¿Cuál es la mejor fuente de alimentación
a pila para nuestro proyecto?
En este video, traigo 10 placas
para placas Raspberry Pi,
así como para las
Arduino, ESP y STM32.
Compararemos sus características,
veremos sus diferencias
y las probaremos.
Debido a los resultados de las
pruebas, no nos detendremos allí.
Diseñaremos nuestra propia fuente de
alimentación "SuperPower" con pilas.
¡Saludos, youtubers!
Les habla el tipo del acento suizo.
Con un nuevo episodio e ideas
innovadoras sobre sensores
y microcontroladores.
Recuerda que, si te suscribes,
siempre estarás en primera fila.
¿Cuáles son las características
de una fuente de alimentación ideal?
Salida de 3,3 voltios, salida USB
de 5 voltios, carga USB,
carga solar, opción de carga
mientras se alimenta un dispositivo,
baterías reemplazables,
química Li-Ion o LiFePo4
número variable de baterías,
protección de batería baja tensión,
señal de baja tensión para
microcontroladores, voltímetro,
amperímetro, autodescarga
pequeña, indicador de carga,
que pueda usarse como shield para un
Raspberry, un ESP32 o un Arduino.
Quizás tú agregarías otras funciones
esenciales para tí.
Eso lo podrás hacer
más adelante en el video.
¡Es una lista larga!
Tal vez algunas de estas
características sean más importantes
para un proyecto que para otro.
Por eso, necesitamos hacer
una visión de conjunto,
y por lo que compré estos productos:
Tres módulos de celda única,
todos con salida de 5 voltios,
y otros dos
también con 3,3 voltios;
cinco módulos de dos celdas
en diferentes configuraciones;
un módulo con una batería de litio
descargada, y un módulo
con cuatro celdas 18650.
Les eché un vistazo e hice esta
tabla con sus características.
También agregué los chips que sirven
para las diferentes funciones.
Esto es importante para
comprender cómo funcionan.
Y tal vez más tarde para
nuestras placas "SuperPower".
Podría haber incluido
bancos de energía;
sin embargo, la mayoría
no sirven para lo que queremos
porque se apagan
automáticamente a bajas corrientes,
o dejan de brindar
energía mientras se cargan.
Por eso, empecemos con los pilares
fundamentales de las fuentes
de alimentación con pilas:
obviamente, primero está la batería.
Todos los módulos probados
utilizan baterías de iones de litio
con un voltaje nominal de 3,7 voltios.
Todas menos una usan
baterías reemplazables 18650
o las baterías 16340, más pequeñas.
Eso me gusta porque puedes
elegir tu tipo de pila favorita
y si una batería funcionara mal, la
puedes reemplazar sin problema.
Y este formato también
estará en el futuro.
Para más capacidad, algunas de las
placas agregan celdas en paralelo.
Así, no hay necesidad de equilibrar y
tú decides cuántas pilas insertarás.
También, todas funcionan
con una sola celda.
Las baterías deben cargarse
y protegerse contra sobrecargas.
El circuito integrado más conocido
para esta función es el TP4056.
Está hecho para USB
de 5 voltios como entrada,
pero en el video #155,
también era muy bueno
con paneles solares de 6 voltios.
Estos chips están diseñados para hacer
que las baterías de iones de litio
tengan una vida útil larga:
tienen una corriente máxima
y protección contra sobretensiones.
Sin embargo, falta algo:
protección contra descargas profundas.
Esto es importante si quieres
prolongarle la vida útil a tus
células de iones de litio.
Una configuración estándar
para esta función es
un circuito DW01
y un transistor MOSFET dual 8205.
Todo lo que necesitas saber sobre esa
combinación está en el video #160.
Apagan la carga si la tensión de la
batería está debajo de cierto nivel.
A veces 3 voltios y,
a menudo, 2,4 voltios.
También las protegen
contra sobrecorriente.
Ya tenemos los tres pilares más
importantes para un dispositivo
con baterías.
Ahora necesitamos uno o dos más.
Si queremos 3,3 voltios, podríamos
conectar un regulador de baja caída
o "LDO" directamente a la batería.
Sencillo y eficaz.
Pero si la tensión de la batería
desciende por debajo
de los 3,5 voltios, la tensión
de salida comienza a caer.
Este no es un gran problema
para la mayoría de microcontroladores,
como el ESP8266 o el ESP32.
Deberían funcionar
con menos de 3 voltios.
Pero los Raspberry Pi son exigentes
y demandan una tensión constante.
Debido a que cinco voltios son más
que el voltaje de la batería,
necesitamos un convertidor elevador.
Todas las placas con
salida de 3,3 voltios
conectan los LDO al riel de 5 voltios,
y así obtienen 3,3 voltios estables
también con niveles de batería bajos.
Pero se requiere mucha energía.
No es apto para dispositivos
de baja potencia sin paneles solares.
Para estos chips de aceleración,
encontramos más variedad
como el FP6298 o el MT3608,
lo cual es interesante por su alta
frecuencia de conmutación.
