sábado, 14 de diciembre de 2013

Bienvenido a la Blogosfera



Hay ya en este blog, algunos artículos con este mismo título de "Bienvenido a la blogosfera", y es que lo utilizo cada vez que doy la bienvenida a un nuevo blog, con un tema que puede resultar interesante para los lectores del mío.

Hace tiempo que no anunciaba ninguna novedad en este sentido, pero hace unos días se ha empezado a publicar un nuevo blog cuyo título es IZANTECH  (http://blog.izantech.com/) y no he querido dejar pasar la oportunidad sin saludarlo y sin recomendarlo a mis lectores.

Conozco personalmente al autor, y no sólo le conozco, sino como ya he comentado en este blog en alguna ocasión, yo me inicié en el tema de la electrónica para trenes, gracias a unos cambios de impresiones en el foro de LCTM, allá por Marzo de 2008 (cómo pasa el tiempo!). Esta fue la chispa que prendió la mecha, y gracias a ese inicio, hoy estoy haciendo unos diseños de electrónica que no hubiera creído posibles en aquél momento. Bueno, pues uno de los participantes en aquellas conversaciones fue precisamente el autor de este blog, que como verán los que accedan al blog se identifica como "luisizan"

Curiosamente, ayer, se repitió un poco la historia al cabo de estos años, porque tuve un charla con él y le pedí consejo para una nueva actividad que me ronda por la cabeza. Me refiero al tema de la programación de microcontroladores, que se que él maneja incluso profesionalmente.

Espero que los consejos que me ha transmitido me permitan entrar en esta nueva actividad que como saben los lectores de este blog se me ha venido resistiendo, pero he llegado a la conclusión de que no tiene sentido seguir diseñando placas de componentes lógicos cada vez más complicados cuando un único microcontrolador puede hacer lo mismo, con mayor flexibilidad y sencillez.

Ya iré aquí dando noticias de mis progresos en este nuevo "arte" en el cual por supuesto, voy a tratar de desarrollar algunos sistemas útiles para el manejo de trenes analógicos.

Precisamente por eso, no entro en competencia con este nuevo blog, que, ya desde la primera línea, se decanta claramente por los sistemas digitales.

Pues lo dicho: bienvenido a este mundo, y adelante.

Nota: El link a este blog permanecerá en la pagina de Enlaces dentro del apartado "Blogs y páginas personales"


sábado, 7 de diciembre de 2013

Un circuito.... no tan sencillo


Titulé mi anterior artículo "Un sencillo circuito" porque estaba convencido de que realmente se podía hacer un circuito para señalización de desvíos con muy pocos componentes.

Sin embargo, ya acababa apuntando la posibilidad de este circuito no solo sirva de señalización, sino para la polarización de los desvíos. Así que me puse a realizar el diseño completo, es decir contando con que puedan manejar cuatro desvíos, y que el propio circuito tuviese unos leds de señalización, además de tener salidas para otros leds a situar en el tablero, y además tuviese salidas para manejar relés para la polarización de los desvíos, mas las alimentaciones... etc etc. Total que lo que parecía sencillo ha resultado un pelín más complicado, aunque ha supuesto una excelente práctica de manejo del programa Proteus.

Precisamente por haber sido un ejemplo completo, desde el diseño hasta la generación de los ficheros para fabricar las placas de PCB, voy a explicarlo aquí con un poco de detalle.

Como ya dije en el artículo anterior, el diseño comienza con un diseño para probar la funcionalidad del sistema propuesto, y ese es el esquema sencillo que aparece en el anterior artículo. Sobre ese esquema se puede probar muy bien todo el tema de funcionamiento de la lógica, así como medir los consumos y las tensiones para diseñar las alimentaciones, etc.

Pero claro, para construirlo completo, es decir para que el programa nos presente el diseño completo, hay que hacer el esquema completo del circuito, incluyendo la parte de alimentación, conectores de entrada y salida, etc.

El esquema entonces se complica un poquito. El que tenga curiosidad lo podrá ver haciendo click en la imagen siguiente:

 
Una vez que tenemos el esquema completo, podemos pasar al diseño del PCB. Como ya he comentado alguna vez, la creación del PCB dista mucho de ser un proceso automático. Si alguien esperaba que haciendo click en un botón se genere el circuito, está muy equivocado.
 
