Traje nuevo

En el artículo anterior comenté que después de todas las vicisitudes, había quedado muy satisfecho del resultado obtenido con el nuevo controlador PWM04.

Naturalmente no podía dejarlo desnudo, así que le he hecho un nuevo traje a medida. Lo más característico de este nuevo diseño es que el circuito impreso, con todos sus componentes, incluido el potenciómetro y el conmutador, tiene una altura inferior a 20 mm, así que puede montarse en una caja muy plana. Busqué una que se adaptase y encontré la que vemos en la imagen de la cabecera. La verdad es que queda un diseño muy sencillo y muy compacto, nada que ver con el primer controlador que hice (Véase PWM II) aunque realmente el funcionamiento es prácticamente idéntico.

En la imagen adjunta podemos ver como se puede sujetar fácilmente en la mano, aunque no está concebido como un controlador portátil, ya que de la parte trasera salen los cables que van a las vías y también lleva ahí la conexión del alimentador de red.

A pesar de lo sencillo que resulta este montaje, me ha resultado complicado, por el mecanizado de la caja. Pensé que era de plástico, y me encontré que era de aluminio, y para mayor problema no se abre por la mitad, sino que el cuerpo es un bloque y sólo se desmontan las dos tapas extremas. Total que era imposible meter dentro el circuito impreso con su conmutador y su potenciómetro. ya soldados en sus posiciones. Estuve a punto de salir a buscar otra caja, pero al final se me ocurrió que podía cortar casi por completo la parte superior, y añadir un panel desmontable donde se sujetaría el circuito impreso.

El resultado es el que vemos en la imagen. Al final ha quedado bastante bien, pero ha llevado un trabajo excesivo, porque todo debería haber sido abrir dos taladros y en cambio lleva un montón de trabajo para cortar la caja y hacer el panel adicional, y tampoco queda del todo bien porque al final se ven cuatro tornillos en las cuatro esquinas del panel.

Bueno, esto no ha sido más que un entretenimiento por la pura satisfacción de construir algo que debería estar en el mercado, y sin embargo no es así. Ya estoy poniendo de nuevo en marcha la maqueta, y en los próximos días iré comentando los progresos.

Esa frase, construir algo que debería estar en el mercado, y sin embargo no es así, me ha dado que pensar. Ya se ha comentado aquí más de una vez lo poco agraciados que son los controladores que se venden en el mercado para los trenes de escala Z (y también para los de escala N)  Este sería un controlador de tipo sencillo, pero con la característica fundamental de ser de corriente pulsada.

También debería existir un tipo de controlador "profesional" que incluya amperímetro, y también limpiavías electrónico. Quizás me anime y construya uno. Siempre necesito tener algún controlador adicional a los electrónicos que tengo en la maqueta, para probar las locomotoras y hacerles mantenimiento. Esa es la razón por la que estoy pensando en incluir un amperímetro en ese futuro "Controlador profesional".

Tonto, es el que hace tonterías

Ya se lo decía su madre a Forrest Gump: Tonto es el que hace tonterías. Bueno, pues yo me he dado cuenta de que me había empeñado en hacer algo muy complicado y que además daba lugar a un resultado incierto, cuando la solución, limpia, sencilla y elegante la tenía delante de mis ojos. En resumen, que había hecho una tontería.

El tema es que me había empeñado, como ya comentaba en el último artículo, en situar algunos componentes del controlador PWM04, por la cara del cobre, en lugar de situarlos en la misma cara que todos los demás. Y no fue una idea precipitada, sino todo lo contrario, ya que el diseño del circuito en PROTEUS fue hecho con esta idea, y cuando hice el encargo de los PCB's antes del verano, tenía ese pensamiento in mente.

La idea, como explicaba en dicho artículo, era que este circuito pudiese ser montado en un panel de mando, simplemente haciendo dos taladros, en correspondencia con las roscas del potenciómetro y del conmutador. Al sujetar estos elementos con sus tuercas al panel quedaba asimismo sujeto el PCB, pero cuando pensé en esto quise prever la posibilidad de que alguno de los otros componentes tropezase con el panel, así que se me ocurrió la genial idea de situar unos componentes en una cara y otros en otra, de modo que los componentes que debían atravesar el panel quedasen en la cara trasera, y la cara delantera del circuito quedase hacia el otro lado.

Ya expliqué ayer los problemas que esa forma de colocar los componentes me producía, y todo ello me dejó un cierto sentimiento de frustración.

Sin embargo, de repente, me di cuenta de algo que era evidente: todos los componentes del circuito podían caber entre el panel y la placa del circuito impreso, ya que la separación que impone el conmutador es mayor que el espacio necesario para cualquier otro elemento, incluyendo las clemas y los integrados montados en sus zócalos.  Así que todos ellos podían estar en el mismo lado sin peligro de chocar con el panel.

