VoltGuard: Solución hardware de código abierto para proteger baterías de vehículos

El funcionamiento ininterrumpido de las cámaras de salpicadero, incluso cuando el vehículo está estacionado, puede ser útil para registrar incidentes. Sin embargo, mantenerlas activas con el encendido apagado conlleva el riesgo de agotar la batería de 12 V del coche. Los kits de cableado comercial están diseñados para evitar esto, desconectando automáticamente la alimentación cuando el voltaje de la batería desciende a un nivel crítico. No obstante, estas protecciones no siempre funcionan como se anuncian.

Dieter Santy descubrió esta problemática tras adquirir una cámara de salpicadero Vantrue y su kit de cableado. Las pruebas en un banco de energía revelaron que el circuito de protección no se activaba, permitiendo que la cámara siguiera consumiendo energía incluso con voltajes inseguros para la batería. En respuesta a esta deficiencia, Santy desarrolló VoltGuard, una placa de alimentación de código abierto para cámaras de salpicadero que incorpora un corte de baja tensión configurable, circuitería de protección de grado automotriz y detección de encendido, según informa Hackster.io.

VoltGuard se compone de cinco bloques de circuito funcionales destinados a regular la energía y proteger la batería del vehículo. En su núcleo, un convertidor buck automotriz Infineon TLE8366EV50 reduce la alimentación nominal de 12 V del vehículo a los 5 V requeridos por la cámara. La protección adicional contra fallos eléctricos y conexiones de polaridad inversa se logra mediante un fusible rearmable, diodos de supresión de tensión transitoria y un MOSFET de canal P.

El componente central de la protección es un detector de voltaje Texas Instruments TPS3700. Este chip monitoriza la batería a través de un divisor resistivo y desconecta la cámara de salpicadero cuando el voltaje cae por debajo de un umbral preestablecido. Para esta implementación específica, Santy seleccionó un voltaje de corte de 12.2 V, calculado con resistencias de 294 kΩ y 10 kΩ. Cuando el voltaje de la batería desciende por debajo de este umbral, el chip detector altera el estado de la puerta del MOSFET, cortando la alimentación a la circuitería posterior.

Un optoacoplador supervisa la línea de accesorios conmutada por el encendido del vehículo, permitiendo que VoltGuard mantenga la cámara alimentada mientras el vehículo está en marcha. El circuito también genera una señal de estado de accesorio separada para que la cámara pueda distinguir entre las condiciones de conducción y estacionamiento.

La PCB personalizada de VoltGuard fue diseñada en KiCad y ensamblada a mano. El proceso de desarrollo implicó una significativa fase de resolución de problemas, incluyendo la corrección de una huella de componente incorrectamente mapeada, resistencias intercambiadas, un diodo de protección mal especificado y un puente de soldadura casi imperceptible. Tras dos días de pruebas en banco y la corrección de estos errores, la placa operó según lo previsto. La electrónica completada se instaló en una carcasa diseñada en Fusion 360 e impresa en 3D con PETG, un material elegido por su resistencia al calor, dado que la circuitería de alimentación alcanzó aproximadamente 57 °C (135 °F) durante el funcionamiento, acercándose a la temperatura de transición vítrea del PLA.

Con VoltGuard instalado, la cámara de salpicadero funciona tanto en conducción como en estacionamiento, desconectándose automáticamente cuando el voltaje de la batería desciende en exceso. Los archivos completos del proyecto KiCad, la lista de materiales y los archivos de la carcasa imprimible en 3D están disponibles bajo la licencia de hardware abierto CERN-OHL-P para su modificación y desarrollo futuro.