sábado, 25 de abril de 2015

Un tema curioso.




En el artículo anterior, se puede leer el siguiente párrafo:

Otra prueba que he hecho es el tema de la conservación de la posición, cuando se corta la alimentación. Al final, con los condensadores que he puesto, creo que se tiene una solución excelente. Como no tenía otros condensadores más apropiados, he puesto para la prueba unos condensadores de 100 μF. Resulta que con estos condensadores es suficiente para que se pueda cortar la alimentación durante más de 12 horas.  Mi intención es colocar unos condensadores de mayor capacidad, seguramente de 330 μF que son casi del mismo tamaño, y con ellos con toda seguridad, se mantendrá la posición más de 24 horas.

No se si este tema ha quedado suficientemente claro. Cuando tenemos una maqueta con una serie de desvíos que vamos moviendo a distintas posiciones y, si usamos los drivers de desvío, éstos se encargan de encender y apagar los leds que indican en todo momento la posición de los desvíos, y por lo tanto mientras un desvío no se mueve el led que indica su posición permanece indefinidamente encendido, gracias al circuito "latch" que actúa como memoria. Pero, ¿que ocurre cuando dejamos de manejar la maqueta, y desconectamos la alimentación? En principio en el momento en que se corta la alimentación del latch, éste pierde la memoria, de modo que al volver a conectar la maqueta, no se enciende ninguno de los leds, y no conseguiremos que se enciendan de nuevo hasta que movamos por lo menos una vez cada desvío.

Esto es un grave inconveniente: lo correcto es que cuando volvemos a conectar la alimentación de la maqueta, los leds se enciendan y señalen la misma posición que tenían cuando la maqueta se apagó. Otros sistemas de señalización (los basados en los finales de carrera o los que utilizan relés biestables) no tienen este problema, por lo que yo quería dar una solución a mi diseño del circuito de control de desvíos.

La primera solución, ya comentada es utilizar una pila. Concretamente en este caso he diseñado el circuito de control para que trabaje a 9 V que es la tensión de las conocidas pilas con conectores de clip. Evidentemente no se pretende que la pila mantenga los leds de señalizacióm encendidos, sino sólo que mantenga funcionando el circuito latch, de manera que no se borre su memoria, y al volver a conectar la alimentación se enciendan los leds en la misma situación que cuando se apagó. Al utilizar circuitos CMOS para la parte de control, el consumo es bajísimo, asi que una pila durará muchísimo, y hablo de años, incluso aunque usemos una única pila para unas cuantas placas de control. 

Sin embargo, el tema de tener una pila asociada a estos circuitos me resulta un poco incómodo, asi que me puse a pensar en un sistema alternativo. La idea me surge al comprobar el consumo increíblemente bajo que presenta el circuito de control cuando está en esta situación de espera. Asi que pensé que posiblemente con un condensador electrolítico de capacidad adecuada fuera posible mantener la memoria del  "latch" durante un tiempo razonable. Me marqué como objetivo que se mantuviese la posición durante un mínimo de 24 horas. Es decir que si un usuario apaga la maqueta y vuelve a encenderla al día siguiente, al hacerlo se encendiesen los leds en la misma posición que estaban al apagarla el día anterior. 

Así que he montado un experimento, para ver cuanto tiempo aguanta el latch conectado a un condensador, hasta que se borra. El montaje es el propio circuito del controlador para que la prueba sea en condiciones reales. Periódicamente mido cual es la tensión que todavía mantiene el condensador, ya que se supone que mientras sea superior a 3 V el latch no se borra.

La primera prueba, la hice con un condensador de 100 μF y pude comprobar que incluso después de 12 horas se seguía manteniendo la memoria, así que me puse muy contento, porque pensé que con un condensador mayor el problema estaría resuelto. Como ya tengo las placas hechas, busqué un condensador que fuese del mismo diámetro que el de 100 μF y encontré que los condensadores de 330 μF y 16 Voltios son del mismo diámetro que yo buscaba. Esperaba que se triplicase el tiempo de mantenimiento de la memoria.

Encargué una partida de estos condensadores y cuando me llegaron cambié el de 100 μF por el nuevo de 330 μF y repetí el experimento. Por cierto que es un experimento muy pesado de hacer porque consiste en conectar el circuito, establecer una posición, desconectar, e ir midiendo la tensión cada cierto tiempo durante horas.

Pero ¡sorpresa! no tardé en darme cuenta de que con el condensador de 330 μF la tensión descendía más rápidamente que con el de 100 μF

Esto me ha hecho caer en la cuenta de algo que normalmente ignoramos: Una de las características de un condensador  es la llamada "corriente de pérdidas" que indica que cuando el condensador está cargado se establece una corriente muy pequeña entre sus placas que poco a poco acaba por descargarlo. Se trata de corrientes de millónésimas de amperio,  por lo que normalmente no tienen importancia ninguna, salvo para un caso como éste, en el cual el condensador se carga y se deja que se vaya descargando durante horas. Al final resulta que el condensador efectivamente se va descargando lentamente pero la velocidad de esa descarga se debe más a la corriente de pérdidas que a la que está suministrando al circuito.