Cuando, después de haber hecho un esquema como el anterior, pasamos al módulo de diseño de PCB (se llama ARES) lo que obtenemos es un batiburrillo de elementos absolutamente descolocados, eso si, con unas uniones elásticas que conectan sus pines entre si, de acuerdo con el esquema eléctrico.
 
Y aquí viene una labor completamente manual para ir situando cada uno de esos elementos en un lugar lógico respecto de los otros, y también lógico respecto del uso que se le va a dar al circuito. No tendría ningún sentido, por ejemplo, que los conectores de entrada J1, J2, J3 y J4 estuviesen revueltos en toda el área del circuito. Lo suyo es que estén juntos alineados y situados próximos a un borde. Bueno pues esas cosas hay que hacerlas manualmente, es decir colocarlos en el mismo sentido y llevarlos a un borde dejándolos alineados y juntos.  El caso de los conectores es claro, y en este circuito hay muchos, pero no es único. También hay por ejemplo una serie de leds que tienen que aparecer alineados, y algunos elementos más también deben situarse de una forma lógica. En cuanto a los demás componentes, chips, resistencias, condensadores.... su situación es menos importante, pero deberán quedar al menos con una cierta estética. El problema es que si hacemos este reparto de elementos sin atender nada más que a la comodidad del futuro usuario y a la estética, probablemente haremos algo que no se pueda convertir en una placa de circuito impreso, porque todas sus conexiones estarán mezcladas y retorcidas.
 
Así que hay que actuar al menos con una cierta lógica y tener presentes las conexiones entre los elementos para tratar de conseguir que haya la menor cantidad posible de cruces, y tratar de que las conexiones paralelas se mantengan paralelas y no cruzadas y retorcidas. Evidentemente aquí hay que tener un cierto oficio no exento de intuición, cualidad de la que, que como sabemos, carece por completo un ordenador. No es por lo tanto extraño que un ordenador sea incapaz de resolver automáticamente este problema.
 
Lo que si que hace el ordenador, y me parece bastante asombroso, una vez que hemos colocado todos los elementos donde queremos, es convertir esas uniones elásticas, que evidentemente se entrecruzan por todas partes, en un diseño de pistas de circuito impreso, que puede ser de una, dos o incluso más capas, consiguiendo que las pistas no se corten y respetando las distancias entre ellas y los ojales para soldadura. Desde luego, no se quiere decir que el diseño sea el óptimo, pero en la mayoría de los casos es suficiente. También el programa permite modificar manualmente el diseño generado, pero la verdad es que aplicando aquello de "si funciona es perfecto" no hay porqué retocarlo salvo algunos casos en los que alguna conexión queda sin hacer porque el sistema no ha sido capaz de resolver la totalidad del circuito. Aún en esos casos, en mi opinión, más que tratar de remendar el diseño, lo apropiado es tratar de recolocar algunos elementos y pedir al programa que vuelva a calcular todo el circuito. Sobre todo por una cosa: si dejamos una distribución que el programa no es capaz de resolver completa, nos obligamos a que si por cualquier causa recalculamos el circuito, tengamos que volver a intervenir manualmente. En cambio si conseguimos una distribución que el programa resuelve por completo, no hay problema en rehacer el cálculo, porque el programa siempre llegará a la misma solución completa.
 
Bien pues después de un buen rato de colaboración hombre-máquina, no sin algunos reproches mutuos (hay que ignorar los mensajes de error con la misma indiferencia que el ordenador ignora nuestros insultos de palabra) se llega a algo que se puede convertir en un circuito impreso, desde luego, en este caso, de doble cara:
 
 
Aquí tenemos una bonita imagen del diseño de la placa de circuito impreso utilizando varias capas superpuestas. La capa roja es la capa superior de cobre y la capa azul es la capa de cobre inferior. También se ve la imagen de la serigrafía de componentes con algunas rotulaciones que he querido añadir.
 
No solamente podemos ver este tipo de imágenes planas, sino que el programa es capaz de generar un modelo 3D que se puede visualizar desde cualquier posición. La imagen de la cabecera de este blog, es una muestra de lo que se obtiene. Algunos elementos están representados con bastante detalle, como ocurre con los chips, condensadores, resistencias etc. Pero por ejemplo los conectores, que son clemas de tornillo aparecen como un cajón verde sin detalle. Al menos nos da una idea del volumen que ocuparán
 
Ni que decir tiene que realizar este circuito que es de doble capa con multitud de vías y con una exigencia de precisión muy grande es inabordable para hacerlo artesanalmente.
 
