Arma un circuito para una luz nocturna automática con fuente capacitiva. Diagrama y explicación.

Un proyecto electrónico para armar fácilmente una luz automática con fuente de voltaje capacitiva. Buen ahorro energético, tamaño y costos reducidos.

Les presento una versión de muy bajo consumo, fácil de hacer y que requiere de pocos componentes. Un circuito electrónico diseñado para  activar de forma automática una o varias lamparas cuando oscurece y desactivarlas al amanecer; conocido por muchos colegas como: 

Sensor crepuscular.

El proyecto incluye una fuente de voltaje especial para un diseño mas compacto y ahorrador.

El Circuito tiene como componentes primarios: Un sensor de luz (foto resistencia) y un circuito integrado LM555. No necesita una fuente de alimentación externa pues como parte del diseño se incluye una fuente de voltaje capacitiva. Esto permite tener en un solo dispositivo todo lo necesario para su pleno  funcionamiento, evitando la necesidad y gastos de conseguir una fuente de voltaje externa.

CARACTERÍSTICAS DEL CIRCUITO  Y SU DISEÑO PARTICULAR.

REQUIERE POCOS COMPONENTES.

Esta variante está optimizada con un mínimo de componentes para lograr un bajo consumo eléctrico sin perder estabilidad y confiabilidad. El propósito de este bajo consumo, aparte de ayudar a reducir la factura, es que todo el circuito pueda ser alimentado con una fuente que proporcione pequeños valores de tensión. Me refiero al tipo de fuentes usadas en algunas lámparas LED, planchas o cafeteras automáticas,  Con esto evitamos la necesidad de  una típica fuente de voltaje externa.

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Funciona con 115 o 220 VCA por igual. En la imagen siguiente puedes ver el prototipo de sensor crepuscular ya terminado. 

Muestra de un prototipo terminado que puedes armar del circuito automatico de luz nocturna con una fuente de voltaje integrada.

POSIBILIDAD DE ARMAR CON PARTES RECICLADAS.

Gran parte de los componentes electrónicos para armar el circuito se pueden obtener de equipos electrónicos desechados: viejas fuentes de computadora, focos ahorradores, lámparas LED y fuentes conmutadas de tv o amplificadores de sonido.

MUY BAJO CONSUMO ENERGÉTICO.

Apenas consume 180mA cuando está activo. Y no más de 90mA en reposo. Realmente poca energía comparado con otros circuitos que cumplen la misma función. Y la adaptación con una fuente capacitiva, reduce su peso y tamaño aún más.

FÁCIL DE ARMAR.

Un circuito simple que cualquiera con conocimientos básicos de electrónica puede armar y entender. Pequeño y económico; Se vuelve un proyecto interesante para estudiantes. Pero no por eso deja de ser funcional en aplicaciones reales. ¡Claro que se puede usar a largo plazo!.

Además: La peculiaridad de no requerir una fuente de voltaje externa, hace aun más atractivo el proyecto, pues es muy compacto.

DIAGRAMA ELECTRÓNICO PARA EL DISEÑO DEL SENSOR CREPUSCULAR.

Todos los componentes necesarios así como la explicación de su funcionamiento se explican mas adelante. Pero es importante conocer el diagrama electrónico completo. de hecho, ahí también están especificados los valores y características de los componentes necesario. Así que te recomiendo que lo imprimas para tenerlo a la mano en las referencias que mencionaré después.

Diagrama electrónico completo para construir una luz nocturna automática, tambien conocida coom sensor crepuscular.

Incluimos un diseño de circuito impreso (PCB) apenas mide 5x7 cm. En el están montados todos los componentes y no requiere de módulos o circuitos adiciones.

Muestra de las plantillas imrpimibles que puedes descargar para armar un circuito electrónico de luz nocturna automática con 555.