Afortunadamente compro los componentes electrónicos en una empresa de suministros profesionales, con lo cual dispongo de las características técnicas de cada elemento, de modo que miré cuáles eran las características de los dos condensadores que había usado (¡vete tu a pedir ese dato en una tienda de electrónica!) Resulta que el condensador de 100 μF tiene una corriente de pérdidas de 25 μA mientras que el que había usado de 330 μF la tiene de 158 μA. Está claro: aunque tiene el triple de capacidad, se descarga más de seis veces más rápido, así que por eso la carga dura menos. 

Me puse a buscar un condensador de 330 μF con corriente de pérdidas baja, y encontré unos cuya corriente de descarga es de 3 μA.  Desde luego aparentemente son iguales y ni siquiera son más caros, así que pedí una nueva partida de este tipo.  En la imagen aqdjunta tenemos a los dos protagonistas, y como se puede apreciar son casi idénticos.


Así que monté el nuevo condensador, y esta vez la sorpresa ha sido positiva. Después de 48 horas, la tensión se mantiene todavía por encima de 5 V. No voy a continuar la prueba, porque el objetivo está de sobra conseguido, pero como la descarga es cada vez más lenta, no me extrañaría que se mantuviese la memoria durante otros dos días o incluso más.

La consecuencia de todo esto, es que realmente lo que marca la velocidad de descarga del condensador, no depende tanto de la corriente que consume el circuito como de la propia corriente de pérdida del condensador. Una lección que hay que apuntarse.

En definitiva, este circuito se puede usar de dos formas: Si se quiere que la posición de los leds se mantenga indefinidamente, ponemos una pila de 9 V conectada a las bornas previstas para este fin, dejando claro que es una única pila para todos los circuitos de la instalación. Si nos conformamos con que la posición se mantenga durante 48 horas al menos, no ponemos la pila y el circuito se mantiene mediante el condensador durante ese tiempo.

Todo esto viene a cuento además, por otro motivo. Estoy pensando en un circuito al que podíamos llamar "secuenciador de desvíos"

La cuestión es la siguiente: En una maqueta grande, donde tenemos muchos desvíos manejados manualmente, cuando llevamos un rato manejándola es difícil controlar cómo hemos dejado cada desvío. Desde luego podemos ir mirando en nuestro cuadro los leds correspondientes, y si no están en la posición que queremos, cambiarlo, pero para muchos desvíos esta es una operación confusa, y larga.

Al final casi todos los usuarios tienen (al menos en mente) una posición "inicial" o "normal" de sus desvíos, que probablemente es la que hace que los trenes hagan los recorridos más habituales. Así que una facilidad muy de agradecer es que podamos hacer que todos los desvíos de una maqueta se pongan en una posición predeterminada de una forma automática. 

Lo malo es que si ponemos un único pulsador conectado a todos los desvíos, conectado en cada uno para accionar una u otra posición del desvío, tenemos dos problemas: Por un lado estamos uniendo mediante este cableado posiciones que luego deberían no estar acopladas. Al utilizar drivers de desvío podemos combinar las puertas para que esto deje de ser un problema. Pero hay un segundo problema que no evitamos: Si un pulsador activa al mismo tiempo muchos desvíos, el consumo de corriente de la fuente que usemos, sea cual sea, no va ser capaz de mover por ejemplo veinte desvíos al mismo tiempo.

La solución es el "secuenciador de desvíos" Es un circuito que es capaz de activar un número grande de desvíos, llevándolos a una u otra posición previamente establecida (según se haga el cableado) pero no a la vez, sino en una rápida secuencia, por ejemplo de segundo en segundo. De esta forma en cada momento sólo hay un desvío moviéndose y la fuente de alimentación sólo tiene que suministrar la corriente correspondiente a un desvío.

La secuencia se activa pulsando un único botón, de manera que al hacerlo, todos los desvíos empiezan a moverse uno tras otro quedando en la posición "programada".

Esto es importante de cara a lo que venimos hablando, porque si en una maqueta en la que no usamos pila, ha pasado el tiempo suficiente para que los circuitos hayan perdido la posición, al volver a conectarla, no tendremos controlada la posición de cada desvío, pero si tenemos instalado un secuenciador bastará pulsar su botón para que inmediatamente todos los desvíos se coloquen en su posición programada y se enciendan los leds de señalización. 

El secuenciador no es sólo para esta inicialización de la maqueta, sino que se podrá usar cada vez que queramos posicionar todos los desvíos en su posición programada, pero no cabe duda de que es una solución muy buena para cuando la maqueta ha estado tiempo desconectada y se ha perdido la memoria de la posición. De hecho, si contamos con un secuenciador para todos los desvíos de la maqueta, el hecho de que se pierda la memoria al apagar la maqueta  resulta mucho menos importante.

Bueno, pues realmente ahora, si que estoy conforme con este diseño de driver para desvíos, así que la última prueba ha sido instalarlo en el nuevo cuadro de mi maqueta. El video de la cabecera muestra los primeros movimientos, el cuadro con sus leds, y el desvío funcionanndo. Todo parece muy sencillo visto así, pero la verdad es que es un tema que me ha dado muchos quebraderos de cabeza hasta el último momento. Bueno pues ahora, veinte como ese.

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