Electronica de Potencia

Circuito inversor simple con CD4047 y ULN2003 – Convierte 12V DC en 230V AC fácilmente

noviembre 5, 2025soloelectronicosDeja un comentario

Cuando se va la luz, tener una fuente alternativa de energía puede marcar la diferencia. Este sencillo circuito inversor permite convertir una batería de 12 V DC en una salida de 230 V AC utilizando dos integrados muy comunes: CD4047 y ULN2003. Es una opción económica, didáctica y útil para alimentar pequeños dispositivos como bombillas, ventiladores o cargadores en situaciones de emergencia.

Cómo funciona el circuito

El «cerebro» del inversor es el IC CD4047, configurado como multivibrador astable. Su función es generar dos señales cuadradas de 50 Hz con una desfase de 180°, que servirán para activar alternativamente cada mitad del transformador.

Estas señales se envían al IC ULN2003, un conjunto de transistores Darlington que amplifican la corriente, permitiendo accionar los transistores de potencia o MOSFETs que manejan la carga real del transformador.

El transformador con toma central eleva la tensión de los 12 V DC de la batería hasta unos 230 V AC en la salida.
Si se desea una forma de onda más limpia, puede añadirse un condensador de filtro en paralelo con la salida.

Componentes principales

CD4047 – Oscilador y temporizador.
ULN2003 – Conjunto de transistores Darlington para conmutación.
Transformador con toma central – Eleva la tensión de 12 V a 230 V.
Resistencias y condensadores – Ajustan la frecuencia y suavizan la señal.
Batería de 12 V – Fuente de alimentación principal.

Montaje paso a paso

Configurar el CD4047 como astable: Coloca las resistencias y condensadores indicados para que oscile a 50 Hz, generando señales cuadradas alternas en los pines 10 y 11.
Conectar salidas al ULN2003: Los pines de salida del CD4047 van a las entradas del ULN2003, que amplificará la señal para controlar los transistores de potencia.
Unir ULN2003 a los transistores o MOSFETs: Estos componentes serán los encargados de conmutar la corriente suministrada al transformador.
Conectar el transformador: El primario con toma central se conecta a los colectores/emisores de los transistores para que transforme los 12V DC en 230V AC.
Incluir filtros opcionales: Puedes añadir un condensador para suavizar la salida de AC y obtener una señal más estable.
Alimentación: Conecta la batería de 12V para energizar todo el conjunto.

Ventajas del diseño

Bajo costo y fácil de montar (se puede montar en una placa de prototipos o comprarlo ya montado en la majoria de las tiendas online especializadas).
Totalmente operativo con una simple batería de 12 V.
Produce una salida de onda cuadrada modificada de hasta 230 V AC.
Ideal para proyectos educativos, experimentación o uso en pequeñas emergencias.

Una excelente opción para aprender electrónica práctica

Este inversor representa un ejercicio perfecto para estudiantes y aficionados que desean comprender el principio de conversión DC–AC sin recurrir a circuitos complejos. Su construcción permite aprender conceptos esenciales como temporización, conmutación y elevación de tensión mediante transformador. Además, puede mejorarse fácilmente añadiendo indicadores LED, protecciones o convertidores con onda senoidal pura…

Limitaciones y desventajas de este circuito

Una ventaja clara : el coste y el reducido espacio que ocupa , pero veamos algunos inconvenientes

Lo ideal es no conectar cargas superiores a 20-30 W, pues aunque si se compra en kit o ya montado el fabricante hable de 100w, el ULN2003 tiene un límite de corriente que ronda los 500 mA por salida, lo que generalmente restringe la potencia entregada a cargas muy por debajo de 100W,

Asimismo destacar el principal inconveniente de este circuito inversor con CD4047 y ULN2003 , y es que genera una señal de salida en forma de onda cuadrada o cuadrada modificada, pero no una señal senoidal pura. Esto provoca varios efectos negativos, especialmente para dispositivos sensibles, como bombillas LED:

