PWM (II)

Acababa el artículo anterior exponiendo las dificultades que presenta el regulador de System Jörger y preguntándome si no habrá una solución que solvente esos problemas. Tengo que decir antes de nada que estos problemas aparecen cuando se pretende utilizarlo para situaciones para las que no está diseñado, es decir para grandes maquetas en las que hay más de un circuito, para manejar varias locomotoras a la vez, etc. Como elemento para manejar una pequeña maqueta con una circulación sencilla, el regulador de Jöerger es ideal.

Pero yo me pregunté: ¿no se podría hacer un regulador con mando por PWM, pero sin pretender hacer los automatismos para arranque suave, que cuando se utilizan en más de un circuito resultan perjudiciales, y dotarle de más potencia, de modo que pueda mover cómodamente dos o tres locomotoras?  Y puestos a pensar, me di cuenta de que tenía todos los mimbres, puesto que en el circuito COLA1 tenía el diseño de un generador de pulsos de ancho variable, y en el diseño del Etapa de Potencia, tenía el diseño de una salida con una potencia más que suficiente. Así que como sólo faltaba hacer el cesto, me puse a ello, aprovechando que estaba liado con la realización de circuitos para el manejo de servos.

El diseño electrónico se ha materializado en este circuito:

Es un circuito muy sencillo, derivado del utilizado en COLA1, pero con una diferencia fundamental, ya que el pequeño transistor MPSA13, ha sido sustituído por el TIP110, montado además con un disipador. Esto hace que la corriente de salida pueda alcanzar tranquilamente los 2 Amperios. Naturalmente le he puesto una protección contra sobrecargas que en teoría corta a 1,85 Amperios.

Me plantee también la forma de alimentar este circuito. Podía haber pensado en una fuente de alimentación completa que se conectase a la red, pero he preferido seguir la tendencia actual de utilizar un "adaptador de red" que se conecta en un enchufe, y proporciona ya una corriente de tensión reducida y rectificada. En la tienda de electrónica me vendieron el adaptador que vemos en la imagen capaz de dar 2 Amperios a 12 Voltios.

¿Doce voltios? Si, en efecto parece excesivo toda vez que los trenes de Z no deberían pasar de 9 Voltios. El motivo de esto, es que no me fío de la calidad del adaptador de red, y he preferido complementar el circuito con un filtro y un estabilizador de tensión. El circuito de estabilización es el que vemos a continuación:

Aunque en esta fotografía no se ve, porque está situado debajo del disipador, el corazón de este circuito es un estabilizador L78S09 que también resiste 2 amperios Así que este circuito proporciona una corriente estabilizada de 9 Voltios con un limite de 2 Amperios. No lleva protección, porque el propio L78S09 incorpora sus propias protecciones contra sobrecarga y sobrecalentamiento.

En un principio hice un único circuito incluyendo el controlador y el estabilizador en una única placa, pero al probarlo me di cuenta que los disipadores que había usado resultaban pequeños y tanto el estabilizador como el regulador se calentaban en exceso. Tuve que buscar unos disipadores mucho más grandes, y me decidí entonces a hacer dos placas de circuito separadas. Una de las ventajas de hacer esto, es que puedo hacer por ejemplo un controlador dual con dos reguladores y un solo estabilizador. En teoría un estabilizador no puede alimentar dos reguladores ya que solo da 2 A que es el limite del estabilizador, pero ¿cuando iban a funcionar los dos reguladores a su máxima potencia simultáneamente?

Y podía decir que eso es todo, porque con esto ya funciona, pero he querido darme el capricho de hacer un montaje de aspecto profesional. No hay más que ver la fotografía de portada para darse cuenta de que efecto, he conseguido un acabado muy digno.

