Fase 2: Fundamentos de Hardware y Electrónica

📖 Teoría a Estudiar

El Empaquetado TO-252 (DPAK) y el Cobre Térmico

El TO-252 es un empaquetado de Montaje Superficial (SMD) diseñado específicamente para componentes de potencia (MOSFETs y Reguladores de Voltaje). A diferencia de los chips normales que tienen patas delgadas de plástico, el TO-252 tiene una "Aleta" metálica gigante (Tab) en su parte trasera.

La Placa PCB como Disipador (Copper Pour)

En KiCad, cuando asignas la huella Package_TO_SOT_SMD:TO-252-2, verás que el Pad número 2 es descomunal. La regla de diseño industrial dicta que debes conectar este Pad a un enorme polígono de cobre (Copper Pour) en tu placa. El calor del silicio viaja a través de la aleta metálica directamente hacia el cobre del PCB, usando a la tarjeta entera como un radiador que disipa el calor hacia el aire ambiental.

Vías Térmicas (Thermal Vias)

Una sola capa de cobre arriba (Top Layer) a veces no es suficiente para enfriar el LDO o el MOSFET. En KiCad, el arquitecto de hardware dibuja otro polígono de cobre gigante en la capa inferior (Bottom Layer) y conecta ambos planos haciendo decenas de perforaciones diminutas llamadas Vías Térmicas. El cobre de las paredes de esos agujeros transfiere el calor a la parte trasera de la tarjeta, multiplicando por dos la capacidad de enfriamiento de la máquina.

⚙️ Ejercicios Prácticos

Ejercicio 1: El silicio tiene límites. Si dejas la máquina despachadora a pleno sol en verano (50°C ambiental) y el LDO en su TO-252 intenta disipar 2 Watts extra, su temperatura interna puede llegar a 150°C. Entrará en "Thermal Shutdown" (Apagado Térmico) cortando los 3.3V abruptamente. Programa una rutina en tu firmware para leer el sensor de temperatura interno del silicio del propio STM32 para lanzar una advertencia térmica antes de que el regulador principal colapse por calor.

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// --- 1. CONSTANTES TÉRMICAS BARE-METAL (STM32) ---
// El STM32 tiene un termómetro interno conectado a un canal secreto del ADC
#define CANAL_ADC_TEMP_INTERNA 16 

// Límites comerciales e industriales
#define TEMP_CRITICA_SILICIO_C 85 
#define TEMP_COLAPSO_LDO_C    120

extern uint32_t leer_adc_hardware(uint8_t canal);
extern void ejecutar_paro_emergencia_fsm(void);
extern void lcd_imprimir(const char* msg);


// --- 2. DECODIFICADOR DE TERMÓMETRO INTERNO ---
// Basado en el Datasheet del STM32 (Punto Fijo O(1))
int32_t calcular_temp_nucleo_stm32(uint32_t adc_raw) {
    
    // Voltaje leído en milivoltios (V_SENSE)
    uint32_t vsense_mv = (adc_raw * 3300) / 4095;
    
    // Fórmula del fabricante STM32:
    // Temperatura = ((V_SENSE - V25) / Avg_Slope) + 25
    // V25 típico es 760 mV. Avg_Slope típico es 2.5 mV/°C.
    // En punto fijo (multiplicando pendiente por 10 para evitar floats):
    
    int32_t diferencia_mv = (int32_t)vsense_mv - 760;
    int32_t temp_c = ((diferencia_mv * 10) / 25) + 25;
    
    return temp_c;
}


// --- 3. GESTOR DE ESTRÉS TÉRMICO (Súper Bucle) ---
int main(void) {
    
    // (Arranque de hardware y POST)
    
    while(1) {
        
        // El calor se transfiere por el cobre. Si el LDO TO-252 está hirviendo 
        // a 120°C a solo 3 centímetros del STM32, el calor viajará por las pistas 
        // y el núcleo del STM32 se empezará a calentar peligrosamente.
        
        uint32_t adc_nucleo = leer_adc_hardware(CANAL_ADC_TEMP_INTERNA);
        int32_t temp_nucleo_c = calcular_temp_nucleo_stm32(adc_nucleo);
        
        if (temp_nucleo_c >= TEMP_CRITICA_SILICIO_C) {
            
            // ¡ALERTA TERMODINÁMICA!
            // La tarjeta entera está sufriendo un sobrecalentamiento masivo 
            // (Ya sea por el sol, o porque el LDO / MOSFET están disipando mucho calor).
            // Si seguimos operando, el LDO entrará en "Thermal Shutdown" apagando la MCU
            // y dejando las válvulas en un estado desconocido.
            
            // 1. Apagamos la carga fuerte (Bomba y válvulas)
            ejecutar_paro_emergencia_fsm();
            
            // 2. Al apagar los MOSFETs, la disipación del TO-252 cae a casi 0 Watts.
            // La placa empezará a enfriarse sola.
            
            lcd_imprimir("ERR: OVERHEAT PCB");
            
            // Bucle seguro de enfriamiento
            while(temp_nucleo_c > 60) {
                adc_nucleo = leer_adc_hardware(CANAL_ADC_TEMP_INTERNA);
                temp_nucleo_c = calcular_temp_nucleo_stm32(adc_nucleo);
                // watchdog_refrescar();
            }
        }
    }
    
    return 0;
}
        

📝 Resumen del Día

• El empaquetado TO-252 (DPAK) es el estándar industrial SMD para disipar potencias de hasta 2 o 3 Watts sin necesidad de disipadores de aluminio externos.
• En KiCad, el Pin 2 (Tab/Aleta) es gigante y debe conectarse obligatoriamente a un "Polígono de Cobre" masivo (Copper Pour) para funcionar como radiador térmico.
• Las Vías Térmicas (Thermal Vias) son perforaciones cobreadas que se colocan justo debajo de la aleta para transferir el calor hacia la otra cara de la tarjeta.
• El firmware de grado comercial utiliza el sensor de temperatura interno del silicio para monitorear indirectamente el calentamiento térmico de la placa y ejecutar rutinas de Safe-Shutdown antes del colapso físico.