La batería no alimenta nada directamente. Entre la celda y los componentes hay una cadena de conversión y protección que decide si tu deck funciona con fiabilidad o se apaga a media tarea y te fríe la Pi cuando conectas la batería al revés. Esa cadena es el árbol de alimentación. En este artículo lo diseñas entero y lo materializas en una placa de distribución sobre perfboard.

De la batería a los componentes

Partimos de una batería 2S LiPo: dos celdas en serie. Cargada al máximo da 8,4 V, su tensión nominal es 7,4 V y cuando se acerca al vaciado baja hacia los 6 V. Ningún componente del deck quiere ese voltaje ni esa variación, así que necesitas convertirlo.

Dos tensiones de salida cubren todo el deck:

• 5 V para la Raspberry Pi 5.
• 3,3 V para la radio LoRa (Heltec V3) y los buses I2C (trackball, sensores).

Buck y boost: la conversión

Para bajar de 7,4 V a 5 V usas un convertidor reductor (buck), el mismo tipo de DC-DC que en el módulo 7 alimentaba la Pi: toma una tensión mayor y la baja con buena eficiencia, mucho mejor que un regulador lineal, que disiparía la diferencia en calor.

El matiz importante es que la batería 2S baja de tensión según se descarga. Mientras esté por encima de 5 V, un buck basta. Si quieres exprimir la batería hasta el final, cuando cae por debajo de 5 V necesitarías un convertidor elevador (boost) o, mejor, un módulo buck-boost que entrega 5 V estables tanto si la entrada está por encima como por debajo. Para un deck que apaga antes de descargar del todo (lo recomendable con LiPo), un buck de calidad suele bastar.

La corriente manda en la elección. La Raspberry Pi 5 oficialmente pide 5 V a 5 A (25 W) para tener todos los puertos a plena potencia, y bajo carga puede consumir hasta unos 12 W. Tu convertidor de 5 V debe poder entregar esa corriente con margen, o la Pi detectará bajo voltaje y limitará los puertos USB.

Las protecciones

Convertir no basta: hay que proteger. Tres protecciones son imprescindibles.

Fusible rearmable (polyfuse / PPTC)

Un PPTC (Polymeric Positive Temperature Coefficient, también llamado polyfuse o fusible rearmable) es un fusible que se “abre” cuando pasa demasiada corriente y se rearma solo al enfriarse. El nombre describe su física: es un polímero cuya resistencia se dispara con la temperatura, así que al calentarse por la sobrecorriente corta el paso, y al enfriarse vuelve a conducir. A diferencia de un fusible de hilo, no hay que cambiarlo. Lo colocas a la entrada, justo después de la batería, dimensionado un poco por encima del consumo máximo esperado. Si algo provoca un cortocircuito, el polyfuse corta antes de que se queme un cable o la batería entregue una corriente peligrosa.

Protección de polaridad inversa

El error más fácil y más caro: conectar la batería al revés. Para evitar que eso destruya la electrónica tienes dos opciones:

• Diodo Schottky en serie: el diodo de barrera metal-semiconductor del módulo 3, que conmuta rápido y cae menos que uno común. Simple y barato. Si la polaridad es correcta, conduce; si está invertida, bloquea. Su pega es la caída de tensión (la tensión que el propio componente consume al conducir, perdida como calor), de unos 0,3 V, que restas del margen de batería.
• P-MOSFET como diodo ideal: un transistor MOSFET de canal P (el conmutador de estado sólido del módulo 3, aquí gobernado para que conduzca solo con la polaridad correcta). Es un poco más complejo, pero su caída es del orden de 0,1 V, mucho menor. Para un sistema a batería donde cada décima de voltio cuenta, el P-MOSFET es la opción preferida.

Plano de masa único

El grounding mal hecho es la causa de fallos fantasma: ruido, lecturas erráticas, resets. La regla de oro es un único plano de masa y evitar bucles. Todas las masas (Pi, radio, convertidores, batería) deben volver a un mismo punto, en estrella, sin que la corriente de retorno de un componente atraviese el camino de otro. En perfboard esto se traduce en llevar todas las masas a un raíl común y no encadenarlas en serie de forma caprichosa.

El árbol completo

  2S LiPo (8,4 V .. 6 V)
        |
   [PPTC polyfuse]          <- corte por sobrecorriente
        |
   [P-MOSFET inverso]       <- protección de polaridad
        |
        +--> [Buck 5 V] ----> Raspberry Pi 5  (5 V, hasta ~5 A)
        |
        +--> [Buck 3,3 V] --> Heltec V3 / I2C  (3,3 V)
        |
   [Masa común en estrella] <- una sola referencia de GND

Fíjate en el orden: primero el fusible, luego la protección de polaridad, y después se reparte hacia los convertidores. Las protecciones van antes de la conversión para que cubran todo lo que viene detrás.

Práctica: placa de distribución en perfboard

Vas a construir esto físicamente. El objetivo: una placa que tome la 2S LiPo y entregue 5 V y 3,3 V estables y protegidos.

1. Planifica la perfboard. Dibuja la disposición antes de soldar: entrada de batería en un borde, salidas en otro, raíl de masa común recorriendo la placa.
2. Entrada y protecciones. Solda el conector de batería, el polyfuse en serie con el positivo y el P-MOSFET de protección inversa.
3. Convertidores. Monta los módulos buck (5 V y 3,3 V). Antes de conectar nada aguas abajo, ajusta su salida con un multímetro girando el potenciómetro hasta tener exactamente 5,0 V y 3,3 V.
4. Masa en estrella. Lleva todas las masas a un punto común. No encadenes.
5. Verifica en vacío. Conecta la batería y mide las salidas sin carga. Comprueba que son estables.
6. Prueba la polaridad inversa. Con un consumo de prueba (una resistencia o un LED con resistencia, nunca la Pi), conecta la batería al revés y confirma que no llega tensión a la salida. Es la prueba que te salva la Raspberry Pi.
7. Carga progresiva. Conecta los componentes reales uno a uno, verificando que las tensiones se mantienen bajo carga.

Lo que no debes saltarte

La tentación de alimentar la Pi directamente desde un buck barato sin protecciones es grande, y funciona… hasta que un día conectas la batería al revés o un cable pelado hace cortocircuito. El polyfuse y la protección de polaridad cuestan poco y valen el precio de toda la electrónica que protegen. Diseña el árbol completo desde el principio: es mucho más fácil hacerlo bien en perfboard que rescatar una Pi quemada.