El producto final del proceso de diseño no son entonces esas imágenes, por atractivas que parezcan, sino la creación de una serie de ficheros que se utilizan para fabricar industrialmente estas placas.
 
Hay una serie de empresas que nos pueden fabricar uno o más circuitos a nuestra petición sin más que enviarles por e-mail los citados ficheros (que se conocen como ficheros Gerber)
 
Y ese es el próximo paso. Voy a ver qué empresa me conviene más y le haré el pedido.
 
 



jueves, 5 de diciembre de 2013

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.


miércoles, 20 de noviembre de 2013

David contra......Titán

http://holybiblecoloring.wordpress.com/goal-and-system-of-the-encyclopedia/

Hace ya más de dos años, escribí en este blog el artículo Mando y señalización de desvíos, que mes tras mes, resulta desde entonces el más visitado, habiendo acumulado hasta la fecha de escribir éste, casi 4000 visitas. Este interés indica que este tema de los desvíos resulta problemático en muchos casos, y los aficionados buscan soluciones a las dificultades con que se encuentran.

Sin embargo en aquél artículo se habla de las distintas formas de mando, pero no se trata para nada de la fuente que suministra la energía para ese circuito de mando. Lo más que se llega a decir, es que en general es válido cualquier suministro de energía ya sea de corriente alterna o de corriente continua

Sin embargo, han surgido últimamente en algunos foros de aficionados a los trenes, algunas preguntas acerca de cuál es la mejor forma de alimentar los circuitos que mueven  los motores de desvíos, lo que me ha motivado a estudiar un poco más profundamente el tema, y exponer mis conclusiones.

Tradicionalmente, las marcas de trenes analógicos ofrecen "transformadores" para controlar los trenes que producen una corriente variable para controlar la velocidad de los trenes, y que puede ser alterna o continua, y además una salida "auxiliar" que normalmente produce corriente alterna y se usa para alimentar los motores de los desvíos.

Por otra parte, muchos aficionados han optado por la operación digital, con lo cual ya no tienen ese transformador-regulador tradicional de los trenes analógicos, pero desean mantener el funcionamiento de los desvíos en modo analógico, por lo que necesitan algún "transformador" capaz de proporcionar la corriente necesaria

Pongo la palabra entre comillas porque cada vez más, esos "transformadores" han dejado de ser un verdadero transformador, y para el caso de corriente continua, han pasado a ser fuentes de alimentación conmutadas, que por lo tanto producen corriente continua muy bien filtrada y estabilizada. Esto, que para la corriente de tracción que alimenta las locomotoras es perfecto, no lo es tanto para el caso de los desvíos.

El hecho de que la corriente sea continua, no es malo para el caso de los desvíos, muy al contrario, ya que con corriente continua los desvíos funcionan mejor y sobre todo no chicharrean, pero así como un transformador clásico es bastante tolerante a un cortocircuito en el secundario, una fuente conmutada se resiste bastante a este caso gracias a sus protecciones.

Y ¿porqué hablo de cortocircuito en el secundario? Pues porque cuando presionamos el pulsador para accionar un desvío, que está conectado a un transformador, hacemos algo muy próximo a un cortocircuito. Un valor típico de la resistencia óhmica de una bobina de un motor de desvío puede ser de 10 Ohmios de manera que si el transformador nos está dando 12 Voltios la ley de Ohm nos informa de que la corriente que circula por la bobina será de 12/10 = 1,2 Amperios.  Es decir para mover el motor de un (uno solo) desvío se necesita un transformador capaz de suministrar 1,2 Amperios, o sea que el transformador mínimo para esta misión debe ser de 15 VA.

¿Qué pasa si el transformador no es capaz de dar esa potencia? Por ejemplo ¿que pasa con un transformador de 500 mA o lo que es lo mismo de 6 VA, que es lo que viene muchas veces en cajas de iniciación?  Lo que va a ocurrir es que el transformador, en el momento de pulsar el botón del desvío queda conectado a una carga de 10 Ohm y como solo puede dar 500mA la tensión baja de 12 a 5 Voltios, (algo en efecto muy cercano a un cortocircuito) Esto no supone ningún problema para el transformador, sobre todo porque dura sólo mientras estamos pulsando el botón, pero por la bobina del motor de desvío pasan solamente 0,5 Amperios en lugar de los 1,2 Amperios que deberían pasar. Esto hace que el movimiento del desvío sea débil y que en muchas situaciones el movimiento no llegue a completarse.

