se mide el voltaje. De esta manera no se ve afectada por la caída de tensión en los otros cables.

Resistencia 93 miliohmnios

La resistencia real (medición con 4 cables) es 93 miliohmnios (prácticamente la mitad).

Conexión de la batería en la medición con 4 cables

Una vez comprobada la carga y dado por finalizado el proyecto, me pongo a probar unas baterías que tengo por ahí.

Comprobando capacidad de baterías

Baterías a comprobar

Cuatro baterías como las que se ven en la foto con una capacidad de 2600mAh (las baterías están prácticamente nuevas, 1 o 2 cargas), y dos 18650 de una linterna (supuestamente 2500 mAh).

Descargado batería

Las descargo a 500mA. Se observa como está a punto de alcanzar el voltaje de corte (6V).

Descarga terminada

Se desconecta la carga. El voltaje se eleva un poco al no estar en carga (voltaje de flotación). Después de 4 horas y 22 minutos, su capacidad real es de 2186 mAh.

Se puede ver como se han medido las baterías

Capacidades reales

Los resultados: las de 2600 mAh están entre los 2000 mAh y los 2150 mAh aproximadamente. Pero las de 2500 mAh tienen 860 mAh y 455 mAh.

Este resultado me lo esperaba en las azules, había visto en una artículo como las baterías chinas muy baratas, en realidad tenían otra batería muy inferior en su interior y el resto relleno con arena para alcanzar el peso de la original.

En el caso de esa marca, en la página del fabricante aparecían con una capacidad de 900 mAh (pero más pequeñas), lo que sospecho que han hecho, es crear una carcasa donde pone los 2500 mAh y meter la otra mucho más pequeña en su interior, terminando con el relleno de arena. La otra batería (455 mAh) seguramente ha salido mala.

Por lo que hay que tener cuidado al comprar baterías excesivamente baratas. Esto mismo se aplica a los powerbanks usb, ofrecen capacidades astronómicas con precios irrisorios, conclusión, que utilizan una sola celda de litio y el resto están rellenas de algo y son falsas.

Otro problema más grabe es que muchas de las 18650 tan baratas carecen de circuito de protección en su interior, por lo que en caso de corto circuito se calientan tanto que pueden arder, y en caso de descarga excesiva no cortan y se daña la batería de litio.

Conclusiones

Después de realizar este proyecto, creo que he aprendido un poco más sobre mosfets de potencia y operacionales, he probado nuevas formas de hacer PCBs, a resolver problemas continuamente (todo parece más fácil cuando lo piensas en tu cabeza ;-) ) y tengo un nuevo cacharro para mi mesa de trabajo, con la ventaja de que lo he hecho yo, y si se estropea en un futuro puedo repararlo fácilmente. También puedo añadirle características nuevas mediante el firmware.

Tanto este proyecto como el anterior son los más grandes que he realizado hasta la fecha, y quería compartirlos con el mayor detalle posible.

He aprendido mucho y sigo aprendiendo, de los proyectos que realizan otras personas y los muestran en internet, de los canales de Youtube de electrónica y de los blogs con tantos excelentes artículos. La mayoría en inglés, por que en la electrónica, como muchas otros cosas, la mejor documentación  está en ese idioma. Por lo que este es mi granito de arena, en español eso sí.

También quería responder a las preguntas que se plantea uno cuando está construyendo algo basándose en la documentación que encuentra por internet. Muchas veces no se sabe porqué se ha hecho algo, o como funciona realmente para poder modificarlo, por eso me he extendido tanto en ciertas partes, para saber en que estaba pensando el que realiza el proyecto o como se llegó a elegir cierto componente.

Pero no he terminado con esto, quiero seguir publicando mis futuros proyectos, reparaciones o cosas interesantes que vaya descubriendo. De hecho tengo ya varias cosillas que publicaré más adelante, pero de forma mucho más concisa, sin entrar en tanto detalle, ya que conlleva una cantidad considerable de tiempo y ganas escribir semejantes tochos ;-).

Posibles mejoras

Al igual que yo me he basado en el trabajo de otro para mejorar/adaptar el proyecto a mis necesidades, dejo toda la documentación para quien quiera se pueda montar su carga electrónica y mejorarla nuevamente.

Algunas mejoras que se me ocurren serían:

• Poder conectarla y controlarla con un PC.
• Poder guardar los datos de descarga o pruebas en una tarjeta SD para procesarlos con el ordenador y hacer gráficas.
• Utilizar refrigeración líquida (como la de los PCs) para sacar más potencia, utilizar más mosfets en paralelo, etc...

Proyecto terminado (frontal)

Proyecto terminado (lateral derecho)

Proyecto terminado (lateral izquierdo)