Como he dicho varias veces a lo largo de esta guía, cuantos más componentes tenga tu robot, especialmente motores, más corriente consumirá.

Y si consumes mucho, necesitas una batería más grande, pero como el espacio disponible para la batería es limitado, el consumo general de tu robot se transforma en un problema importante.

Lo primero que hemos dicho, es que probablemente tu robot resuelve laberintos funcione con una batería recargable de 7.4 V o 11.1 V, ya que ese voltaje suele ser ideal para manejar motores.

Por otro lado, tu electrónica de control probablemente funcione a 5 V o incluso a 3.3 V y eso hace que necesites un regulador de tensión para no freír nada.

La opción más fácil y más económica de poner un regulador, es usar los típicos LM7805 que básicamente toman una entrada de un voltaje hasta 15 V y la convierten en una salida de 5 V.

Esto es todo muy bonito, hasta que ves la gráfica de eficiencia de este tipo de reguladores como muestro en la imagen abajo:

Se aprecia claramente que este tipo de reguladores, a más tensión de entrada le aplicas, menos eficiente es. Si te fija bien, en el rango de voltaje que estamos manejando, en torno a 11 V, la eficiencia es de apenas 60 / 70%.

El nivel de potencia disipada se calcula considerando la diferencia entre el voltaje de entrada y el de salida; luego, debes multiplicar esta cifra por la corriente de carga. Si tienes una entrada de 12V regulada a 5V y el sistema consume 100 mA, entonces la potencia disipada será de 0.7 W. 

Teniendo esto en cuenta, sabemos que el LM7805 puede funcionar a temperaturas de hasta 125ºC. Un regulador LM7805 típico en un paquete TO-220 tiene una resistencia a la temperatura de 65ºC/W. Esto quiere decir que por cada 1W, verá un aumento de 65ºC por encima de la temperatura ambiente. 

Dicho a lo bruto, lo que hacen este tipo de regulador es como transformar lo que sobra en calor y eso no es bueno si quieres tener una alimentación eficiente.

Por suerte, existe reguladores mucho más eficientes y que además ocupan muy poco espacio. Veamos cuales son las opciones y cómo funcionan.

Reguladores de tensión conmutados

Los reguladores de voltaje lineal lo convirtieron en un candidato poco ideal si quieres eficiencia y una salida de alta potencia, ya que el calor generado podría dañar el regulador o deteriorar la vida de los componentes cercanos. 

Los reguladores conmutados funciona de una manera diferente, son mucho más eficientes y se calientan menos. Como su nombre implica, el regulador conmutado se enciende y apaga a un ritmo muy rápido, dando una fuente de alimentación estable y eficiente. El regulador conmutado puede disipar el calor de manera muy eficaz, reduciendo las temperaturas y minimizando el riesgo de fuego en sentido literal.

El funcionamiento del regulador de voltaje conmutado se basa en el principio de la conmutación. La entrada de voltaje es conmutada (ON y OFF) a alta frecuencia por medio de un transistor. Cuando el transistor está en estado ON, la energía se almacena en un inductor. Cuando el transistor está en estado OFF, la energía almacenada en el inductor se libera a la carga. De esta manera, el voltaje de entrada es convertido al voltaje deseado.

Este tipo de reguladores están disponibles en varios modelos, tanto en voltaje fijo como ajustable. Además, son muy pequeños y aquí abajo puedes ver algunos ejemplos con salida fija de 5 V y 3.3 V según lo que necesites.

Cómo ahorrar energía en la alimentación de tu robot

Ahora ya sabes que un buen regulador es crucial si quieres tener una fuente de alimentación eficiente para tu robot, pero existen más trucos para rascar algunos miliamperios más y conseguir más autonomía de la batería.

Te voy a mostrar algunos trucos más avanzados que podrás aplicar si estás diseñando desde cero el circuito de tu robot resuelve laberintos.

El primer truco es si utilizas diodos emisores IR para los sensores. En ese caso, es probable que los alimentes directamente con tus flamantes 5 Voltios de tu regulador y le metas una resistencia limitadora para no freírlos.

Eso por supuesto funciona bien y es perfectamente correcto hacerlo así.

Pongamos que tu circuito es un diodo IR alimentado a 5 V con una resistencia de 10 Ohm y se parece a algo así:

Ahora veámoslo en números calculando cómo de eficiente es este circuito:

• Caída de tensión: 1.8V a 0.5A
• Resistencia: 5 - 1.8 = 3.2V
• Energía consumida: 3.2V x 0.5A = 1.6W
• Eficiencia: 1.8V / 5V = 36%

Como puedes comprobar con los números, es un circuito que funciona bien, pero es muy poco eficiente y eso hará que gastes más batería.

El primer truco es modificar ligeramente este circuito y en lugar de alimentar el diodo IR a 5V, lo vamos a hacer a 2V con la ayuda de otro regulador, pero uno cualquiera, es un regulador conmutado muy interesante.

Regulador de tensión conmutado LMZ21701

El regulador LMZ21701 es muy interesante, ya que es ridículamente pequeño y es muy eficiente. Además, puede dar una salida de 3.3 V que podemos ajustar con una resistencia en el circuito y bajarlo aún más, dejándolo en apenas 2 V. Eso es muy bueno, porque la Ley de Ohm no miente: Menos voltaje y menos resistencia  es igual a menos corriente consumida.

Su esquema de funcionamiento básico es muy sencillo y si quieres saber más puedes leer su datasheet aquí.

Ahora veamos cómo aplicarlo al circuito del diodo IR con una alimentación de 2 V y resistencia de 0.75 Ohm.

Ahora veamos los números y comparemos:

• Corriente: 333 mAh
• Caída de tensión: 1.75 V
• Tensión en resistencia: 0.25 V 
• Eficiencia: 1.75V / 2V = 87.5%

Con este simple circuito hemos pasado de un 36% de eficiencia a más de 87% solamente bajando la tensión de entrada de los LEDs.

Alimentación de ventilador Vacuum eficiente

Si utilizas un ventilador de succión en tu robot, es importante también pensar en como controlarlo de la forma más eficiente posible. Para eso existen todo tipo de reguladores muy pequeños y con salida de corriente altas.

Si no te quieres complicar mucho y tu motor de succión de consumo más de 1.7 Amperios, el DRV8838 es una buena opción y es muy fácil de utilizar.

También existen controladores de Texas Instruments muy interesantes por si quieres montarlo directamente en una PCB. Abajo te dejo algunos ejemplos:

• Datasheet TPS6290x

Gracias a la presentación de Green Ye que ha servido de inspiración para esta página.