lunes, 9 de enero de 2012

Electrónica de diseño


Aunque ya he comentado varias veces que mi afición no es la electrónica, últimamente me he dedicado un poco a este tema, aunque desde luego orientado a los trenes, y más concretamente a los controles de tracción por corriente pulsada. En un artículo reciente, mostré un controlador (PWM09V) diseñado y construido por mi, del cual quedé muy contento.

Pero me quedaba el gusanillo de que se podría construir un controlador doble utilizando dos de las placas controladoras y una única fuente de alimentación, y montarlo todo en una caja. Como en mi último artículo hablaba de que quizá me meta en un camino, en cuanto al desarrollo de mi maqueta, en el cual voy a necesitar varios controles PWM, quise lanzarme a construir una unidad doble, y de paso probar una serie de perfeccionamientos que se me han ocurrido a la vista de los resultados del primer diseño.

 Asi que he construido el equipo que vemos en la foto de cabecera, al que he denominado PWM09VD, o sea, lo mismo que el anterior pero añadiendo una "D" con el sentido de "Dual"

Los perfeccionamientos que quería introducir, además de hacerla doble, son estos:

  • Permitir un ajuste de la tensión de pico de la salida. El anterior tenía una tensión de pico fija a 9V (de ahí el nombre) pero en esta se permite un ligero ajuste, más o menos entre 8 y 10,5 V

  • Incluir un amperímetro para medir la intensidad de corriente que estamos haciendo llegar a las vías.

El primer cambio permite dejar ajustada una tensión de pico que determina la velocidad máxima de las locomotoras. He visto que los 9 V fijos del primer diseño son un poco cortos, y en todo caso al permitir ajustarlo se podría tener una velocidad máxima distinta, por ejemplo en una maqueta con locomotoras de vapor y en otra con trenes de alta velocidad.

El tema del amperímetro es un poco capricho, pero me parece interesante que podamos ver continuamente cuál es el gasto de corriente de la maqueta, sobre todo porque si sube en algún momento, indicará que algo está funcionando mal. Sobre todo, con una única locomotora en marcha, podremos ver cuál es su consumo, lo cual nos puede indicar si necesita una sesión de mantenimiento.

El primer tema lo resolví fácilmente utilizando un estabilizador de tensión ajustable, tipo LM350. El montaje es un poco más complejo que el de un estabilizador fijo, pero merece la pena.

Respecto del amperímetro, quería un amperímetro digital, así que busqué algo que me pudiera servir. Encontré uno de Welleman que me pareció adecuado (PMLED) , y lo pedí. Como saben mis lectores, he tenido muy buenas experiencias con la marca Welleman así que me pareció una buena compra.

Al final el famoso amperímetro me ha dado bastante guerra, pero he conseguido hacerlo funcionar. Mi principal queja, respecto de este elemento no es exactamente respecto al aparato en si, sino a su documentación, escasa y confusa. (la documentación a la que me refiero se puede bajar pinchando en el logo de PDF que aparece en el enlace que he puesto).

Por ejemplo, en un párrafo dice: "Aplicaciones: Voltímetro, termómetro, Phmetro, dBmetro, Vatímetro, capacímetro, luxómetro, LCRmetro, otras aplicaciones industriales y domésticas" Vale. Maravilloso. Pero ni una palabra de como se consigue hacerlo funcionar en ninguna de esas formas.

Se supone que es un aparato para gente que ya lo sabe usar, pero bueno, no estaría de más que diesen algunas indicaciones.

En el apartado Funcionamiento se explaya con la frase siguiente:

Si fuera necesario, añada los potenciómetros (no incl.) y un puente para el punto decimal:

(RA y RB son resistencias con capa de metal 1/2 W 0.5%)

Ante esta frase el desconcierto es total: ¿ Que tengo que añadir unos potenciometros? ¿cuales? ¿cuantos? ¿donde? ¿para qué? ¿porqué no están incluidos?

Y ¿a que resistencias Ra y Rb se refiere?

Para terminar de aclararlo incluye este cuadro:


¿Cómo que desconecte el potenciómetro de RB? ¿no habíamos dicho que no está incluído? ¡Yo no veo ningún potenciómetro!
Como se puede comprobar ni una sola imagen para dar luz en todo este maremagnun.

¡De locos!

Afortunadamente se me ocurrió mirar la explicación en inglés, y..... ¡Se hizo la luz!