Esto permite el uso de inductores
y condensadores más pequeños.
Si echamos un vistazo
más de cerca al AP2016,
vemos que los fabricantes chinos hacen
muchos de estos chips especializados
y no tienen muchas hojas de
datos para los occidentales.
A veces cuesta encontrar
la información.
Algunos módulos utilizan circuitos
integrados de "banco de energía"
completamente integrados,
como el IP5306.
Cuentan con todas las funciones
esenciales, excepto el regulador
de 3,3 voltios.
En esta hoja de cálculo, tenemos
los datos de 10 placas diferentes.
Pero, ¿cómo seguir?
Debemos concretar las necesidades
de nuestro proyecto:
Un SAI para el
Raspberry Pi4, por ejemplo.
Primero, necesitamos circuitos
de protección contra sobrecarga
y baja tensión para la batería.
Por suerte, todos los módulos
brindan esta funcionalidad.
Bien.
A continuación, configuramos
el filtro en "Raspberry"
y obtenemos estas dos placas.
Ambas se pueden montar
debajo del Raspberry Pi.
Así que aún puedes montar
un enfriador en el Raspberry. Genial.
La corriente máxima es de 3A
y las dos baterías pueden dar energía
a una Raspberry durante
más de 10 horas.
Muy bien también. Y se pueden cargar
mientras el RPi está funcionando.
La placa más nueva tiene, además
de las funciones de la batería,
un reloj en tiempo real
y un voltímetro y amperímetro.
El voltímetro y amperímetro, por
desgracia, está montado en la salida
y, por lo tanto, solo
mide la tensión USB.
Eso es inútil para un Raspberry
que funciona con baterías
porque necesitamos una señal para
apagarlo antes de que se agote
la batería.
De lo contrario, se bloquea y puede
dañar la tarjeta SD o perder datos.
Así que dieron una gran oportunidad
para crear un SAI Raspberry perfecto.
Hubiera alcanzado con agregar
un detector de tensión simple
por unos centavos.
O, al menos, colocar el INA219
entre la batería y el amplificador.
Pasemos al siguiente "caso de uso":
encontrar una pila para un
proyecto autónomo con ESP8266 o ESP32.
Los ESP utilizan "deep sleep" para
prolongar la vida útil de la batería.
Por eso, necesitamos una corriente
de descarga muy baja cuando
el ESP se suspende.
Filtramos la corriente de autodescarga
y encontramos tres placas
con alrededor de 60 microamperios.
Esta corriente es demasiado alta.
Esto pasa porque todas estas placas
primero aumentan la tensión a 5v
y luego la reducen a 3,3 voltios.
Además de eso, esta
placa no tiene 3,3 voltios,
y esta solo proporciona 3,0 voltios.
No tengo idea de
por qué eligieron este voltaje.
Así que en este caso, tampoco
encontramos una placa adecuada.
La placa ideal debe tener una
corriente inactiva mucho más baja
y sí o sí debe
proporcionar 3,3 voltios
porque queremos usar un módulo
ESP barebone para ahorrar energía.
Y no deben tener botones de
encendido y apagado tan sofisticados.
Estas placas a menudo
se mantienen apagadas
después de que se hubo
descargado la batería. 
Algo imposible para un nodo remoto.
Queremos que no haya interruptor,
o que simplemente haya uno mecánico.
Siguiente proyecto: supongamos que
queremos prolongar la vida útil
de la batería con energía solar.
Entonces, necesitamos las
mismas especificaciones que antes
más un cargador solar, que acepta
al menos 6 voltios de un panel solar.
Más sería mejor.
La corriente mínima no es tan
importante porque hoy en día
los paneles solares
ya no son tan costosos.
Una sola celda 18650 debería ir bien
para la mayoría de las situaciones. 
Quizás incluso una 16340
en zonas con mucho sol en invierno. 
Pero necesitamos 3,3 voltios.
Por eso podemos usar estos
cuatro módulos con 3,3 voltios
más un chip de carga TP4056.
La T-beam también sería
adecuada para carga solar.
Por degracia, no tiene
salida de 3,3 voltios
y su CN3065 no tiene
ventajas considerables
en comparación con un TP4056 simple,
como mostré en el video #155.
De no ser el sol lo suficientemente
fuerte, inguna de ellas podrá indicar
el voltaje de batería baja
del microcontrolador.
Un pin para conectar una entrada
analógica a la tensión de la batería
no debería costar una fortuna.
Con una conexión así, el
microcontrolador podría medir
el voltaje y suspenderse o,
si está conectado a Wi-Fi o LoRa, 
transmitir el nivel de tensión
de vez en cuando mientras hago esto
con mi sensor de luz.
En Node-RED, uso un bot de Telegram 
para avisarme cuándo
reemplazar la batería.
Por cierto, aquí hay otro truco
para sensores conectados:
mis sensores envían
información regularmente.
Cada vez que llega una tanda, este
nodo de tiempo de espera se restablece.
