Como hacer una fuente de voltaje variable hasta 40Vcd usando una fija de impresora Epson.

Te comparto una forma de convertir un fuente pulsante de impresora Epson con voltaje fijo, en una de voltaje ajustable de 4.5 y hasta 40 VCD.

Hoy quiero enséñales cómo diseñar su propia fuente de voltaje variable, modificando una de tipo chopper que viene en varios modelos de impresoras de tinta marca Eps0n. Obteniendo tensiones de salida desde los 4.5 y hasta 40 VCD con 3.5 Amperes (120 watts).  La adaptación es muy simple y no se requiere mucho conocimiento o experiencia en electrónica. Basta con seguir los pasos correctamente y armar esta excelente fuente con voltaje ajustable que puedes usar en todo tipo de proyectos de escuela, laboratorio o para reparaciones de taller.

COMO MODIFICAR UNA FUENTE CONMUTADA CON VOLTAJE FIJO DE IMPRESORA EPSON PARA CONVERTIRLA EN UNA DE VOLTAJE VARIABLE.  

Muchos modelos de impresoras de esta marca usan una fuente del tipo chopper (swiching, conmutada, pulsante) que tiene características eléctricas y un diseño en su circuito muy singular que nos permite modificarlo para convertirla en una con amplio rango de valores a su salida. Esto se logra adaptándole un circuito de control que yo mismo diseñé y te enseñaré a armar e instalar en la fuente y que reemplaza al original de control de voltaje fijo que viene en ella.

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Los modelos de fuente que funcionan perfectamente con esta modificación son las que tienen el numero de parte: EPS-119 Y EPS-117 Y quizá otros muy similares. Si tiene al alcance alguna impresora de esta marca que no esté en función o pensabas desecharla, deberías revisar si cuenta con este modelo de fuente y así tener la oportunidad de hacer las modificaciones y obtener una estable y confiable fuente ajustable para pruebas y diagnósticos.

Modelos de fuente conmutada de impresora que son ideales para este proyecto.

Comencemos repasando las características de nuestra fuente una vez modificada:

• Voltaje de salida: De 4.5 y hasta 42 VCD. Máximo.
• Corriente máxima 3.5 Amperes.
• Alimentación 120/220 VCA.
• Consumo 1.2 Amperes máximo.
• Indicador de voltaje y corriente opcional. Si se agrega un módulo comercial indicador de estos valores.
• No puede reducir el voltaje a Cero o menos de 4Vcd. Explico el porque en el articulo
• Limitador de corriente del sistema original de la fuente de máximo 3.5A. Al rebasarlo se apaga.
• Cuenta con protección en caso de de corto circuito. Se restablece automáticamente al remover el problema. No tiene protecciones adicionales.

Ahora vallamos a los detalles del proceso de modificación y armado de la fuente:

MODELOS DE IMPRESORAS EPSON QUE USAN LA FUENTE CONMUTADA EPS-119 Y EPS-117  PERFECTA PARA ESTE PROYECTO.

Podrás conseguir la fuente conmutada adecuada para el diseño de nuestro proyecto de las siguientes impresoras: Epson stylus TX-320F, TX-220 TX-110 y seguramente muchas otras variantes y modelos similares de la misma marca. Basta con revisar si la fuente que encuentres es como la de las fotos arriba. Ya teniendo una en la mano, lo siguiente es armar el pequeño y simple circuito que diseñé especialmente para esta modificación y que adaptaremos en ella. 

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Dicho circuito es un eficiente modulo de control de voltaje que tiene como componente principal un TL431; IC de tres pines (patitas). Este es muy usado en otras fuentes conmutadas de todo tipo y potencia. En el arreglo que diseñé,  logra controlar con un potenciómetro el voltaje de salida a nuestro gusto.  

DIAGRAMA ELECTRONICO DEL MODULO DE CONTROL DE VOLTAJE PARA LA FUENTE EPS-119 Y 117.

Déjenme mostrarle el diagrama electrónico completo del circuito que usaremos en la adaptación diseñado especialmente para trabajar con estos tipo de fuentes y que reemplazará  al original fijado en 42Vcd que lleva la fuente.

Este simple circuito convierte una fuente conmutada fija de impresora, en variable.