Debo decir que esta tontería tiene una explicación: Hace ya tiempo que vengo pensando en hacer un diseño que incorpore el conmutador y el potenciómetro en la placa, para hacer el montaje mucho más sencillo. Pero esta idea es anterior a la decisión de probar el integrado controlador de motor, es decir, estaba pensada para un circuito controlador con transistor de salida, y si ese transistor va montado en un radiador, es evidente que el radiador, por pequeño que fuese interferiría con la colocación del circuito bajo el panel, así que esto forzaba a que los elementos que se atornillan al panel deberían estar en la otra cara de transistor y su radiador

Curiosamente a pesar de que todo el diseño había sido hecho con la idea de poner unos componentes en una cara y otros en otra, el PCB resultó que éste era perfectamente válido para situar todos los componentes en la cara superior. No sólo era válido, sino que quedaba mucho mejor que con la solución anterior. Basta comparar la imagen de cabecera de este artículo con la del artículo anterior.

Bueno, hay una diferencia: si sitúo el potenciómetro por delante de la placa o lo sitúo por detrás, su actuación se invierte, o sea que si en un caso se incrementa la velocidad girando el mando a derechas, en el otro caso aumentaría al girar a izquierdas. Naturalmente lo deseable es que aumente la velocidad al girar a derechas, pero yo ya sabía que esta función se invertía si cambiamos de sentido los dos diodos D1 y D2. De hecho, cuando hice el diseño, no me entretuve en calcular cual sería la forma correcta, pero el dibujo de PROTEUS marcó una dirección, ¡que era la errónea!, de modo que al invertir ahora la posición del potenciómetro los diodos hay que colocarlos con arreglo al dibujo, y queda todo perfecto. (¡a veces Murphy se queda en casa!)

Como ya no hay que soldar por debajo del conmutador, ni nada parecido todas las soldaduras han resultado correctas y el controlador funciona estupendamente. El problema de los taladros demasiado pequeños lo he resuelto limando los terminales de los componentes que no cabían (el conmutador y el potenciómetro únicamente) para adelgazarlos.

El problema es que ahora, me gusta tanto cómo ha quedado y lo bien que funciona, que voy a tener que "oficializar" también este diseño. Es decir ponerlo en "descargas", etc etc

Ya lo iré comentando

Pagando la novatada

La imagen de cabecera, recoge el nuevo circuito al que he denominado PWM04, que es una evolución del PWM03, y como el anterior es un controlador para el manejo, con corriente pulsada (PWM)  de locomotoras analógicas. La diferencia, como ya comenté en el artículo anterior es la sustitución del transistor de potencia por un circuito integrado para controlador de motores de referencia L293D. Como también comenté el circuito impreso lo encargué a una empresa de fabricación de PCB's.

Hoy he montado el circuito, y el resultado es que recoge la imagen de la cabecera. La verdad es que sorprende la sencillez del circuito, que solo lleva dos integrados tres diodos, tres condensadores y dos resistencias.

Aparentemente en ese circuito faltan tres componentes, ya que se ven, dos recuadros y un circulo, en los que no hay ningún componente a pesar de que están marcadas en la placa las correspondientes referencias, RV1 y SW1 y la tercera con un signo más.

La verdad es que estos elementos están por detrás de la placa, como podemos ver en la imagen siguiente:

El motivo de esto es el siguiente: Quería probar en este ensayo la posibilidad de incluir en la propia placa del circuito impreso, el potenciómetro de mando y el conmutador de inversión de sentido y desconexión. La idea es que este circuito se monte en un panel, haciendo solamente dos taladros, los correspondientes a la rosca del potenciómetro y a la rosca del conmutador. De esta forma el montaje resulta muy simple y se evita el cableado al aire de estos elementos, tal como venía haciendo en los controladores anteriores.

La idea ha resultado, pero me he encontrado con un problema inesperado en los circuitos impresos que me han fabricado, y es que algunos taladros han quedado demasiado finos y no caben los terminales de los componentes por ellos. Hasta ahora, en los circuitos fabricados por mi, si algún terminal no cabía por un taladro, simplemente agrandaba el agujero metiendo una broca de mayor diámetro, así que,  acostumbrado a eso, no presté la debida atención a este detalle.  Sin embargo estos son circuitos de doble cara y los taladros, que son metalizados, aseguran la conexión entre las dos caras del circuito, así que al meter una broca para agrandarlos se estropea el metalizado y se pierde la conexión entre ambas caras. Resultado: no funciona. He pagado la novatada. Ya se que la próxima vez que encargue un circuito, tendré que tener mucho cuidado con este detalle.