Como se puede ver, en la versión inglesa no existe nada parecido a potenciómetros! Donde en español dice "Desconecte el potenciómetro" en ingles dice "Disconnect wire jumper" o sea "desconecte el puente", etc.

Tampoco es que sea maravillosa la explicación, sigue faltando alguna figura, pero al menos se entiende.

En definitiva: bronca para los señores de Welleman. La traducción al español es no solo confusa sino contraproducente. Lo malo es que está escrita en correcto español, así que se la ha hecho un traductor competente, pero que no tenía ni idea de lo que estaba traduciendo.

Bueno, al final, y para ayudar a los que puedan encontrarse con este problema en el futuro, el asunto es que estos "instrumentos digitales de panel" no son más que un voltímetro digital con un rango de lectura de 0 a 200 mV. Así que cualquier cosa que queramos medir con ellos hay que convertirla a una tensión en ese rango.

Para mi caso, que lo que quería era un amperímetro, la forma de hacerlo está en todos los libros clásicos de electricidad: se trata de hacer un "shunt". Es decir hacer pasar la corriente que queremos medir a través de una resistencia, y medir la caída de tensión que se produce en la resistencia.

Pero claro, si hacemos circular toda la intensidad a medir por una resistencia, esto hará que la resistencia se caliente, que la tensión se reduzca por la caída de tensión en la resistencia, etc. La solución a esto es un resistencia de un valor muy bajo. Tan bajo como un ohmio. Como curiosidad, los anillos de color de una resistencia de un ohmio son marrón negro oro y oro. El tercer anillo de color oro significa un factor de 0,1, que aplicado al valor de los dos primeros uno y cero, da un total de 10 x 0,1 =1

Bueno, pues está claro que esa resistencia produce una caída de tensión de un voltio por cada amperio, de manera que poniéndola en la alimentación de mi circuito, si lo ajusto para que la tensión de salida sean 10 voltios, si circula un amperio habrá una caída de tensión de 1 voltio por lo que al generador de pulsos le llegan 9 Voltios. Como normalmente circulan 100 o 200 Miliamperios, la caída de tensión es de 100 o 200 miliamperios que es lo que lee el "Instrumento digital de panel"

Esto me plantea un problema, porque yo quiero que a fondo de escala mi amperímetro marque 2 amperios que correspondería a estar funcionando a tope, algo así como con ocho locomotoras. Pero si vemos el cuadro proporcionado por Welleman vemos que da la opción de 200 mV a fondo de escala y de ahí pasa a 20 V a fondo de escala. ¡Rayos! y la opción de 2 V a fondo de escala ¿no es posible? Naturalmente que si, pero me ha tocado calcularme yo los valores de las famosas resistencias Ra y Rb. Tal como era previsible los valores son Ra=9 MΩ y RB=1 MΩ. Pero ¿Porqué no incluyen esta opción en su cuadro?

Bueno, pues con todo eso, ya funciona más o menos bien, aunque hay que tener en cuenta que por encima de 500 mA la caída de tensión en el shunt se debe apreciar en forma de caída de velocidad de los trenes.

Pero no acaban ahí mis problemas. De acuerdo con el folleto, el medidor digital necesita una alimentación de 9 V que según dice por algún sitio debe ser independiente de la tensión a medir. Pensé que quería decir que las variaciones de la tensión a medir no debían influir en la alimentación, así que hice una sección de alimentación para el medidor con un segundo estabilizador esta vez fijo a 9 V. Pero no: completamente independiente quiere decir completamente independiente o sea que aunque se trata en realidad de dos fuentes independientes al tener ambas la alimentación externa en continua con el mismo adaptador de red, la masa resulta común.... y no vale!

Bueno, ya en plan chapuza decidí alimentarlo con una pila de 9 voltios, pero claro tenía que conseguir que se encendiera y se apagara al encender y apagar la fuente principal, así que.....¿dónde tenía yo un relé?.... ¡claro un relé monoestable!... Pues si, tenía unos pocos relés monoestables, pero ¡De cinco voltios! no de 9 que es lo que me daba fuente prevista para el instrumento. Ah, Pero lo que si tengo por ahí es un estabilizador de tensión de 5 voltios..... ¡Bueno; Funciona!

Es una pena toda esta chapuza para hacer funcionar el amperímetro, porque en realidad me había esmerado para hacer este controlador con un cuidado estético importante. Prácticamente electrónica de diseño, pero al final el resultado no corresponde a ese cuidado.