No voy aponer los cálculos, formulas y detalles del funcionamiento del circuito para no hacer denso el texto. Pero siempre pueden preguntar sobre estos detalles en los comentarios para modificaciones en otras fuentes conmutadas o prototipos mas personalizados. Me enfocaré a los detalles de armado y pruebas del proyecto completo. 

Puedes armar este circuito de control en un pequeño PCB que también diseñé de apena 3 x 2.5 cts. cuya plantilla podrás descargar aquí mismo; más delante del articulo pongo el enlace...

PCB del modulo de control para adaptación de fuente conmutada fija a variable.

También puedes armarlo en una placa universal o conectar los componentes directamente entre ellos, pues no son muchos. Solo asegúrate que el modulo que armas se pueda instalar de forma segura y sin el riesgo de causar corto circuito dentro de un chasis plástico.

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Una opción para usar como chasis del proyecto, es el mismo que encontrarás junto con la fuente dentro de la impresora. Lo usan para proteger sus circuitos de posibles derramamiento de tinta en ella.

Chasis que protege la fuente conmutada EPS-119

Con algunas perforaciones y cortes, este chasis plástico resulta muy practico para montar los componentes adicionales de la fuente ya modificada como el potenciómetro y el indicador de voltaje-corriente. Personalmente les recomiendo que lo usen pues la apariencia obtenida al final resulta muy atractiva y practica.

LISTA DE COMPONENTES ELECTRONICOS PARA EL MODULO DE AJUSTE DE VOLTAJE VARIABLE:

• R1, R3 y R4:  Resistencias de 1K, ¼ Watt, 5% Tolerancia.
• R2: Resistencia de 3.3K, ¼ Watt, 1% Tolerancia. Entre más exacto el valor, mejor.
• R5: Resistencia de 18K, ¼ Watt, 5% Tolerancia.
• P1:  Potenciómetro de 50K 5% tolerancia o menos. Entre más exacto el valor, mejor.
• C1, C2 y C3: Condensadores de poliéster de 100nf a 50 Volts, Cualquier tolerancia.
• C4 Condensador electrolítico de 47MF a 63 Volts o mas.
• IC1: TL431. 

COMPONENTES ADICIONALES PARA EL MONTAJE DE LA FUENTE:

• Fuente conmutada EPS-119 O EPS-117.
• Placa fenólica para el PCB
• Chasis plástico original que lleva la fuente dentro de la impresora, si dicha fuente es del modelo EPS-119.
• Modulo comercial medidor de Volts-Amperes. De 100 VCD  a 10 Amperes.
• SI el modulo anterior lo requiere: pequeño cargador para teléfono de 5 VCD a 300 o 500 mA para alimentarlo.
• 25 ctms de Cables de conexión que soporten 10 amperes rojo y negro (AWG 12). 
• 10 ctms de cable delgado que soporten 1 Ampers (AWG 21): Rojo, negro y otros 3 colores para conexiones internas. 
• Cable de alimentación 110/220VCA, que usaba la impresora.

HERRAMIENTA NECESARIA PARA EL PROYECTO:

• Cautín de lápiz de al menos 30 watts o mas.
• Soldadura de estaño plomo de buena calidad.
• Cúter (exacto, navaja fina, etc).
• Extractor de soldadura o maya para removerla.
• Pasta o fux para soldar.
• Multímetro con medición de voltaje CD y Amperes CD.
• Mni Taladro, punzón o alguna herramienta similar para realizar perforaciones.

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Mucho de este material y herramientas abunda en los talleres de aficionados o profesionales de electrónica, así que no debería ser un problema. También es muy fácil de conseguir nuevo en el caso de los primerizos. Incluso con un poco de ingenio se puede improvisar en ausencia de alguna herramienta o material adicional. Teniendo todo lo necesario, vallamos al procedimiento de modificación...

INTRUCCIONES PARA REALIZAR LAS MODIFICACIONES EN LA FUENTE.

El objetivo final de este procedimiento es desactivar y desconectar del optoacoplador de la fuente el circuito de control de voltaje fijo que tiene originalmente, para colocar el nuestro. En escancia, eso es todo. SI cuentas con los conocimientos adecuados, podrás darte cuenta que eso lo puedes hacer simplemente cortando las pistas de unen a ese componente del resto. 

