¿Cómo alimentar a Arduino de forma segura sin dañar la placa de desarrollo? Guía paso a paso

No solo consiste en crear un proyecto Arduino y ya, sino que también hay que tener en cuenta varios factores que pueden afectar el desarrollo del mismo, así como el funcionamiento de la placa. Es por ello que al momento de crear un proyecto con Arduino o cualquier otro microcontrolador es fundamental saber cómo se va a alimentar y en caso de usar baterías que autonomía deben tener.

Esto va a resultar fundamental para la vida útil de la misma, también hay que tener en cuenta que al momento de alimentar el microcontrolador se están alimentando también actuadores y sensores, si no se tiene en cuenta las limitaciones eléctricas de cada uno de ellos se puede conseguir que el proyecto no funcione correctamente.

Actualmente existen diferentes maneras de poder alimentar una placa Arduino, una de las más comunes es a través del USB manteniéndolo conectado directamente en el ordenador. Sin embargo, existen otras formas de hacerlo, es por ello que aquí te vamos a enseñar cómo alimentar a Arduino de forma segura sin llegar a dañar tu placa, para ello sigue detalladamente todo lo que te enseñaremos a continuación.

¿Qué debemos tener en cuenta al alimentar mis placas de Arduino?

Actualmente las placas Arduino son muy versátiles y admiten diferentes formas de ser alimentadas. Sin embargo, antes de llevar a cabo el proceso de alimentación es fundamental tener en cuenta varios aspectos, ya que esto evitará que ocurra un error o se proporcione un mal funcionamiento que pueda llegar a causar el daño de la placa.

De esta forma, aquí te enseñamos los diferentes aspectos a tener en cuenta para llevar a cabo la alimentación de esta placa con el siguiente procedimiento:

El tipo de adaptador

En este caso hay que tener mucho cuidado con el tipo de adaptador que se utilice, ya que uno de los errores más comunes que cometen los usuarios es tomar cualquier tipo de poder y asumir que todas las fuentes de poder son iguales y que están capacitadas para ser utilizadas con las placas Arduino.

El tipo de adaptador más recomendado a utilizar debe tener una fuente de poder de 12 volts 1 ampere con salida de corriente directa. La mayoría de problemas en estos casos se generan porque la mayoría de adaptadores antiguos tienen una salida de corriente alterna y estas no son aptas para ser usadas con Arduino.

En esta imagen se puede ver que el adaptador de la izquierda utiliza una fuente de poder con salida de 12 VDC, mientras que el adaptador de la derecha tiene una fuente con salida de 12 VAC.

El voltaje de las placas

Poder tener en cuenta el voltaje de las placas es fundamental para estos procesos, sobre todo porque en algunos casos resulta necesario aumentar el voltaje de operación o la capacidad total de la batería. Es por ello que resulta fundamental poder saber detalladamente el funcionamiento de los arreglos en serie y paralelo de batería.

Si es necesario aumentar la capacidad de las baterías, se puede llegar a utilizar arreglos de batería conectadas en paralelo, esto quiere decir, que se debe conectar los positivos de las baterías todas juntas, tal cual como se te muestra en la siguiente imagen.

Ahora si lo que se necesita es un voltaje mayor, entonces se pueden usar las baterías conectadas en serie, por ejemplo, para obtener el voltaje para la alimentación de un Arduino UNO se pueden usar un total de 5 baterías de 1.2 volts recargables.

Limitaciones del regulador de corriente

Este es otro de los problemas más comunes que se pueden encontrar al momento de querer alimentar una placa Arduino, y esto es causado cuando se realiza a través del Jack de alimentación externa en donde el regulador integrado en la placa puede llegar a sobrecalentarse.

Para poder comprender el principal motivo de todo esto, es necesario saber cómo funciona el regulador de voltaje NCP1117ST50T3G, el cual se presenta en encapsulado SOT-223 en las tarjetas Arduino. Por lo tanto, este circuito integrado es un regulador de voltaje lineal, lo que quiere decir, que se trata de un regulador que varía su resistencia eléctrica interna para mantener un voltaje de salida constante en la salida.

