Un sencillo circuito

Ayer, mantuve un intercambio de opiniones con un amigo de un foro (Escala-Z), que preguntaba cuál sería la forma de conseguir que, en un cuadro de mando que está construyendo para su maqueta, se viese mediante luces, la posición de cada desvío. Esto es lo que normalmente llamamos señalización de los desvíos.

La verdad es que pensando en el tema, me sorprendía un poco pensando que, algo tan habitual en los deseos de los modelistas no tuviese una solución fácil y comercial. Me refiero a cualquier tipo de desvíos, ya sean con o sin interruptores de final de carrera. Ya se que para el caso de los que tienen final de carrera, si se puede hacer una señalización aprovechando estos interruptores, y al menos Marklin, comercializa una botonera con señalización de leds, y alguna otra marca también los tiene. Pero cuando el aficionado se quiere construir su propio cuadro de mando a base de pulsadores, se encuentra con esta dificultad.

Cuando a mi me han preguntado sobre este tema, yo he dicho siempre que la solución que funciona en todos los casos y con seguridad es un relé biestable.  Así, lo decía en el artículo "Mando y señalización de desvíos".  Sin embargo la solución del relé biestable tiene algunas pegas: La más importante es sin duda la dificultad de encontrarlos, porque en las tiendas de electrónica te dicen que no tienen porque sólo los usan los de los trenes eléctricos (literal). Por otra parte algunas marcas de modelismo ferroviario como Aneste si los venden pero muy caros. Además una cosa es comprar un relé y otra cosa saber cómo montarlo para conseguir encender y apagar unos leds según la posición del desvío. En general hay que hacer algún apaño a base de placas de circuito perforadas y demás, cosas que muchas personas consideran que no están
a su alcance. Yo he puesto esquemas de cómo conectar esos relés para señalización tanto en el artículo antes mencionado como en bastantes respuestas en varios foros, a preguntas sobre este tema, pero siempre resulta una importante dificultad para personas que no tienen experiencia en montajes electrónicos.

Como ya dije, ayer me volvían a preguntar sobre el tema, y me dio por pensar un poco más a fondo en él, seguramente porque últimamente estoy muy metido en temas de electrónica. La pista me la dio la famosa frase sólo los usan los de los trenes eléctricos. Si esto es así, ¿qué hace el resto del mundo? ¿es que nadie necesita un interruptor biestable con enclavamiento? La clave de la respuesta está en la palabra enclavamiento ("latch" en inglés). Claro: los relés biestables o relés con enclavamiento, se llaman en inglés "latching relay" pero curiosamente hay un dispositivo electrónico que también se llama "latch" y eso es evidentemente porque hacen la misma cosa. Ambos elementos, uno mecánicamente y el otro electrónicamente tienen dos posiciones estables diferentes que se mantienen indefinidamente, y cuando reciben una orden basculan a la posición alternativa. Estos circuitos a veces se nombran en español básculas, precisamente por esa propiedad, y también flip-flop, lo que es una onomatopeya de algo que se mueve entre dos posiciones. Pero parece que el nombre que se impone es el de latches. Bueno pues parece que el resto del mundo se ha dado cuenta de que estos latch son más baratos, mas duraderos y muuuucho más rápidos.

Así que me dije, ¿y porqué no diseñar un circuito de señalización electrónico basado en un latch electrónico? y con las mismas me puse a ello con Proteus.

El resultado lo recoge este esquema (espero que haciendo click se vea suficientemente bien)

En el centro, marcado como U2 está el famoso Latch cuya referencia es en este caso 4043 que presenta una salida alta o baja en su terminal 2 según cual de sus entradas 3 o 4 se haya activado. Podría manejar un led con esa simple salida, pero he preferido amplificar la señal en U3 con el típico circuito ULN8003A  por lo que luego se verá. Los dos leds D1 y D2 se encienden y se apagan alternativamente, ya que están acivados por la salida del Latch y por su inversa obtenida por un inversor, identificado como U4.

Quedaba una cuestión muy importante: ¿Cómo activar el latch? Es decir, ¿de dónde viene la señal que lo activa?  Evidentemente viene del circuito que mueve los motores de los desvíos, pero cualquiera que haya leído el artículo anterior de este blog, habrá visto que para mover desvíos hay unas cuantas soluciones, todas ellas bastante potentes (por no decir salvajes). Desde quién utiliza 20 voltios o más, a quién coloca un transformador de 5 Amperios pasando por la utilización de Unidades de Descarga que te sueltan 8 amperios como si nada, y todo ello con las variantes de corriente alterna o continua. Cualquiera de esas soluciones, llevadas directamente a las entradas del Latch lo destruirían.