Lo que si me han quedado muy bien son las placas de circuito impreso serigrafiadas. Ya comenté el año pasado (Un error afortunado) como es posible crear una imagen transferible con la serígrafía de componentes utilizando el papel para calcomanías que se vende para modelismo.

La imagen siguiente muestra el buen aspecto de estas placas con su serigrafía realizada por este procedimiento.




Es un poco pesado, porque  este papel especial no absorbe la tinta de impresora, así que hay que esperar venticuatro horas hasta que la tinta se seque, pero si no hay prisa el resultado merece la pena. Una cosa curiosa es que la tinta azul se comporta muy bien, pero la tinta verde no, de manera que si hacemos el fondo verde, al final se obtiene una especie de color kaki. Así que he decidido "arduinizarme" y hacer mis placas con fondo azul. He comprobado que una vez todo terminado y perfectamente seco, la adherencia de la capa impresa a la placa es perfecta, de modo que no se levanta ni siquiera al apretar tuercas de radiadores o separadores contra ella.

Una vez colocados los componentes, las placas quedan con un aspecto profesional impresionante. En esta imagen vemos las dos placas generadoras de corriente pulsada que he utilizado en este controlador dual.




No es más que decoración, pero da una imagen muy profesional. Lo podemos comparar con la imagen del mismo circuito del controlador que hice inicialmente y que vemos a la izquierda.

Es el mismo circuito, pero la estética gana mucho.

Como ha quedado claro, este nuevo controlador, aunque funciona perfectamente no ha sido precisamente un éxito de diseño, así que no lo voy a poner en la página de descargas. Si alguien quiere hacerse un controlador dual, no tiene más que utilizar los circuitos realizados para el primer diseño, poniendo dos circuitos de generación de pulsos en lugar de uno. La fuente de alimentación vale perfectamente para un controlador dual.

Y antes de que alguien me lo pregunte, si, en este segundo controlador he puesto la rotulación en inglés. La razón es la falta de espacio, ya que al ser doble y llevar además el amperímetro, queda poco espacio para las rotulaciones, por lo que convenía que estas fuesen muy concisas.

Por ejemplo el conmutador del primer controlador llevaba las indicaciones "Adelante" "Paro" y "Atrás". Estas palabras son largas pero si las abreviamos quedan ilegibles. En cambio todo el mundo reconoce al menos la "R" como indicativo de marcha atrás (En las palancas de cambio de los coches una "R" indica la marcha atrás") También la "N" como inicial de neutro se emplea mucho para "punto muerto" o similar. Así que decidí que las iniciales F (forward) N(neutral) y R(reverse) son muy reconocibles en cualquier panel de mando. Lo mismo, la palabra "ON" es muy concisa para indicar que algo se ha puesto en marcha y hasta "OVLD" es una abreviatura conocida de Overload. También he suprimido, por falta de espacio el dial numerado de la primera versión, sustituyéndolo por los dibujos en forma de "ceja" que también se usan para indicar algo que aumenta o disminuye con el giro del mando. En definitiva, como decía antes, es una cuestión de diseño.

4 comentarios:

  1. nuevamente impresionante!!
    tengo una pregunta: Existe compatibilidad entre este controlador y el limpiavias gaugemaster?
    ZaludoZ
    Oscar

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  2. Hola Oscar

    Si, estos controladores PWM son perfectamente compatibles con el limpiavías de Gaugemaster. Yo los he usado mucho juntos y resulta una combinación perfecta para el control de las locomotoras.

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  3. Hola, enhorabuena por el blog, llevo unos días mirando lo que haces y me parece algo realmente asombroso. Puedes colgar, aunque sea en la sección de descargas algún esquema de este mando con estabilizador? una pregunta, si la tensión de entrada son 12v, ¿la tensión de pico de salida, son 12v también? no tengo mucha idea de electrónica y no se si me explico bien. La idea es hacer un mando similar para los trenes de mi suegro, son de escala N. He probado la tensión del mando fleisschman de salida y me da (con un tester) 15,5 voltios de máxima. Gracias y enhorabuena.

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    Respuestas
    1. Hola Daniel

      Efectivamente si se alimenta con 12 V sirve para N.

      La fuente de alimentación no está en Descargas porque no funcionó demasiado bien. Sin embargo te vale cualquier alimentador enchufable a la red que de 12 V (para N) Corriente Continua y como mínimo de 1 Amperio

      Un saludo
      Ignacio

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