Al comportarse como una resistencia eléctrica, este va a tender a calentarse de forma proporcional a la corriente y al diferencial de voltaje entre la salida y la entrada. De esta forma, si se incrementa la diferencia entre el voltaje de entrada y el de salida, la potencia disipada en el regulador aumentará. Para poder comprender esto mucho mejor se han elaborado algunos cálculos básicos que son necesarios saber.

Se trata de la corriente máxima recomendada para distintos voltaje de entrada, asumiendo así que se permita una disipación de 2 Watts en el regulador:

• Alimentación a 7 volts: I = 2 / (7-5) = 2/2 = 1A
• Alimentación a 9 volts: I = 2 / (9-5) = 2/4 = 500mA
• Alimentación a 12 volts: I = / (12-5) = 2/7 = 258mA

Como se puede ver, mientras más alto sea el voltaje de entrada, menor se la corriente que se pueda obtener en el regulador sin que este se caliente. Para poder trabajar en el punto más óptimo es necesario contar con un adaptador AC/DC de 7 volts.

Usar corriente directa

Cuando se quiere alimentar una placa Arduino es sumamente importante que la corriente que se utilice para ello sea una corriente directa, esto no suele ser un problema hoy en día porque las fuentes modernas suelen usar este tipo de corriente. Sin embargo, el problema se origina cuando se usan fuentes antiguas, ya que algunas de ellas tienen salida de corriente alterna.

Ten en cuenta que las corrientes alternas no son aptas para ser usadas con Arduino, ya que el uso de las misma puede llegar a causar un daño irreparable en tu placa Arduino, por lo que debes tener mucho cuidado con ello.

¿Cuáles son las principales entradas de alimentación de un Arduino?

Teniendo en cuenta los principales aspectos a tener presentes antes de llevar a cabo la alimentación de un Arduino y los riesgos que estos pueden ocasionar, lo siguiente será enseñarte cuales son las principales entradas de alimentación en estas placas.

Por suerte, hoy en día existen diferentes métodos para hacerlo y los cuales te los enseñamos a continuación:

USB

La alimentación a Arduino a través de un cable USB es el método más utilizado que se puede encontrar, se trata quizás de la forma más sencilla de llevar este proceso a cabo, el mismo admite una entrada de alimentación de solo 5 volts.  Estos 5 volts son obtenidos del puerto USB del ordenador o de cualquier otro dispositivo compatible con USB, como lo puede ser un equipo de sonido con entrada USB o un televisor.

Debes tener en cuenta que los cables utilizados para estos son aquellos adaptadores de teléfonos móviles con salida USB o mediante los cargadores de emergencia disponibles también para teléfonos móviles. Los puertos USB por lo general cuentan con un fusible PPTC que limita la corriente que el Arduino y todos sus componentes pueden demandar del puerto USB. Por lo tanto, la corriente máxima en este caso queda limitada.

Este tipo de alimentación en Arduino se recomienda utilizar para cuando se requieren cargas pequeñas y no voltajes mayores de 5 volts. Si esto es así no habrá porque preocuparse por la polaridad / voltaje, ya que es estándar en todos los dispositivos USB.

El Jack de alimentación

En el caso de la tarjeta Arduino esta viene diseñada para aceptar alimentación a través del Jack estándar que se encuentra en muchos equipos electrónicos, mayormente se utiliza un adaptador de corriente (AC/DC) o como también se le conoce popularmente en muchos países “Un eliminador”. Al tratarse de una entrada de corriente directa, la conexión del eliminador tiene una polaridad que debe respetarse.

En este caso el polo positivo debe ir hacia el centro del conector y el voltaje más adecuado a utilizar en estas entradas es de 7 a 12 volts DC. Para los voltajes menores de 5 a 7 volts en esta entrada pueden llegar a causar que el regulador interno del Arduino no pueda trabajar constantemente. Para los voltajes mayores a 12 pueden llegar a causar un sobrecalentamiento rápidamente en el regulador, a pesar de que los accesorios conectados no sean tan grandes.

Finalmente, hay que mencionar que esta entrada cuenta con un diodo de protección para inversión de polaridad, por lo que si no se respeta dicha polaridad, no ocurrirá ningún tipo de daño, pero la tarjeta Arduino simplemente no va a funcionar.