Pero para  ser menos invasivo y mantener la integridad de la fuente, así como para también ayudar a los menos expertos, en el siguiente procedimiento indico cuales componentes remover y como conectar el modulo, apoyándolo con imágenes. Así que comencemos:

1.- Tienes que armar el circuito de control que diseñé. Su funcionamiento ha sido probado y comprobado exhaustivamente. Así que no tienes nada de qué preocuparte si lo montas correctamente y verificas que todos sus componentes tienen los valores correctos y están en buen estado. 

Muestra del circuito ya armado que convierte la fuente conmutada fija en voltaje variable.

A continuación te paso el enlace para que puedas descargar una plantilla de PCB de este modulo de control. Así solo tienes que hacerlo con el método que conozcas  y montar los componentes:

Has clic aquí y obtén el archivo de la plantilla.

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2.- Debes desactivar el módulo de control de tensión original que tiene la fuente. Esto lo puedes hacer removiendo los componentes que te indico abajo. Localízalos y quítalos usando el cautín y el extractor de soldadura o la maya desoldante:

En fuente EPS-119 remover los siguientes componentes: J51, ZD51, R56, R93, R92

Localización de componentes a remover en fuente EPS-119.

En Fuente EPS-117 remover los siguientes componentes: ZD51, R91, R93, Q51 y R56.  Y cortar la pista que se muestra en la imagen siguiente:

Componentes a remover y localización de pista a interrumpir en fuente EPS-117

3.- Una vez removidos los componentes anteriores, debes conectar el módulo de control previamente armado, tal y como se muestra en la imagen siguiente. Puedes apoyarte con el diagrama del principio si tienes suficiente experiencia para interpretarlo.

Conecta el modulo de control que armaste, tal y como se muestra en esta imagen de la fuente EPS-119.

Usa los cables que soportan 10 amperios (naranja y negro en la imagen de arriba) para obtener la salida de voltaje, soldándolos en los puntos indicados. Debes aumentar el diámetro del agujero de dichos puntos con el minitaladro o punzón para que puedas introducir estos cables.

Para el modelo EPS-117 Las conexiones para acoplar el modulo de control son las siguientes: 

Interconecta el modulo de control en la fuente EPS-117 guiándote con esta imagen.

4.- Ya conectado el circuito de control y los cables de salida de voltaje, NO ENERGIZES LA FUENTE AÚN. Antes: Toma tu multímetro y colócalo en la escala de medición VCD (mas de 50 VCD si es de escala manual) y conecta sus puntas en los cables de salida de voltaje. Después posiciona la perilla del potenciómetro de 50K en su punto más o menos central; Evita posicionarla en los extremos. Ahora si, energiza la fuente.

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5.- Si todo salió bien, en el multímetro aparecerá una lectura entre los 19 y los 27 volts.  Y moviendo lentamente la perilla en el sentido de las manecillas del reloj, aumentara el valor de la lectura hasta llegar a los 40 volts más o menos con un 2% de tolerancia. Girándola al contrario debería llegar hasta una lectura de 4.5 Volts aproximadamente.

Prueba de funcionamiento de la fuente de voltaje modificada con el modulo de control.

6.- Ajustes y pruebas: Si el voltaje máximo obtenido es menor o mayor a los 40 volts, se debe a la tolerancia de los valores en R2 Y el potenciómetro P1 de 50K. Esto no causa ningún problema siempre cuando no sobrepase los 42Vcd originales que entrega la fuente. Para solucionarlo intenta buscar estos componentes con el valor más exacto posible midiendo varios con tu multímetro. Si el voltaje máximo de salida sobrepasa los 42 volts, reemplaza a R1 por una de 580 Ohms o  el potenciómetro por uno que tenga un valor más abajo de 50K. por ejemplo: 48K busca ese valor en varios de 50k por su error de tolerancia porque no venden potenciómetros con esas variantes.

Si el voltaje mínimo de salida no es igual a 4.5 volts con un margen de +/- 0.5 Volts, o no es estable, revisa si el potenciómetro de 50k no tiene falsos contactos o prueba con otro IC TL431.

