Power Budget
Caso máximo del sistema de 12 V
- Cuatro actuadores: 4 × 1 A = 4.0 A a 12 V.
- ESP32-WROOM-32E con transmisión Wi-Fi: reserva de 500 mA pico a 3.3 V.
- LEDs y circuitos auxiliares existentes: reserva conservadora de 150 mA a 3.3 V.
- Cuatro entradas protegidas: la electrónica local consume prácticamente cero desde 3.3 V en reposo. Con las cuatro entradas a 12 V, los clamps pueden inyectar hasta ≈1.22 mA al rail de 3.3 V.
- Presupuesto actualizado del rail lógico principal: ≈652 mA pico a 3.3 V; se conserva el criterio de diseño de 0.8 A mínimo.
Suponiendo 85–90 % de eficiencia combinada para generar la lógica desde 12 V, la carga lógica reflejada a la entrada continúa alrededor de 0.20–0.22 A. Con margen para pérdidas, transitorios y tolerancias se mantiene 4.25 A pico estimado y una fuente externa de 12 V / 5 A mínimo.
Dominio USB separado
El CP2102N se alimenta exclusivamente desde USB_VBUS_PROTECTED, después de F2; no existe unión entre VBUS USB y los rails +5V/+3V3 principales. El consumo normal del puente se presupuesta en 20 mA desde USB (incluye margen sobre tráfico continuo y pull-up USB), con corriente de suspensión muy inferior. F2 es un PTC de 500 mA hold, sobrado para el puente y desacoplos, pero no habilita alimentar cargas de 12 V desde USB.
Se añadieron resistencias serie de 1 kΩ en TXD/RXD para limitar corriente de inyección si solo uno de los dominios está energizado. Todos los dominios comparten GND.
Entradas 5–12 V
Cada canal usa 22 kΩ en serie, 47 kΩ a GND, capacitor de 1 nF y clamp Schottky a GND/+3V3.
- A 5 V, el nodo lógico calculado sin conducción significativa del clamp es 3.406 V, reconocido como alto por el ESP32.
- A 12 V, suponiendo clamp a 3.6 V, la corriente por 22 kΩ es 381.8 µA, la corriente por 47 kΩ es 76.6 µA y la corriente de clamp es ≈305 µA por canal.
- Disipación máxima calculada del resistor de 22 kΩ: ≈3.21 mW por canal, muy por debajo de la capacidad de 0603.
Criterios de dimensionamiento
- Conector de entrada, protección de polaridad y cobre principal: ≥5 A continuos.
- Protección de sobrecorriente principal: alrededor de 5 A nominales, coordinada con la fuente y el cableado.
- Cada canal de actuador: ≥1 A continuo y margen para corriente de arranque desconocida.
- Rail de lógica principal: ≥0.8 A pico recomendado.
- USB VBUS: separado de los rails principales; solo CP2102N y protección USB.
Verificación de partes instaladas
- J1 Phoenix 1729128: adecuado para la entrada de 5 A.
- J2 Würth 691137710006: adecuado para el +12 V común y cada salida de 1 A.
- Q1 BUK6Y10-30PX: pérdida aproximada 0.25 W a 5 A y 25 °C.
- Q2–Q5 AO3400A: accionamiento válido desde 3.3 V; pérdida resistiva aproximada 48 mW por canal a 1 A antes de derating térmico.
- U1 LMR50410Y5F: rail fijo de 5 V/1 A.
- U2 AP63203: rail fijo de 3.3 V/2 A, suficiente para el pico lógico actualizado.
- F1 2920L500/24SL: 5 A hold a 20 °C, con derating térmico significativo.
- F2 1206L050/15YR: 500 mA hold para el dominio USB, muy por encima del consumo esperado del CP2102N.
Riesgos pendientes
La corriente nominal de 1 A de los actuadores no define corriente de arranque ni energía inductiva. Antes de producción deben verificarse esos datos para confirmar MOSFET, diodo flyback, TVS, fusible y cobre.
Las entradas externas deben compartir GND con la tarjeta. Si una entrada permanece energizada mientras el rail principal de 3.3 V está apagado, el clamp limita la corriente a cientos de microamperios por canal, pero puede producir una alimentación parcial débil del rail; evitar esa condición prolongada en la instalación final.