Acortamiento de la vida útil de las bombillas LED: Las bombillas LED están diseñadas para funcionar con señal senoidal limpia (corriente alterna estándar). La señal cuadrada contiene armónicos y picos abruptos que pueden dañar los componentes internos de las bombillas, como los drivers electrónicos, provocando fallos prematuros o incluso quemarlas.
Calentamiento y parpadeo: La forma de onda no senoidal puede causar que las bombillas parpadeen o generen ruido audible, además de producir un calentamiento excesivo en los circuitos de las bombillas.
Limitación para aparatos electrónicos sensibles: No solo las bombillas, sino otros dispositivos que requieren una alimentación senoidal estable pueden no funcionar correctamente o dañarse (p. ej., algunos cargadores, motores, o equipos electrónicos sensibles).
Menor eficiencia y más ruido eléctrico: La señal cuadrada provoca más interferencias electromagnéticas y disminuye la eficiencia en la conversión de energía comparado con un inversor de onda senoidal pura.

Este tipo de circuito es adecuado para pruebas, cargas resistivas simples como bombillas incandescentes o pequeños motores sin gran sensibilidad. Para aplicaciones con bombillas LED o equipos electrónicos sensibles, se recomienda un inversor con salida de onda senoidal pura, aunque son más complejos y costosos.

Consejos y precauciones al usar este circuito inversor

Precaución con la alta tensión: La salida del inversor genera 230V AC, lo cual es peligroso. Siempre manipula el circuito con cuidado, preferiblemente con el equipo desconectado y con conocimiento básico de electricidad.
Protección del circuito: Es recomendable incluir un fusible en la línea de alimentación para proteger la batería y los componentes en caso de cortocircuitos o sobrecargas.
Ventilación y disipación: Los componentes que manejan potencia, como el ULN2003 y los transistores o MOSFETs conectados, deben tener disipadores para evitar sobrecalentamiento.
Uso de transformador adecuado: Asegúrate de usar un transformador con la potencia adecuada (mínimo 10-20W) y con toma central bien diferenciada para evitar daños.
Calibración de frecuencia: Ajusta el potenciómetro para obtener una frecuencia cercana a 50 Hz, logrando una salida estable y adecuada para la mayoría de cargas pequeñas.
Carga limitada: Este tipo de inversores es apropiado para cargas pequeñas (bombillas, ventiladores, cargadores). No es adecuado para aparatos de gran potencia o con motores que puedan dañar el circuito.
Filtro de salida opcional: Agregar un condensador filtro en la salida puede ayudar a suavizar la forma de onda y proteger dispositivos sensibles.
Revisión en protoboard: Antes de realizar un montaje final, prueba el circuito en una protoboard o placa de pruebas para verificar funcionamiento sin riesgos.
Conocimiento previo: Si no tienes experiencia con circuitos de corriente alterna o alta tensión, busca asesoría o realiza el proyecto con supervisión.

Cómo Modificar el Voltaje de un Adaptador o un cargador de Móvil

marzo 30, 2025soloelectronicosDeja un comentario

Es muy habitual encontrar videos de como modificar fuentes conmutadas AC/DC concebidas para un uso especifico, como por ejemplo cargar un smartphone que ofrecen una salida de unos 5V, para obtener otra tensión que podamos necesitar para alimentar cualquier otro dispositivo electrónico cuyo cargador por ejemplo hayamos perdido o se haya averiado . Ciertamente con esta sencilla modificación, que vamos a ver, se podrán variar el voltaje de 5V a 12V o incluso de 12V a 30V sin mayores complicaciones , usando los mínimos componentes y sobre todo reutilizando con cosas que quizás ya no usemos.

Como punto importante, a destacar es que con el simple cambio modificamos la tensión de salida de la fuente hasta un limite que podria llegar incluso hasta los 30v, pero la corriente que sea capaz de suministrar será la misma, es decir si la fuente de 500mA , esa será la corriente máxima que pueda soportar la fuente modificada .