Si al energizar la fuente el voltaje de salida se eleva a mas de 44 Volts y comienza a disminuir hasta cero, es que el circuito de control no esta recibiendo el voltaje de la fuente y esta activa su sistema de protección de sobretensión; apagándose. Revisa los cables y conexiones entre el modulo de control y la fuente.

7.- Una vez probada y ajustada la fuente, toca conectar de forma opcional (pero muy recomendada) un módulo voltímetro-amperímetro de esos que venden ya armados. Para no usar el multímetro cada vez que ajustemos o modifiquemos la fuente. Estos módulos son muy comunes, económicos, fáciles de conseguir y conectar. pero muchas veces muy inexactos e los valores que muestran. así que trata de conseguir el mejor que puedas.

Medidor de Volts y Amperes Comercial, pequeño y económico pero muchas veces con un margen de error bastante considerable.

La mayoría de módulos de este tipo se alimentan directamente de la fuente y funcionar con el mismo voltaje que miden, soportando hasta un máximo de 30 Volts. Pero en el caso de nuestra fuente, vamos a obtener hasta 42 Volts. Así que para no dañarlo, es necesitamos energizarlo con una fuente externa. Para eso usaremos cualquier cargador de teléfonos portátiles pequeño, que nos proporciones 5 Volts con mínimo unos 150mA. Cualquier otro con más corriente: 250mA, 500mA o 1000mA (1A) funciona igual de bien. Y para incorporarlo al chasis de la fuente, es necesario remover el empaque plástico de dicho cargador.  En la imagen siguiente ponemos la muestra de un cargador que use.

Usando un pequeño cargador de teléfono como fuente auxiliar para nuestro medidor V-A.

Si no piensas usar el chasis original que viene con la fuente y en su lugar deseas usar uno con mayor espacio, esta última recomendación de quitarle el plástico al cargador es opcional. De igual forma: Si el modulo medidor Volts-Ampers que conseguiste puede soportar (no medir) 40 Volts o más para energizarse, Pues no tiene caso usar el cargador y puedes conectarlo directamente a la fuente. Solo ASEGURATE en su manual que realmente soporte esos valores de voltaje para su alimentación o terminaras estropeándolo.

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Las instrucciones de conexión de estos módulos son muy simples y siempre vienen anexas en una guía o manual cuando se compran. Así que no entrare en detalle como se conectan, solo pondré una imagen de ejemplo de como debería quedar.

8.- Una vez modificada la fuente, probada, ajustada e incorporado el voltímetro -amperímetro, toca colocar todo en el chasis y fijarlo con algunos tornillos o seguros. Como mencione antes: Yo use el mismo chasis que encontré con la fuente al momento de retirarla de la impresora y que viene con el modelo EPS-119 pues tiene espacio de sobra para colocar todos los componentes y módulos incorporados. Aunque no es forzoso usarlo.

El chasis que tiene la fuente EPS-119 resulta perfecta para incorporar todos los componentes adicionales.

La creatividad, paciencia y empeño darán grandes resultados si se decide usar otro tipo de chasis o caja de proyectos, sobre todo si les toca usar la fuente EPS-117, que viene con un chasis mas pequeño que la EPS-119 y en el no se pueden poner los componentes adicionales.

Y eso es todo. La fuente esta lista para entrar en acción con sus proyectos o revisiones de taller. Pero si quieres saber un poco más de este proyecto, te invito que sigas leyendo.

Aspecto final de la fuente EPS-119 una vez modificada usando el mismo chasis que viene con ella dentro de la impresora.

NOTAS Y ACLARACIONES DE LA PUBLICACION:

• El pequeño Led de color verde que se ve en varias imágenes esta conectado con una resistencia limitadora a la salida de voltaje. Lo coloque así para descarga el voltaje residual del condensador electrolítico C51 al momento de apagar la fuente..
• El Modulo indicador de Volts y Amperes,  siempre marca 0.05A. Incluso sin carga en la fuente. Esto no debería ser así. Asumo que es un defecto de fabricación o un error de tolerancia debido al diseño económico del mismo. Seguro no todos lo hacen. la próxima vez conseguiré uno de mejor calidad.
• Seguramente notaron que olvide por completo poner un interruptor de encendido. Disculpen mi torpeza porque el chasis tiene espacio suficiente para uno. En cuanto pueda agrego uno apropiado.  