Establecí su período de espera en
al menos el doble del tiempo entre
tandas que envía mi sensor.
El nodo de tiempo de espera también
está conectado a un bot de Telegram, 
que me envía un mensaje cuando
ya no llegan más tandas.
Tuve un error de software infrecuente
en el control remoto de mi toldo, 
lo que hizo que se estrellara
y no se recuperara.
Primero, mi esposa me estuvo
sirviendo como sistema de alarma.
Siempre que el toldo no
funcionaba, ella me avisaba:
"algo anda mal,
querido señor ingeniero".
Con un tono en específico,
por supuesto.
Desde entonces, emepecé
a preferir Telegram.
Ahora encontré el error
y ya no recibo más alarmas.
Ni de Telegram ni de mi esposa.
Muy bien.
Por cierto, uso el mismo principio
para mi puerta de enlace LoRa.
Ahora siempre está activa.
Y, ¿qué hay de las otras placas? 
Quizás encajen en
uno de tus proyectos.
Para mí, son un poco
inútiles, y es una decepción.
Tantas placas y ninguna se
ajusta realmente a mi lo que quiero.
Por eso decidí iniciar un nuevo
proyecto con ustedes, mis suscriptores:
diseñar los mejores módulos
eléctricos para nuestros proyectos.
Puedes trabajar en las
especificaciones o,
si eres bueno en diseño de circuitos,
o quieres serlo, trabajar en el diseño
de placas.
Creé un canal de Discord llamado
"SuperPower" para el proyecto
 y un repositorio de GitHub,
también llamado "SuperPower".
Y comencé con mis tres casos de uso:
una placa ESP32 con un
módulo ESP32 Wroom,
parecida a esta mini placa.
Pero con una batería 16340.
Y una placa parecida a la que se le
puede dar energía con un panel solar. 
Ambas deben tener todas las
protecciones más un supervisor
de tensión, que restablece
el microncontrolador
si la tensión está por debajo
del voltaje mínimo de la hoja de datos.
Y una conexión para medir el voltaje
de la batería con un pin analógico.
Y un shield de Raspberry para
un Raspberry Pi a energía solar. 
Con todas las protecciones
y un supervisor de voltaje 
o un convertidor A/D
para medir la tensión de la batería. 
En este caso, me gustarían
dos baterías 18650
porque el Raspberry
consume mucha energía.
Y pines para un módulo GPS
para obtener la hora exacta.
Todos estos son "casos de uso"
con "requisitos".
Responden a la pregunta
"¿qué?" y deben terminarse
antes de pasar a la fase de diseño.
El "cómo" será respondido
por quienes hagan el diseño.
Porque quiero que todo el mundo pueda
obetener estas placas,
serán de código abierto.
JLCPCB debe poder fabricar
su diseño y todas las partes
deben ser piezas LCSC.
Así, todo el mundo puede pedir
placas montadas por completo.
Esto es importante porque
casi todos los chips modernos
son difíciles de soldar a mano.
También preparé canales para
todos los componentes básicos. 
En paralelo a la definición de los
requisitos, los diseñadores 
pueden empezar a recopilar datos sobre
los mejores chips
para nuestros diseños.
También hay una sección sobre placas
de las que podemos aprender.
Como las diez placas que tengo aquí.
Todos están invitados a participar.
Si quieres liderar uno o más de los
proyectos, no dudes en contactarme.
En resumen:
Hay muchas placas que pueden alimentar
nuestros proyectos con una batería.
Nueve de las diez placas de mi
selección usan baterías de iones
de litio 18650 o 16340 reemplazables.
Ninguna usa LiFePo4,
que probablemente sea una mejor
tecnología para proyectos de 3,3v.
Todas tienen las siguientes funciones:
Cargador de iones de litio,
protector de subtensión
y convertidor elevador de 5v.
Algunas también tienen
LDO de 3,3 voltios.
Algunas están construidas como shields,
ya sea para Raspberry o Arduino.
Una placa incluso tiene un reloj
en tiempo real y un medidor
de tensión y amperios.
Por desgracia, los medidores están en
el lugar equivocado y son casi inútiles.
La corriente inactiva de todas
las placas es demasiado alta
para proyectos de
suspensión de baja potencia.
Ninguna puede leer el voltaje de la
batería ni tiene un supervisor
de tensión contra caídas
de voltaje por baja tensión.
Ninguna de las placas es adecuada
para mis necesidades más comunes.
Por eso comencé un proyecto
para crear la placa perfecta.
Su nombre es "SuperPower"
y todos están invitados a participar.
Si quieres entrenarte
como manager de proyectos,
o si deseas algo de visibilidad 
para tu futuro trabajo,
no dudes en solicitar
un puesto como líder del proyecto.
Veremos dónde termina esto y si esta
vez, obtenemos productos útiles.
Como siempre, todos los enlaces
importantes están en la descripción.
Espero que este video haya sido
útil o, al menos, interesante.
Si es así, considera apoyar el canal
para que haya más videos en el futuro.
Gracias. ¡Adiós!
