Extraiga energía de forma segura del USB

Estoy actualizando la iluminación en un modelo con circuito simple que tiene 17 LED (aproximadamente) más uno o dos temporizadores 555. Actualmente, todo funciona con 3 pilas AAA. Drena entre 150 y 250 mA (dependiendo de cuántos LED encienda). Aviso: soy nuevo en electrónica e iluminación, así que tengan paciencia conmigo de todos modos si las preguntas no son lo suficientemente desafiantes :)

Una vez que el circuito esté terminado, planeo extenderlo con dos variaciones:

  1. Versión Arduino: conecte el circuito LED directamente a los pines de salida (5V) de una placa Arduino, con una resistencia en cada cable para compensar el exceso de +0.5V.
  2. Versión alimentada por cable USB, utilizando un cargador de pared USB que proporciona 5V 800mA.

Mi pregunta es: ¿Qué debo hacer para proteger adecuadamente el circuito cuando uso la versión USB? ¿Necesito un regulador de voltaje? En caso afirmativo, ¿qué tipo/parte?

Según mi investigación, no necesito un regulador para la versión de Android, pero no estoy 100% seguro (los comentarios al respecto también serán bienvenidos).

Editar: según lo solicitado, he agregado un esquema simplificado. La versión final tendrá más leds y probablemente drene alrededor de 200mA-250mA.

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Tienes un esquema?
Una verruga de pared puede ser básicamente una fuente de alimentación de CC, sin embargo, algunos de ellos utilizan otras tecnologías, como la corriente constante. Por lo general, el USB no lo hace, por lo que coincidirá con la salida USB de una computadora. Debería poder usar la fuente de 5 V de la verruga de la pared como quiera, siempre y cuando no exceda la clasificación de corriente máxima, pero no funcionará igual si se alimenta desde un puerto USB de la computadora porque eso requiere enumeración para suministrar más de 100mA.
Algunos cables USB tienen reguladores incorporados. Use un multímetro para averiguar si su cable USB tiene un regulador incorporado.
@codificación_corgi ¿qué? ¿De qué estás hablando? ¿Qué cable tiene un regulador incorporado?
@Passerby Varios lo hacen, google.com/ ... , mira de cerca a una pareja,
@codificación_corgi buscado. Nada más que simples cables blindados. Cobre y plástico.
@Sebastian Un esquema del modelo es importante. Al menos, ¿hay transistores o resistencias?
He subido el esquema. Sin embargo, esta versión no tiene 555. Sin embargo, planeo terminar la versión simple primero. Quiero estar seguro de que entiendo lo que necesito agregar a este mismo circuito para reducir correctamente (y con seguridad) la CC de 5 V a 4,5 V, reflejando la versión con las 3 baterías AAA. ¿Será suficiente una resistencia? o necesito un regulador de voltaje y/o fusible?

Respuestas (1)

En su mayor parte, una versión de Arduino y una versión alimentada por USB serían lo mismo. El Arduino tiene una salida regulada de 5v.

El principal problema es que, si el esquema que publica es preciso, es que la resistencia de 36 Ω, a 4,5 V, con voltajes LED promedio (rojo 1,8 V, amarillo 2 V, azul 3,3 V) los está empujando más allá de la corriente máxima ""estándar"" sorteo de 20mA cada uno. ¿Es eso 36Ω un error tipográfico? Con 5v, es casi el doble. El esquema implica que con las 10 series de LED/resistencia encendidas, está tomando 151 mA, por lo que 15 mA cada una. Las matemáticas no funcionan.

Corriente = (Fuente de tensión - Caída de tensión directa) / Resistencia
Roja: (4,5 v - (1,8 v * 2)) / 36 = 0,025 A o 25 mA. (5v - (1,8v * 2)) / 36 = 38mA Amarillo: (4,5v - (2v * 2)) / 36 = 13,8mA. (5v - 4v) / 36 = 27mA Azul: (4,5v - 3,3v) / 36 = 33,3mA. (5v - 3,3v) / 36 = 47,2mA!

Solo el amarillo sería mayormente seguro, sin aumentar la resistencia. Simplemente una resistencia adicional de entre 24 y 68 Ω en serie con los 36 Ω existentes para cada hilo de LED resolvería esto con un consumo máximo de 28 mA a 16 mA por hilo. Así es como puedes proteger los leds cuando usas la fuente de alimentación USB.

Ahora, si va a alimentar los LED desde el Arduino, conectado directamente a los pines del microcontrolador, rápidamente superará el límite de 40 mA por pin, o el límite total de 200 mA. Sobre todo en la sección azul, donde tienes tres leds en paralelo. Eso es 47 mA con la resistencia existente, menos si agrega otra resistencia por LED, pero solo podría tener 4 de las secciones encendidas a la vez. En este caso, si necesita más, también necesitará un transistor con una resistencia.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El SW1 es el interruptor manual que tienes. Las dos resistencias de 36 Ω son iguales a una sola de 72 Ω. Los tres LED son LED azules estándar de 3,3 V. El transistor NPN le permite cambiar más corriente por pin que conectarlos directamente (el 2n3904 tiende a permitir hasta 200 mA cada uno). La resistencia de 1k proporciona ~4,5 mA de corriente en la base del transistor, lo que debería saturarla.

En cualquier caso, con un poco de matemática como se mencionó anteriormente, debe tener todo lo que necesita para calcular cualquier combinación que necesite.

Re: las matemáticas: Veo que apuntas. El software de simulación que estoy usando es excelente (Yenka), sin embargo, el conjunto de LED predefinido incluido usa una tolerancia directa de V y mA diferente. Los LED que uso en la "vida real" tienen valores diferentes y toleran hasta 25 mA, por lo que ajusté los valores R en consecuencia. ¿Está diciendo que lo único que necesito es aumentar R en serie, siempre que no drene más del límite de mA? He leído algunas advertencias sobre los cargos de pared USB, indicando que algunos de ellos no están regulados. Planeo usar mi cargador Kindle USB, que supongo que es un cargador de alta calidad...
@Sebastian, la mayoría de los cargadores USB están suficientemente bien regulados. Hacía mucho tiempo que no veía un encendido no regulado. Y sí, todo lo que debe tener en cuenta es consumir demasiada corriente. Manténgalo dentro del 80~90% del máximo para estar seguro.
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