Lo dicho es para un caso general, pero hay situaciones que empeoran el problema: Por ejemplo algunas marcas de desvíos  (PECO por ejemplo) tienen motores de desvío para colocar bajo tablero (modelo PL-10) con una resistencia de bobina de solamente 5.5 Ohmios. Peco dice que se conecten a 16 Voltios, lo cual quiere decir que por la bobina pasarán 16/5,5 = 2,9 Amperios  que a 16 Voltios, supone la necesidad de un transformador de 46 VA, en la práctica de 16 Voltios y 3 Amperios.

Esto, en principio no es malo. Si por la bobina de estos desvíos circulan 2,9 amperios la fuerza que son capaces de hacer es bastante mayor que con un desvío normalito por el circulan sólo 1,2 amperios, con lo que se trata de garantizar el funcionamiento.

Pero lo dicho es para UN desvío. En las maquetas, normalmente hay muchos, pero afortunadamente nunca funciona más de uno al mismo tiempo, salvo que seamos impacientes y presionemos varios pulsadores al tiempo. Por eso se dice que el número de desvíos que hay en una maqueta no es significativo para determinar la potencia del transformador necesario, Téngase en cuenta que lo habitual es que el desvío lo activemos durante tiempos inferiores al segundo.

Sin embargo, hay situaciones en las que esto no se cumple. Es muy habitual por ejemplo que se conecten dos desvíos al mismo pulsador. Por ejemplo en un escape entre dos vías paralelas,  como en la imagen de la derecha, los desvíos deben estar o bien ambos en recto, o bien ambos en desviado, así que de esta forma garantizamos que es así y además facilitamos el manejo. Hay también situaciones en las que varios desvíos se accionan desde el mismo mando (pulsador, reed, o relé) para realizar automatismos para estaciones ocultas en las que los trenes deben dirigirse a las vías que estén libres etc.

Cuando conectamos dos desvíos o más al mismo pulsador, sus bobinas quedan en paralelo, y por lo tanto la resistencia resultante hay que calcularla con la regla de la conexión de resistencias en paralelo (inversa de la suma de inversas) así que por ejemplo dos desvíos PECO de 5.5 Ohmios conectados en paralelo, presentan una resistencia equivalente de 2,75 Ohmios. Aplicando entonces la misma regla anterior, la intensidad que debe entregar el transformador es 16/2,75 = 5,8 Amperios. ¡y esto sólo para dos de estos desvíos!

Esta es la razón de que en los foros sea habitual ver cómo se recomiendan grandes transformadores para alimentar los desvíos. Titán es una de las marcas más recomendadas. Incluso en alguna ocasión, he visto el comentario de algún compañero que recomendaba utilizar una potente fuente de alimentación conmutada para suministrar la corriente a los desvíos.

En primer lugar hay que decir que las fuentes de alimentación conmutadas, que son excelentes para proporcionar una alimentación estabilizada filtrada y protegida para la tracción de los trenes (ya sea para controladores analógicos o digitales) no son adecuadas para alimentar motores de desvío. Su principal virtud, que es el proporcionar una tensión estable a lo largo del tiempo, no tiene ningún sentido en una utilización que dura décimas de segundo entre largos intervalos de inactividad. Su perfecto filtrado resulta inútil ante un tirón de corriente de varios amperios y décimas de segundo de duración que es un puro transitorio, y por último como la fuente sea lo suficientemente buena, lo que ocurrirá es que interpretará ese tirón de corriente como un cortocircuito y se cortará. Así que la primera conclusión es: Nada de fuentes de alimentación conmutadas para alimentar desvíos.

La alternativa es un potente transformador, y de hecho es la más recomendada en todos esos comentarios a los que me refería, pero también tiene algún inconveniente. En primer lugar un transformador de elevada potencia es caro, pesado y voluminoso.

