Circuito para mantener un powerbank encendido (powerbank always ON circuit) cuando lo usamos para alimentar otro circuito, aunque el consumo de corriente de este sea bajo

  Hola a tod@s. Muchas veces cuando conectamos otro aparato/circuito a un powerbank para alimentarlo puede pasar que llegado un momento, unos segundos, se apague el powerbank y nuestro aparato/circuito se también apague, y nos fastidie su utilización. Cada powerbank suele tener un BMS (Battery Management System) que monitorea, entre otras cosas, la corriente que proporciona el powerbank por su conector USB. Si esta es muy baja corta el suministro de corriente y por lo tanto todo lo que esté conectado al USB se apaga. Este valor umbral mínimo de corriente depende del BMS. Valores que observé fueron de unos 40 a 70 mA en mis powerbanks, pero pueden ser otros.

  Si tenemos un circuito conectado que nos interesa, en un momento dado, ponerlo a funcionar a muy bajo consumo (pocos mA o incluso μA) y de este modo ahorrar en batería, pero que siga alimentado por el powerbank y que este no se apague tendremos que conectarle un circuito intermedio que "engañe" al BMS diciéndole que seguimos vivos consumiendo lo suficiente. Un posible circuito sería el siguiente (haz clic en la imagen para verla más grande):

 

   Y visto desde cerca:

 

  Se basa en la idea de crear unos pulsos de corriente periódicos, que se repiten cada ciertos segundos. Este circuito se colocaría en paralelo al circuito a alimentar. De este modo, tenemos una entrada conectada al powerbank (conector USB macho y su cable) y una salida (conector/es USB hembra) conectada al circuito externo a alimentar, por ejemplo una placa de un arduino, un ESP32, como en mi caso, etc.

  Lo interesante de este circuito es que es sencillo de construir, ya que usamos componentes muy comunes, algunos incluso reciclados que se pueden conseguir fácilmente. Todo montado sobre una placa de prototipos perforada de doble cara. Los componentes están por arriba y, las soldaduras y uniones por abajo.  El esquemático del circuito sería el siguiente (haz clic en la imagen para verla más grande):

 

 

Y su correspondencia con la foto anterior:

   

Los pulsos de corriente periódicos se consiguen disparando la base de un transistor bipolar PNP con un timer 555 configurado en modo astable, así podemos controlar la periodicidad de los pulsos y la anchura de los mismos a través de R1 y R2 (ajustables), que son trimpots/potenciómetros. Con el transistor PNP, conmutando entre saturación y corte, invertimos la polaridad de los pulsos (configuración emisor común), haciendo que estén activos un corto periodo de tiempo (ciclo de trabajo bajo) y ajustando la amplitud de esos pulsos (pico de corriente) por medio de R4, que limita la corriente máxima y R5 (ajustable) que es otro trimpot/potenciómetro. Tenemos también un LED, que se puede desactivar con el jumper (J1), para ver la evolución de los pulsos, destellando cada vez que se produce uno. De este modo podemos tener una idea visual de los pulsos, su periodicidad y comprobar que el circuito está funcionando correctamente.

   El circuito lo podemos desactivar moviendo el interruptor/conmutador (SW1) sin tener que desactivar el circuito del powerbank, la alimentación (+5V) seguiría pasando desde el conector USB de entrada (INPUT POWER PORT), que estará conectado al powerbank, hasta el conector USB de salida (OUTPUT POWER PORT), pero sin que funcionen los pulsos de corriente ya que le cortamos la alimentación al circuito generador de los mismos.

   Se debe probar nuestro circuito, el que se conecta al USB de salida del Powerbank always ON circuit, conectado para comprobar que nuestro powerbank permanece encendido durante un largo periodo de tiempo. Es recomendable mirar si aguanta encendido hasta gastar la batería del powerbank (que se apague porque está descargado) y de este modo corroborar, que nuestros ajustes (R1, R2 y R5) estén bien, el LED mantendrá la pulsación durante todo este tiempo. Si se apagara antes de consumirse la batería, deberemos cambiar los ajustes, variando los valores de R1, R2 o R5: darle más amplitud a los pulsos, menor periodo o, mayor anchura hasta que consigamos hacer que funcione todo el tiempo que queramos tener encendido el circuito conectado al USB de salida. Ojo, que a veces, cuando estamos probando el powerbank con todo conectado se puede apagar no a los pocos minutos, ni a las pocas hora, sino al día siguiente, por ejemplo, pero no por acabarse la batería. Entonces tenemos que volver a ajustar R1, R2 y R5, siempre haciendo que consuma un poco más de corriente media, hasta encontrarle el punto justo para que no se apague anticipadamente. Esto es prueba y error, y por supuesto, depende de cada powerbank y de las condiciones de la prueba. Tened en cuenta que los componentes utilizados no son ideales: tienen tolerancias, y pueden variar sus condiciones de trabajo con la temperatura, el powerbank puede variar sus voltaje de salida, no ser siempre 5 V, etc. 

   Aquí podéis ver el circuito funcionando en el momento de dar un pulso de corriente (LED rojo encendido):

 

   Conectando un tester/medidor USB, como el FNIRSI FNB48, podemos medir la corriente que consume el circuito conjunto a la entrada del powerbank y su voltaje. Una foto del montaje y una ampliación del "oscilograma" de tensión-corriente que da el tester/medidor USB:

 

 

   Así lo que vemos son dos gráficas temporales que evolucionan con el tiempo: la de color amarillo, que es la de voltaje, con su escala entre 5 y 5.10 V, y la de corriente, de color azul, con escala desde 0 A hasta 0.10 A (100 mA). La base de tiempos, cada división horizontal, es de 0.5 s (500 ms). Viendo el oscilograma, dada la configuración que le tenía puesta en el momento de la prueba del circuito, podemos sacar estos datos:

• Amplitud de los pulsos: unos 95-96 mA.
• Periodo de los pulsos: sobre unos 5.5 s.
• Anchura de los pulsos: sobre unos 400-500 ms.

   Si quieres obtener de forma teórica y como orientación los datos del periodo y anchura del pulso puedes usar las fórmulas típicas que puedes encontrar en los libros de texto de electrónica o en el datasheet de tu IC 555 para la configuración astable, teniendo en cuenta que la señal se invierte (la salida del IC 555 a nivel alto es baja en el colector del transistor y viceversa) o mirando alguna web que te lo calcule automáticamente poniendo los valores de los componentes teniendo en cuenta lo que acabo de comentar. Por ejemplo: 555 Timer Calculator de Digi-Key.

   Otra manera de obtener los datos del pulso para unos valores fijos de valores de R1, R2 y R5  es hacer una simulación del circuito, con un software especializado, sin contar con la carga que se conecta al USB de salida. Aquí os muestro la simulación que he realizado con Micro-Cap 12:

  

   En donde, en la gráfica de arriba se puede observar los voltajes a la salida del IC 555 (v(OUT), en azul) y en el colector del transistor bipolar (VC(Q1), en rojo) y en la gráfica de abajo, los valores de la corriente en el colector del transistor bipolar (-IC(Q1), en azul) y la corriente que tiene que proporcionar el powerbank (-I(V1), en verde), en donde se ven claramente los pulsos de corriente.

   Espero que os sea de gran utilidad este circuito y, escribidme cómo os ha ido en su construcción.

   Un saludo.

   RENUNCIA DE RESPONSABILIDAD: Este circuito está pensado para experimentar. Siempre manteniendo las debidas precauciones y bajo la supervisión de un adulto o especialista. No me hago responsable de las consecuencias de su uso inapropiado.