LISTA DE COMPONENTES ELECTRONICOS:

• F1: Fusible tipo Europeo de fusión rápida a 250 mA.
• R1 y R2: Resistencias de 100 Ohms a 1/4 de Watt.
• R3: Resistencia de 1 M Ohm a 1/4 de Watt.
• Cx1: Condensador de poliéster o Tipo X2 no polarizado de 2.2 µf  - 250V.
• D1, D2,D3, D4 y D5: Diodos rectificadores 1N4007.
• LED1:   Mini Led común rojo de 10 mA.
• C1: Condensador Electrolítico de 330 µf a 50V.
• Dz1 y Dz2: Diodos Zener de 6.2V a 1 Watt. O 1 Diodo Zener de 12V a 2 Watts.
• LDR1: Fotorresistencia común de 1 M Ohm.
• RV1- Preset o potenciómetro de 1 M Ohm.
• IC1: NE555.
• T1: Transistor BC548.
• C3: Condensador cerámico o de poliéster de 0.01 µf a 50v (Codigo 103).
• R4: Resistor de 1 K Ohm a 1/4 watt.
• R5: Resistor de 220 Ohms a 1/4 watt.
• RELE1: relevador de 12V con 1 polo y dos tiros.
• Interruptor de plástico de 1 polo 1 tiro.
• SW1 y 2, así como CA-ENT1 y2:  Colectores de plástico tipo EMKDS o similares (2 piezas).

MATERIAL  ADICIONAL:

• Placa fenólica de 5 x7.
• Caja de 10 x10  para montajes.
• Cable para conexiones.
• Porta fusibles de montaje en PCB tamaño Europeo

PRECAUCIONES EN EL ARMADO Y MANEJO DE ESTE CIRCUITO.

Por supuesto que debe tener algunas precauciones en el armado y pruebas de este circuito. Pues el hecho de usar una fuente capacitiva genera un riesgo que menciono a continuación:

No tiene ningún método de aislación con la línea eléctrica. (Sin aislación galvánica) Y su manejo, si esta energizado, debe ser con mucha precaución.

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La naturaleza de diseño de la fuente capacitiva tiene esta desventaja. Sin ningún tipo de aislación eléctrica entre la línea comercial y el circuito, se corre el riesgo de recibir una descarga si no se usan guantes de seguridad cuando este está energizado.

Siempre desconectar completamente el circuito antes de manipularlo o revisar cualquier componente en el. Y para sus mediciones en algún diagnostico o en su montaje, siempre usa guantes y herramienta con aislantes eléctricos ligeros y cómodos.

El montaje de este circuito electrónico, debe hacerse dentro de un gabinete de plástico y todos los componentes externos deben tener la aislación adecuada para evitar completamente el contacto directo.  Para neutralizar todo riesgo de descarga eléctrica accidental al final pongo algunas imágenes con las maneras de aislar los componentes, así como algunas recomendaciones.

EXPLICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO:

A continuación voy a explicar  el funcionamiento del circuito. Y el comportamiento que tienen en el algunos componentes importantes.  

La fuente capacitiva que está formada por: F1, R1 a R3, CX1, D1 a D4, C1, DZ1 y DZ2. Está calculada para entregar 12.4  volts a 130mA máximo. Suficiente voltaje y corriente para alimentar todo el circuito sin problemas. La explicación sobre el funcionamiento y cálculo de este tipo de fuentes capacitivas, es muy simple y mas fácil de entender de lo que crees. Puedes aprender todo sobre ellas dando clic en el siguiente articulo:

Fuentes de alimentación capacitivas. Todo lo que debes saber sobre ellas. (Parte 1)

Continuamos... El circuito integrado LM555 (IC1) está configurado en su modalidad biestable, lo que quiere decir:  Que LDR1 y RV1, están equilibradas con sus valores, logrando que IC1 entregar en su salida (pin 3) un voltaje 0  y permanecer así, durante todo el tiempo hasta que alguno factor externo cambie los valores de estas resistencias. Si dicho cambio ocurre, entonces CI1 entregará un voltaje alto en su salida y este permanecerá así, hasta que dichas resistencias vuelvan a el equilibrio predeterminado que tenían.

El secreto está en el factor de cambio de estas resistencias, pues ambas son variables, no fijas. LDR1 es una típica fotoresistencia de 1M ohm (valor universal máximo) y RV1 en un potenciómetro miniatura, también de 1M ohm. A continuación, explicamos más a detalle…

Activando y desactivando: 

Cuando la iluminación sobre la LDR1 disminuye, (anochecer) su resistencia aumenta, y con ello disminuye la tensión aplicada a las entradas 6 y 2 de los comparadores internos de IC1 “LM555”. Cuando disminuye por debajo de 6.1V y 3.1V respectivamente, provoca que la salida (pin 3) del 555 conmute a estado alto. Esto polariza al transistor T1 que entra en conducción, y por tanto provoca la activación del relevador RELE-1. Éste cierra el contacto Common (P) sobre el ON (s). Conectando a través de ellos, uno de los dos conductores de una toma eléctrica para la lámpara (preferiblemente la línea de fase), estos contactos actúan como interruptor que activa a los focos o lámparas.