Pin VIN

Esta es otra de las maneras para llevar a cabo la alimentación de las placas Arduino, en este caso el pin VIN localizado en el grupo de pines de alimentación y tierra cumple con doble función.

Las cuales te las enseñamos a continuación:

• La primera de ellas es que permite aplicar una fuente de alimentación externa en el rango de 12 a 6 volts, esta es aplicada directamente en la entrada del regulador de la tarjeta Arduino. Pero hay que mencionar que para este caso no se cuenta con ninguna protección contra inversión de polaridad ni contra sobre corriente. Cuando se aplica el voltaje directamente al pin VIN, no se debe aplicar simultáneamente un voltaje en el Jack.
• También funciona como una salida de voltaje cuando la placa se está alimentando mediante el Jack de alimentación. En este caso el voltaje presente en VIN será aquel que se esté aplicando en el Jack, restándole la caída de tensión en el diodo de protección de inversión de polaridad, el cual tiene una valor alrededor de 0.7 volt. Ten muy presente que no se recomienda conectar cargas mayores a los 1000 mA en este pin, ya que podemos dañar el diodo de protección.

En cualquiera de estos dos casos el polo negativo de la alimentación estará conectado a cualquiera de los pines etiquetados como GND. Donde la conexión de una portapilas de 6 celdas AA va a quedar como se puede observar en la siguiente imagen.

Por último, se puede decir que se debe utilizar el pin VIN para alimentar el Arduino con fuentes no reguladas de corriente directa o con un conjunto de baterías AA o AAA de 4 a 6 pilas. Si la alimentación se realiza con batería es recomendable que sea a través de este pin cuando las baterías proporcionan una cantidad de 6 volts, ya que aquí no existe un diodo de protección que pueda ocasionar caídas de tensión adicionales.

Pin 5V

Finalmente se puede encontrar lo que es la alimentación mediante el pin 5V, al igual que el VIN cuenta con dos formas de uso las cuales te las enseñamos a continuación:

• La primera de ella consiste en que este pin funciona como una salida de 5 volts para otros circuitos. De esta forma, el pin de 5 volts se conecta directamente a la salida del regulador en la placa. Cuando se alimenta el Arduino mediante el cable USB o el Jack de alimentación, la salida de 5 volts del regulador o USB va a estar presente en este pin.
• El otro funcionamiento de esto es que permite utilizar el pin de 5 volt para así alimentar directamente el Arduino con una fuente de poder estabilizada y regulada a 5 volts cuando no exista un cable USB que esté conectado o en tal caso un adaptador de corriente que esté conectado al Jack de alimentación.

Por último, al momento de alimentar la placa Arduino mediante el pin 5V no se tendrá ninguna protección contra inversiones de polaridad, bien sea sobre voltaje u otro circuito, ya que todos los mecanismos de protección de la placa se encuentran antes de llegar a este punto en el circuito. Este método de alimentación sólo debe ser utilizado cuando se planee tener una fuente de salida fija de 5 volts y una conexión permanente con el Arduino para así evitar errores.

Aprende paso a paso cómo alimentar una placa Arduino sin riesgos

Es importante recordar que al momento de alimentar una placa Arduino es fundamental utilizar fuentes de alimentación que proporcione una corriente continua o directa a la placa, esto permitirá llevar un proceso sin ningún tipo de riesgo, en el caso que se emplee una fuente con corriente alterna, entonces se dañara el Arduino.

Para llevar estos procedimientos a cabo se pueden hacer mediante los siguientes métodos:

Con una fuente de alimentación no regulada

Este tipo de alimentación no regulada siempre va a contar con un transformador que convierte los 230 V de la red a un valor bastante más inferior, también con un puente de diodos como rectificador y por último con un condensador electrolítico para el filtrado. Este tipo de fuentes de alimentación son las que ofrecen menos fiabilidad, esto quiere decir que la misma no es muy recomendable utilizarla, para ello te ofrecemos otras opciones que pueden resultar mucho más favorables.

Con fuente lineal regulada

Este tipo de fuente se destaca por disponer de un regulador de tensión y condensadores con funciones de filtro y antirretorno. En cuanto a la tensión es muy estable donde solo presenta variaciones máximas de 0,1 V sobre el valor nominal, independientemente de la corriente.