EXPLICACION DE POR QUÉ ESTE MODELO DE FUENTE CONMUTADA PUEDEN CONVERTIRSE A UNA CON VOLTAJE AJUSTABLE DE AMPLIO RANGO.

A parte de que el diseño de las fuentes modelo EPS-117 y EPS-119 está pensado para proporcionar una tensión y corriente de salida fijos más o menos altos: 42Vcd a 3.5A, valores necesarios para proporcionar la potencia requerida por los motores del mecanismo de la impresora, ambos modelos (y otros de la misma marca) tiene otra interesante característica…

Verán: Dichos motores necesitan una fuente que se adapte a intensos y espontáneos valores de energía según el esfuerzo o velocidad que realizan, exigiendo que la fuente responda instantáneamente y de forma muy estable a estos abruptos, muy amplios y rápidos cambios sin apenas afectar el valor en la atención de salida (42 Volts); Porque también alimenta a fuentes secundarias y circuito lógicos muy sensibles.

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Deben saber que no todos los tipos y diseños de fuentes conmutadas logran satisfacer estas tensiones estables y responder rápidamente a esos cambios y demandas de potencia (Watts o Volts X Amperes). Solo las fuentes conmutadas del tipo “Resonante” y “cuasi-resonante” pueden lograrlo. Y ya adivinan que la fuente que diseño Epson para sus impresoras es de ese tipo. Más exactamente: “Cuasi-resonante”.

Este singular tipo de fuentes de voltaje se usan también para alimentar modernos amplificadores de audio de potencia. Pues las demandas de voltajes altos y cambios de potencia muy rápidos y ampliamente variables, son igual de comunes en este tipo de circuitos al pasar de altas de mandas de energía en tonos graves y muy bajas en tonos agudos o en silencios entre la música.

Explico todo esto, para que puedan comprender el siguiente punto: El secreto del porque que esta fuente cuasi-resonante en nuestro proyecto responde a este tipo de modificaciones, es por el ese ajuste de potencia requerido por los motores en su diseño original, la fuente logra esto, ajustándose a un amplio rango de valores de voltaje que se elevan o reducen de manera increíblemente rápida según la exigencia del circuito que alimenta.

Para lograr esas variaciones de tensión, la fuente usa una frecuencia baja de 60 Khz en su circuito PWM. Que brinda la posibilidad de aumentar o disminuir el ancho de pulso de esa frecuencia de manera mucho más amplia que el resto de diseños de fuentes conmutadas comunes que trabajan con frecuencias más allá de los 120 Khz.  Y como el control del ancho de pulso es el que modifica el valor del voltaje que entrega la fuente a través de la señal de "Fly back" obtenida de la parte fría por medio de un opto acoplador, basta con retirar el original y colocar el circuito de control de tensión ajustable mostrado en el artículo, conectándolo al opto acoplador directamente. Así obtenemos el control de casi todo el abanico de voltaje que la fuente puede manejar, usando la ventaja de que una vez seleccionado el valor con un potenciómetro, el diseño de la fuente lo mantendrá estable sin importar la exigencia de la carga a energizar.  ¡Fácil!

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Otra cosa que deben saber: Es imposible obtener un voltaje Cero o menor a 4 Volts en cualquier fuente conmutada común, Porque eso implicaría tener un ancho de pulso cero en la frecuencia de la fuente. Que es igual a: No frecuencia. Y pues simplemente no funcionaria.

Esa es la razón explicada de la forma más simple y sencilla que se me puede ocurrir, del porque este modelo de fuente conmutada (y sus parecidas) pueden convertirse en una de voltaje variable con ese amplio espectro de valores sin perder estabilidad. Cosa que la gran mayoría de fuentes conmutadas no logra. Aunque todas pueden modificarse para obtener un voltaje más alto o bajo, solo se puede trabajar con un rango de 30% de original de cada caso. 

Y con esto concluimos este artículo. Seguro disfrutan mucho de su nueva fuente variable tanto en su armado como en su uso. No duden en platicarme sus experiencias, dudas o comentarios. Y enviarme algunas fotos de sus prototipos. Prometo que todas las publicare en este mismo artículo.

¡Suerte y sigan sonriendo!

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