De forma contraria a lo antes explicado, si la iluminación sobre LDR1 aumenta (amanecer), su resistencia disminuye y la tensión de las entradas 6 y 2 del LM555, regresan a su valor predefinido alto, retornando su salida (pin 3) a un estado bajo (cero volts), T1 deja de polarizarse y RELE-1 se desactiva. Abriendo el circuito eléctrico entre P y S, apagando la iluminación.

El mini potenciómetro VR1 sirve para ajustar la sensibilidad del circuito para un nivel de iluminación dado, para el cual se produce el encendido automático de la lámpara. El condensador C2 filtra variaciones de tensión en la salida del 555 durante la conmutación para favorecer una activación limpia del transistor T1 y evitar así que el RELE-1 vibre en esos instantes. El diodo D1 cortocircuita las corrientes auto inducidas generadas en la bobina del relé cuando T1 conmuta a corte.

SW-A y SW-B son terminales para un interruptor simple del tipo: “un polo un tiro”, que activará de forma manual la iluminación, saltando el funcionamiento del circuito.

¿Por qué un relevador mecánico?

En la actualidad existen muchos tipos de lámparas y focos. Y muchos de ellos no funciona bien con componentes electrónicos semiconductores como los Triac, que se usan en circuitos automáticos parecidos.  Así que para evitar complicaciones respecto a qué tipo de focos si, y que tipos no son compatibles, un relevador mecánico activa a todos los tipos. Incluso expandiendo la aplicación a motores o cualquier cosa que salga de la imaginación de quien lo instale. Mientras no rebase el voltaje y corriente máximos indicados en el relevador.

Una fuente capacitiva en lugar de otro tipo de alimentación.

Tres factores que me hicieron anexar este tipo de fuente en el proyecto:

1.- La reducción de componentes y tamaño.

Es la prioridad actual en todos los equipos electrónicos y eléctricos modernos. Por su puesto que no se podían salvar de esta tendencia, esos clásicos circuitos electrónicos prácticos de toda la vida, que hacemos incluso desde la escuela.  Una fuente capacitiva ayuda con estas condiciones para nuestro circuito.

2.- Una fuente capacitiva es hasta 4 veces más económica, ligera y pequeña.

En comparación con cualquier diseño equivalente a base de un trasformador reductor. Incluso también vence en estos puntos a muchas fuentes conmutadas modernas. Sobre todo, en costos.

3.- La corriente de consumo que requiere este circuito, es muy pequeña. 

Después de la fuente capacitiva, el circuito solo requiere 90mA para funcionar plenamente, asi que con unos 120mA que entregue la fuente, será mas que suficiente. Y fácilmente se puede obtener de este tipo de fuentes esa intensidad, reduciendo increíblemente el desperdicio de energía en forma de calor, volviendo el circuito muy amistoso con la idea del ahorro energético. Porque realmente ahorra mucha energía.

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¿Un LED indicador de funcionamiento es importante?

Ciertamente el circuito presentado aquí, cuenta con uno que se ilumina cuando se activa el relevador, indicado que esta activo (Noche) y se apaga cuando se desactiva y el circuito entra en espera (Dia).

¿Anexar un Led con su respectivo gasto energético es necesario?

Personalmente creo que no tiene sentido poner algo que no se va a notar y que no es la función principal del circuito. En un laboratorio o proyecto escolar, tiene sus méritos para más puntos en la calificación, e incluso para comprobar si lo hicimos bien o simplemente adorno. Pero en aplicaciones prácticas y circuitos bien probados como este, pierde todo sentido montar algo así, pues consume energía y exige mas componentes; Factores que estamos tomando muy en serio quitar, en el diseño de este circuito de iluminación nocturna automático.

Si retiramos el LED, junto con R4, nos ahorramos otros 10 mA, son dos componentes que no afectan el funcionamiento ni propósito del circuito. Pero dejo a criterio y gusto de cada uno de ustedes, queridos lectores, si lo montan o no.