Sin embargo, este tipo de fuente también presenta un problema, en este caso se trata sobre su rendimiento que es bastante bajo, tiene un rendimiento entre un 40% y 60%, donde el regulador disipa gran parte de la potencia. De esta manera, se puede decir que se requiere una tensión de entrada igual a la de la red eléctrica de 230 V.

Con una fuente de energía conmutada

Se caracteriza por emplear un sistema de trabajo con una alta frecuencia y a su vez es capaz de regular la tensión de salida tanto a un valor inferior de entrada como la de un valor superior. En cuanto al diseño de estos sistemas es mucho más complejo que los lineales, los cuales ofrecen una alta eficiencia como de un 80-90% y la estabilización de los mismos es excelente.

Sin embargo, teniendo en cuenta los modelos lineales regulados, generan bastante ruido de alta frecuencia, mayormente pueden trabajar con una gran cantidad de tensiones de entrada que van desde (100-240 Vac).

Con baterías

Por último, también se puede alimentar la placa Arduino a través de pilas y baterías, esto te permitirá darle una portabilidad a tu proyecto. Actualmente se pueden encontrar diferentes tipos de pilas y baterías que te permitirán alimentar tu placa, es por ello que aquí te vamos a enseñar cada una de ellas para que las puedas tener en cuenta en todo momento.

Para ello sigue la lista que te enseñaremos a continuación:

Pilas de 9 Voltios

Este tipo de pilas son utilizadas principalmente para aquellos casos donde se quiere montar un circuito bastante básico o para simplemente trastear un poco con lo que es el entorno de Arduino. Por lo tanto, si esto es lo que estás buscando esta es tu mejor alternativa, ya que la misma es muy fácil de emplear y de encontrar, por lo que podrás conseguirla en cualquier tienda. Sin embargo, como todo también presenta un inconveniente, en este caso se trata de que tiene una baja capacidad que va entre los 500 – 600 mAh.

Por otro lado, tiene una corriente máxima que solo es apta para montajes muy simples, por lo que no funcionará para algo ya avanzado. Una de sus principales ventajas es que tiene un precio bastante bajo, pero las mismas no se pueden recargar ya que su vida útil se reduce a un único uso, esto las puede hacer muy poco viable a lo largo del tiempo. Lo más ideal aquí es que conectes la entrada Vin a través del cable USB o mediante la entrada Jack a través de un adaptador.

Pilas AA de 1.5 V

Esta es otra de las opciones disponibles para cuando los usuarios quieren trabajar sus proyectos con pilas, en este caso lo más recomendable es utilizar cuatro o cinco pilas AA en serie, esto te permitirá conseguir un total de 6 – 7.5 V, en este caso se suma el voltaje de cada una de las pilas para obtener un voltaje total. Por lo tanto, si estás elaborando un proyecto que no es muy exigente, esta va a ser una opción muy válida para ti. Estas pilas tienen una capacidad aproximada de 800-2500 mAh, aunque lo verdad.

Todo esto va a depender principalmente del tipo de pila, pero su intensidad máxima puede llegar a ser de 1 A. Al igual como sucede con la pila de 9 V, su precio en el mercado también es bastante bajo, pero estas tampoco son recargable por lo que vida útil a lo largo del tiempo no es muy viable. En la mayoría de las tienes se tiene la oportunidad de encontrar lo que son las porta pilas, las más comunes en estos casos son los de 4 pilas y no los de 5 pilas ya que esto hace que sea mucho más sencillo el montaje para el proyecto.

Lo más recomendable siempre es utilizar una tensión superior a los 7 voltios en la entrada del Arduino, pero si no logras encontrar un porta pilas de 5, entonces esto no será ningún problema, ya que con los 6 Voltios inicial que ofrece el porta pilas de 4 no habrá inconveniente. Finalmente, hay que mencionar que se debe tener en cuenta cuando se empieza a consumir las pilas, ya que la placa va a dejar de funcionar rápidamente al no recibir toda la energía necesaria para mantenerse en ejecución.