El montaje está hecho sobre una caja de la marca Retex, con forma de pupitre, cuerpo de plástico y tapa de aluminio. Sobre la tapa he pegado una lámina impresa con el ordenador y posteriormente barnizada, lo cual le da un aspecto muy profesional. La carátula es muy sencilla ya que contamos solamente con el mando del potenciómetro que regula la velocidad, un conmutador para el cambio de dirección, y dos pilotos para indicar el funcionamiento y la posible sobrecarga del circuito.

He bautizado este montaje como PWM09V lo cual no es muy original sabiendo que su misión es generar una corriente de tipo PWM con  9 Voltios de tensión.

Y ya en plan "chulo" le he puesto como marca, el logotipo del programa ControlZ.

Un pequeño comentario: los controladores PWM no llegan nunca a cerrar completamente la corriente. Con el mando al mínimo aún llegan a la locomotora unos pulsos muy cortos, con los cuales no se mueve, pero que tienen dos efectos curiosos: Por un lado se puede oír un ligero zumbido en la locomotora que a mucha gente le parece peligroso. Por otro lado, si las luces de la locomotora son de leds, en función de como esté hecho el circuito de luces, puede ocurrir que estos pequeños picos de tensión sean suficientes para encender las luces. Así que llevando el mando a cero, la locomotora se queda ronroneando y con las luces encendidas. La solución a esto es poner un interruptor para cortar la corriente que llega a las vías. Los reguladores de Jöeger llevan el clásico interruptor asociado al mando de velocidad, de manera que llevando el mando al mínimo y haciendo el click al final de  movimiento la corriente se corta. Bueno es una solución, pero a mi no me gusta demasiado.

Lo que yo he hecho es utilizar un conmutador de tres posiciones para el cambio de marchas hacia delante y hacia atrás. Dejando el comutador en la posición central, cortamos la corriente. Por eso el mando está marcado con tres opciones "adelante" "paro" "atrás". Dejando el mando en esta posición central, la corriente está cortada. Pero lo curioso es que estando el regulador al mínimo, si movemos el conmutador a la posición "adelante" la locomotora no se moverá, pero se encienden las luces de marcha adelante. Por el contrario, si ponemos el pulsador en la posición de "atrás" se encienden las luces correspondientes a la marcha atrás. Todo esto naturalmente suponiendo que la locomotora cuente con luces de leds. Asi que de una forma muy simple se simula el efecto que todo el mundo asocia al mando digital: La locomotora es capaz de permanecer parada con las luces encendidas y cambiar el sentido de las luces según si va a moverse en uno u otro sentido, antes de empezar a moverse.

Por la parte trasera, la caja lleva la conexión para el adaptador de red, un interruptor general, para encender y apagar el equipo y las conexiones para conectar a la vía. Inspirado en los reguladores de Märklin que llevan unas pinzas para conectar los cables, he utilizado aquí algo muy parecido, Se trata de un conector del tipo utilizado para conectar altavoces en muchos aparatos, ya que también son unas pinzas que atrapan directamente el cable pelado.

En definitiva, que ha quedado muy bonito y muy profesional, pero claro la pregunta del millón es: ¿Y funciona?

¡Naturalmente! ¿Alguien lo había dudado? (aparte de mi naturalmente).  Bueno el caso es que funciona perfectamente, tal como puede verse en el siguiente vídeo, en el que hago hincapié en las dos características más sobresalientes: La capacidad de controlar las locomotoras a velocidades muy lentas, y la posibilidad de manejar varias locomotoras de forma simultánea.




Yo creo que este regulador es una alternativa muy buena a las otras soluciones existentes para controlar nuestros trenes de escala Z, asi que como es habitual, próximamente se encontrará en la página de descargas de este blog, todo lo necesario para construir de forma artesanal uno de estos reguladores.

Y a todo esto, nos faltaba hablar de los problemas que surgen cuando alimentamos circuitos de vía contiguos, con reguladores de tipo PWM. Como el tema requiere algunas explicaciones un poco largas, lo dejaremos para un próximo capítulo.