CIRCUITO IMPRESO (PCB) PARA EL DISEÑO DE CIRCUITO.

Quiero compartir unas imágenes del diseño ya terminado, verificado y probado del dicho circuito impreso. Las plantillas para crear uno igual las pueden descargar en este mismos articulo Mas abajo les comparto el enlace. En en archivo que descarguen encontraran todo Listo para imprimirse y transferirse a la placa fenólica. Cuenta con ambas caras:  identificación de componentes y pistas.

Apariencia de la PCB terminado para una la luz nocturna automática.

DESCARGA EL ARCHIVO CON LAS PLANTILLAS PARA LA PCB EN EL SIGUIENTE ENLACE:

Diagrama, PCB y todo lo necesario. Descarga AQUÍ.

DETALLES IMPORTANTES PARA EL ARMADO DEL CIRCUITO:

Recomiendo usar un condensador del tipo X2 para CX1, de 250 volts, en zonas o países con suministro de 115 VCA. O de 400 volts, si viven donde el suministro es de 220 VCA. Este tipo de condensadores tienen protección de corto circuito, soportan variaciones de voltaje y están diseñados para funcionar con CA. Son difíciles de conseguir con ese valor (2.2mf) pero valen el esfuerzo. Los pueden encontrar en fuentes conmutadas de computadoras y focos ahorradores. Incluso en lámparas LED´s de buena calidad.

Condensador X2. Recomendado para diseños de fuentes capacitivas.

Mas sobre CX1: Pese a que es un valor comercial, posiblemente sea difícil de conseguir para algunos de ustedes. Así que pueden poner dos o más en paralelo y sumar sus valores, siempre y cuando las características y voltajes de todos sean iguales. Aunque no me canso de recomendar usar este tipo de condensadores, debo ofrecer otra opción: Los clásicos rojos o azules de poliéster funcionaran bien. Pues son mucho mas abundantes y fáciles de conseguir, nuevos o reciclados.

Un excelente sustituto del condensador X2 es uno de poliéster. fácil de conseguir reciclado o nuevo.

RV1 es un mini potenciómetro con aislación en su perilla giratoria. Si piensan usar otro tipo, recuerden que deben aislar cualquier parte metálica del mismo que tenga contacto con ustedes. 

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Instalen una tapa de plástico o consigan otro tipo de potenciómetro con perilla plástica. No se arriesguen: Recuerden que el circuito no está aislado de la línea eléctrica.

Usa un preset o potenciómetro con una buena aislación de plástico.

LDR1 debe tener bien aisladas las terminales de conexión. Recuerden que estamos usando una fuente capacitiva y tenemos que eliminar cualquier riesgo de descarga eléctrica en todas las posibles partes que puedan tener contacto directo con nuestro cuerpo.

La foto resistencia usada en el circuito, debe aislarse perfectamente.

El interruptor que va en SW-A y SW-B, debe ser plástico y se deben aislar las patillas muy bien. todas estas precauciones son a causa de lo antes mencionado: Evitar el contacto directo del circuito con las manos mientras este energizado.

Usa preferentemente un interruptor plástico.

F1 debe ser de tamaño europeo, fusión rápida, de 250 volts a 200 o 250 mA. Incluso uno de 500mA (0.5A). 

Muestra del Fusible en el circuito.

R1,R2 al igual que  DZ1 y DZ2, deben ser montados sin que "descansen" sobre la PCB. Pues disipan calor. Elevar unos milímetros estos componentes ayuda a que ese calor no se transfiera a la placa. De no hacerlo, con el tiempo aparecerán signos de carbonización.

Ejemplo de como deben ir montados los componentes que generan calor.

Las entradas y salidas de voltaje, llevan conectores del tipo “borne para circuito impreso EMKDS” de dos polos con tornillo fijador. Existen varias marcas. solo asegúrate que sean del tamaño correcto y sean de plástico.

Conector plástico que asegura aislación. Evita usar de metal.

Seguro lo arman fácil. es muy simple y su funcionamiento a sido verificado completamente. así que no necesitan hacer pruebas en protoboard. esto ultimo es importante para evitar completamente el riesgo de descarga eléctrica.

Cualquier comentario, duda, mejora o sugerencia, no lo pienses... anótalo abajo en los comentarios. Y no olviden compartir este proyecto a muchos colegas, estudiantes y aficionados a la electrónica.

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