Afortunadamente existen unos dispositivos pensados específicamente para transmitir información entre dos circuitos con características eléctricas muy distintas, como es nuestro caso. Me refiero a los optoacopladores. En la imagen tenemos dos de estos dispositivos identificados como U1:A y U1:B (son dos secciones de un único chip de 8 optoacopladores). Cuando por el diodo interno de estos dispositivos circula una corriente que aquí está limitada por las resistencias R3 y R4, el transistor interno se activa y por lo tanto su emisor presenta una tensión de 5 Voltios. Cuando se desactiva, la resistencia de pulldown R5 hace bajar la tensión a cero. Esta es la señal que necesitábamos.  Obsérvese que esto funciona en cuanto circula "algo" por el diodo del optoacoplador, independientemente de la tensión del circuito, de la intensidad que circula, y de si es alterna o continua (si es alterna los ciclos positivos lo activarán)

Bueno pues después de probar la simulación en Proteus he hecho un montaje en la protoboard, tal como se ve en la imagen de portada. Y efectivamente, después de algún problema con un optoacoplador que parece que estaba chungo, el sistema ha funcionado. Para los incrédulos he aquí la videoprueba.



Lo que vemos en el video, es el circuito de ensayo conectado precisamente a los dos desvíos con bobinas Peco que utilicé en el capítulo anterior para probar la unidad de descarga capacitiva.

Por cierto, en el video se ve que el circuito está conectado a las salidas auxiliares de 5 y 12 V de  la fuente de alimentación de laboratorio, y mi idea era usar la salida principal para mover los desvíos. Pero cuando lo intenté, descubrí que esta fuente, capaz de dar 3 Amperios, no era capaz de mover los dos motores en paralelo, pues se activaba la protección contra cortocircuito. Una bonita demostración de lo que decía en el artículo anterior acerca de la mal que se portan las fuentes de alimentación "buenas" con los desvíos.

Afortunadamente me habían pedido que construyese alguna fuente para desvíos con descarga capacitiva, asi que eché mano de una, que es la que se ve encima de la fuente de labortorio. Esta fuente con CDU mueve perfectamente los desvíos tal como vemos en el vídeo.

Así que para probar, como quién no quiere la cosa, estoy conectando el circuito a una de estas fuentes para desvíos con CDU que debe estar soltando picos de 8 o 9 Amperios con cada movimiento de los desvíos. Si aguanta esto, lo aguanta todo.

Y parece que lo aguanta. En el vídeo vemos los dos tímidos leds, uno rojo y otro verde que serían los que situados en el cuadro de mando indicarían la posición de estos desvíos.

Seguramente a la vista de las imágenes más de un lector habrá pensado que de acuerdo, que funciona, pero que es muy complicado. En primer lugar hay que advertir que aunque en la protoboard se ve la habitual madeja de cables, la mitad sobran, ya que aquí hay una serie de elementos que no estarían en el circuito final, como los leds amarillos que vemos encenderse momentáneamente y que indican cuando el circuito recibe un impulso de tensión.

Pero además es que los chips utilizados permiten montar, cuatro circuitos de detección para cuatro desvíos sin añadir más circuitos integrados. Es habitual que los circuitos lógicos se presenten en paquetes de cuatro u ocho secciones iguales ya que están pensados para manejar señales digitales de varios bits. Por eso con los mismos circuitos puedo fabricar un circuito para señalización de cuatro desvíos que sería solo ligeramente más caro que un circuito para un solo desvío y desde luego mucho más barato que cuatro circuitos para un desvío cada uno.

Comenté antes que la salida está reforzada con un circuito ULN8003A para conseguir una salida que puede llegar a ser de 500 mA por canal. Esto parece excesivo para encender y apagar luces de Led's pero es que se me ha ocurrido que este circuito además de servir para señalización en un cuadro, podría utilizarse para manejar relés que hagan la polarización de los desvíos. Este es otro problema que muchos aficionados también sufren y que se resuelve a base de conmutadores, muchas veces accionados mecánicamente o mediante relés biestables (otra vez) para conseguir que los desvíos de tipo electrofrog. cambien la polaridad del corazón del desvío según la posición de las agujas. Bastaría colocar unos relés (no biestables) en la misma salida que alimenta los leds para que esos relés cambiasen la posición según la posición de las agujas.

Así que como me parece que este circuito puede ser muy útil, voy a hacer un diseño de PCB que incluya las bornas de conexión adecuadas, con objeto de que cualquiera pueda montarlos en su maqueta.