Baterías recargables AA de 1.2 V

Para este tipo de casos lo más recomendable es emplear entre 5 y 6 baterías AA recargables de 1.2 Voltios, de esta manera se logra obtener entre 6 y 7.2 Voltios dependiendo de los casos. La principal diferencia con la pila mencionada anteriormente es que esta si es recargable, por lo que se considera que es una muy buena inversión a largo plazo, siendo mucho más rentable su uso ya que no va a requerir de nuevos gastos por lo menos en un futuro cercano.

En este tipo de pilas se pueden encontrar dos tipos como lo es la de NiCd y las NiMh. También se debe tener en cuenta que al tratarse de baterías recargables su precio en el mercado es mayor que las de AA de 1.5 V. además, debes tener presente que vas a tener que contar con un cargador para poderlas recargar.

La capacidad de las pilas recargables AA de 1.2 V va entre los 600-2500 mAh y cuenta con una intensidad máxima  de 1 A aproximadamente. Al emplear un porta pilas podrás llevar a cabo un montaje mucho más sencillo, en estos casos sería un porta pilas de 5 o 6, esto va a varía en función de las pilas que vas a emplear.

Baterías de Litio 18650 de 3,7 v

Si lo que quieres es llevar a cabo proyectos Arduino que tengan ciertos requerimientos en cuanto a corriente, entonces este tipo de baterías son una gran opción para ti. El objetivo de todo esto es poder colocar dos baterías de 18650 en serie para así poder obtener un total de 7.4-8.4 V, siendo esta la tensión máxima nominal.

Un punto muy a favor de todo esto es que son recargables, por lo tanto, resultan muy útiles a largo plazo, pero para poder recargarlas deberás hacerlo a través de una cargador especial que deberás compras, aunque la inversión al principio valdrá la pena, ya que esto te hará olvidarte de futuras compras de baterías.

Es importante mencionar que este tipo de pilas pueden llegar a alcanzar capacidades de hasta 4800 mAh, aunque en la mayoría de los casos sobre todo en las  de 18650 chinas, esta capacidad está falseada, es decir, que no llegan a esa capacidad, sino que alcanzan realmente una cantidad de 1500-2500 mAh. La capacidad de descarga en este caso oscila entre 1C – 2C, siendo de casi 10 A para el caso de los 4800 mAh, aunque lo más recomendable en estos casos es trabajar a descargas más baja, ya que esto evitará cualquier tipo de riesgo.

Hay que tener en cuenta que esta son baterías mucho más caras, pero por cuestiones evidentes. Por último, hay que mencionar que debes tener mucho cuidado al momento de trabajar con este tipo de pilas, ya que un uso indebido de ellas podría llegar a causar un sobrecalentamiento e incluso llegar a incendiar la placa Arduino. Para poder conectar y sujetar las baterías de litio se recomienda utilizar un porta pilas para dos.

Baterías de LiPo

Ahora si lo que quieres es crear proyecto Arduino que requieran de una gran demanda de corriente, entonces las baterías de LiPo son la opción ideal para ello. Ya que las mismas se han convertido en una de las opciones más completas que te permitirá desarrollar placas Arduino de gran demanda de corriente.

Para este caso se seleccionará una batería en concreto en función del número de celdas de la misma, es así como se puede llegar a emplear una batería LiPo de 2 celdas, lo que va a generar aproximadamente 7.4-8.4 Voltios, esto te permitirá alimentar una placa Arduino sin ningún tipo de inconveniente. Las capacidades de estas baterías van desde 500 a 5000 mAh, donde su capacidad de descargas es muy alta la cual oscila entre 20C -25C, esto permite alcanzar hasta una corriente de 100 A en el mayor de los casos.

Claramente al tener este tipo de características las mismas se traducen en un mayor costo en comparación a las mencionadas anteriormente, pero por suerte estas son recargables lo que las hacer convertirse en una muy buena alternativa a largo plazo. También es importante mencionar que no todo es positivo en cuanto a las pilas de LiPo, ya que las mismas también pueden resultar muy peligrosas.

Y es que un mal uso de las mismas podría llegar a ocasionar graves daños en la placa Arduino, para ello solo hay que fijarse en el almacenamiento que se tiene que realizar en las condiciones controladas. Esto ha hecho que las baterías de LiPo solo sean recomendadas para aquellos usuarios que verdaderamente tienen experiencia en cuanto a su uso y en proyecto que realmente sean complejos y la ameriten.