Un esquema real

Antes de empezar veamos un ejemplo de una fuente real 220/5v DC cuyo esquema interno se ha obtenido por ingeniería inversa

El circuito proporciona hasta 10W de potencia, suficiente para cargar dispositivos como tabletas o iPads. Se trata de una fuente conmutada del tipo flyback converter auto-oscilante, la cual aísla la red eléctrica mediante un transformador y un circuito óptico, proporcionando seguridad siempre que se utilicen componentes de calidad. No obstante, se deben tomar precauciones debido a los altos voltajes DC presentes en el circuito.

El funcionamiento del circuito se divide en cuatro etapas: 1-rectificación y filtrado, donde un puente de diodos y un condensador convierten la corriente alterna en corriente continua; 2-oscilador y driver primario, que usa transistores para conmutar el transformador; 3-circuito de retroalimentación, que regula la salida mediante un optoacoplador y un devanado auxiliar; y 4-adecuación del voltaje de salida, donde un diodo Schottky se encarga de la rectificación final.

La parte que nos va a ser útil para nuestro propósito es la Etapa 3,circuito de retroalimentación, donde cualquier desvío en el voltaje de salida se corrige a través de dos señales, la primera viene del devanado secundario marcado como FBACK y la segunda viene de un opto-acoplador. Las dos señales son tomadas de tal manera que existe un aislamiento eléctrico entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada. El aislamiento es óptico en el caso del opto-acoplador y magnético en el caso del transformador. El opto-acoplador usa un diodo zener de 4.3 voltios en su entrada, que sumado a la caída de voltaje de 0.9 voltios del propio dispositivo suman aproximadamente 5.2 voltios. Si el voltaje de salida sube más de 5.2 voltios, la salida del dispositivo opto-acoplador disminuye su resistencia aparente y esto modifica el ciclo de trabajo de la onda que alimenta el transformador.

Principios Básicos: ¿Cómo se Regula el Voltaje en una fuente conmutada a groso modo?

Bien hemos visto un esquema real anteriormente, ahora revisemos algunos conceptos esenciales. Las fuentes de alimentación conmutadas, como los cargadores de móviles, controlan su voltaje de salida mediante un optoacoplador y un diodo Zener.

El circuito de regulación inicia con un voltaje bajo, por ejemplo, 1V, y aumenta progresivamente hasta que el optoacoplador y el diodo Zener entran en acción. Por ejemplo, si utilizamos un diodo Zener de 4.7V y el optoacoplador requiere 1V, el sistema se estabiliza cuando el voltaje supera los 5.7V. En este punto, el transistor del circuito de control recibe una señal que detiene el incremento de voltaje.

Modificando el Voltaje de Salida Para cambiar el voltaje de salida, reemplazaremos el diodo Zener por otro con un valor diferente. Sigamos estos pasos:

Confirmamos el voltaje de salida del cargador (aproximadamente 5V, en nuestro caso, 5.4V).
Sustituimos el diodo Zener original por uno de 10V.
Verificamos el nuevo voltaje de salida, que ahora será de aproximadamente 11V, debido a la interacción con el optoacoplador.

Implementando un Voltaje Ajustable Si queremos un voltaje variable, utilizaremos un TL431, un diodo Zener programable de tres terminales (referencia, ánodo y cátodo):

Conectamos el cátodo del TL431 al cátodo del diodo Zener original.
Su ánodo se conecta al ánodo del diodo original.
El pin de referencia se enlaza con el terminal central de un potenciómetro o trimmer.

Antes de soldar, ajustamos el potenciómetro a la mitad de su valor total para mayor seguridad. Por ejemplo, si es de 5 kΩ, lo fijamos en 2.5 kΩ. Luego, instalamos el TL431 y verificamos las conexiones.

Resultados y Consideraciones Finales Al probar nuestro circuito, observamos que podemos variar el voltaje entre diferentes valores según nuestras necesidades, por ejemplo:

4.3V
9V
12V

Es fundamental asegurarnos de no exceder la capacidad de los componentes, especialmente la de la tensión máxima del condensador de salida (en este caso, 16V).

Con este método, podemos readaptar casi cualquier cargador para diferentes proyectos electrónicos de manera segura y eficiente de modo que reusemos estos que de otra manera tal vez estaban olvidado en el fondo de un cajón.