Afortunadamente, había hecho también el mismo dispositivo, pero a mi estilo, esto es, con un circuito de una sola cara, y con algunos puentes en la cara superior. Aunque aquí también había algunos taladros demasiado pequeños, no tuve ninguna dificultad en agrandarlos sin que eso estropee nada, así que pude montar el mismo circuito, tal como vemos a  continuación:

 

Y resulta que, efectivamente este circuito si que funciona correctamente. Bueno funciona después de haber  corregido algún problema de soldadura, porque me he dado cuenta que tanto en circuitos de una cara como de dos, el soldar componentes por la cara del cobre es un tema delicado.  Tan delicado, que así como he enviado placas del circuito PWM03 a personas que me lo han pedido, no lo haría nunca con una placa como ésta, porque seguro que iban a presentarse muchos problemas. Lo dejamos pues como un experimento con resultado solamente mediano.

 

En la imagen pequeña vemos la cara del cobre de este segundo circuito, con los mismos componentes que en el caso anterior, el potenciómetro y el conmutador. Se puede observar en particular que el conmutador resulta muy difícil de soldar porque las soldaduras quedan por debajo del cuerpo del conmutador.

Tanto en el caso anterior como en este, el led azul que se ilumina cuando el circuito está activo, está también en la cara trasera, con objeto de que se pueda enfrentar a un tercer taladro en el panel, y sea por lo tanto visible desde el exterior.

 

Bien, como decía, este segundo circuito ha funcionado, así que me he dedicado a experimentar un poco con él. He podido comprobar que el circuito integrado L293D se calienta un poco, pero no es alarmante. Curiosamente he visto que parece calentarse más cuando la locomotora está parada que cuando se mueve.

 

Pero lo que me interesaba más de esta prueba, es que este circuito tiene un jumper (en la parte superior izquierda) que permite modificar la frecuencia de la señal PWM generada Con el jumper en una posición, la frecuencia es de 40 Herzios mientras que con la otra posición la frecuencia es de 20 KiloHercios . Nótese que son dos frecuencias muy distintas, la primera por debajo de la gama audible, y la segunda por encima, ya que en ambos casos se trata de evitar que una posible resonancia del motor de la locomotora se perciba como un sonido audible.  

 

Por primera vez he podido comparar experimentalmente cual es la influencia de la frecuencia de la señal PWM, con el resto de condiciones iguales y con posibilidad de cambiar de una a otra situación en unos segundos.

 

Y... ¿cual ha sido el resultado?  Pues debo decir que es claramente favorable a la frecuencia de 40 Hz, ya que con ella se consigue una marcha lenta más lenta y más estable que con la frecuencia alta, y sin embargo no hay ninguna diferencia apreciable a velocidades altas. Así que la primera conclusión es que no hay ninguna justificación a mantener la posibilidad de escoger entre dos frecuencias distintas. Basta con usar la frecuencia de 40 HZ para todos los casos.  La verdad es que cuando hace ya mucho tiempo seleccioné al azar un circuito PWM que generaba una frecuencia de 40 Hz para mis primeros experimentos, tuve una gran suerte, porque de otro modo estaría ahora con frecuencias altas y me estaría perdiendo las marchas superlentas que permite la frecuencia de 40 HZ.

 

En consecuencia, el PWM03 sigue siendo un controlador excelente y lo voy a mantener como standard de la casa. Y por supuesto con su transistor de salida, ya que no hay calentamiento ninguno incluso con dobles tracciones, con locomotoras de escala N, etc.

 

Y ahora tengo un problema:

 

Ya comenté, en el artículo "Esto está encarrilado" que no acababan de gustarme las velocidades lentas. Ésta era mi queja:

• Lo que menos me ha gustado es el comportamiento a velocidades bajas. No se obtiene el movimiento superlento que consigo con mis controladores PWM manuales, Estoy casi seguro que esto se debe a que la frecuencia de las señales PWM de este sistema es de unos 20 KHz frente a los 40 Hz que utilizo en mis fuentes manuales. No puedo cambiar esa frecuencia porque viene impuesta por las placas Velleman que utilizo. Si algún día las sustituyo por un Arduino o algo parecido podré cambiar esta frecuencia.

Efectivamente, las velocidades lentas que obtengo en mi maqueta, son poco estables, y eso me disgusta por un doble motivo: Evidentemente porque no puedo hacer que las locomotoras se muevan muy lentamente, por ejemplo haciendo maniobras, pero además las arrancadas y frenadas progresivas no son todo lo progresivas que debieran ser, por el mismo motivo.

De momento, voy a dejarlo como está, porque como se ha podido ver en los videos publicados, en muchos casos las locomotoras se mueven con una marcha lenta muy buena y hay paradas y arrancadas progresivas, pero está claro que se podría mejorar este tema de una forma notable, si pudiera conseguir unas frecuencias de PWM más bajas. Tengo que pensar alguna alternativa.