Por otro lado, es en cierto modo peligroso. Si por el motivo que sea (un pulsador que se atasca, un niño que se entusiasma, etc.),  mantenemos la alimentación de un motor de desvío durante bastante tiempo, el transformador es capaz de mantener durante un tiempo indefinido toda su potencia actuando sobre el motor de desvío, lo cual acaba por quemarlo en muy poco tiempo. Por ejemplo el caso de los desvíos PECO antes mencionados, con un transformador capaz de dar 2.9 Amperios a 16 Voltios  hará que la bobina del desvío disipe una potencia de 46 Watios que se transforman en calor. Esto hace que la bobina se destruya en segundos. Y desde luego cualquier cortocircuito en este cableado producirá fuertes intensidades que pueden quemar cables etc.

Afortunadamente hay una solución, a estos problemas que además resulta relativamente económica. Me refiero a las Unidades de Descarga de Condensador. PECO, cómo no, después de lo dicho,  tiene una con la referencia: PL-35 Capacitor Discharge Unit  ( a la izquierda)y hay de otras marcas, como Gaugemaster (más abajo).

La teoría del funcionamiento se basa en lo siguiente: En realidad la bobina de un desvío se mueve cuando por ella circula una intensidad grande durante un tiempo muy pequeño. Por ejemplo 3 Amperios durante 0.2 segundos. En física se diría que eso equivale a una carga eléctrica de 3 x 0.2 =0,6 Culombios.
bbbbbbbbbbbbbbbbb

La cuestión es entonces que si disponemos de un elemento capaz de almacenar 0,6 Culombios y descargarlos por la bobina del desvío al accionar el pulsador, el desvío se movería con la misma eficacia que con un transformador de 3 Amperios Un elemento capaz de almacenar carga eléctrica es, en electrónica, un condensador así que si somos capaces de  almacenar 0,6 Culombios en un condensador podemos mover con ello un desvío. La pega es que para almacenar 0,6 Culombios a 12 Voltios se necesita un condensador de 0,6 / 12 = 0,05  Faradios, o sea 50000 microFaradios.

Bueno, ¿existen esos condensadores? pues la verdad es que si, aunque son un elemento bastante voluminoso (por ejemplo 3 cm de diámetro por 5 de longitud) y no muy fácil de encontrar .Por eso es bastante característico en las unidades de descarga la presencia de uno o dos "botes" relativamente grandes que son los condensadores.

Lo primero que hay que decir es que la "cuenta de la vieja" que he hecho para calcular la capacidad del condensador es solo una aproximación, porque un condensador no se descarga con una intensidad constante durante esos 0,2 segundos que he considerado. En realidad la descarga de un condensador sobre una resistencia sigue una curva decreciente cuya ecuación es bastante difícil de tratar.

Afortunadamente siempre hay en Internet algún alma caritativa que nos da hecho el calculador apropiado para manejar cualquier problema de este estilo. Para este caso, voy a usar el que aparece en el enlace siguiente: Capacitor Dischargin    

Voy a tomar los siguientes datos: Resistencia: La de la bobina de un motor de desvío PECO: 5.5 Ohmios Tensión: 16 Voltios. Capacidad del condensador 33000 uF

Introduciendo esos datos en el calculador, se obtienen los siguientes resultados:

Tiempo                     Intensidad                          

   0.0 seg                      2.9 Amperios
   0.1 seg                      1.6  Amperios
   0.2 seg                      0.9  Amperios
   0.3 seg                      0.1 Amperios

Obsérvese que en efecto en el primer momento hay una fuerte intensidad que alcanza los 2.9 amperios, lo que corresponde a un transformador de "potencia infinita" suministrando 16 voltios a la bobina. En menos de una décima de segundo la corriente ha bajado a 1,6 Amperios y en dos décimas de segundo ya está por debajo de un Amperio. Como se ve esto es justamente lo que se necesita para mover eficazmente un desvío: Un tirón de una intensidad muy fuerte durante un tiempo muy pequeño.

Pero veamos algo muy interesante: supongamos que conectamos dos desvíos de PECO en paralelo. Como ya hemos dicho, la resistencia equivalente es ahora de 2,75 Ohmios. Volviendo a calcular con ese valor se obtienen estos resultados:

Tiempo               Intensidad

0.0 seg                     5.81 Amperios
0.1 seg                     1.93 Amperios
0.2 seg                     0.64 Amperios
0.3 seg                     0.21 Amperios

Observamos que la corriente ha aumentado automáticamente! De hecho la corriente inicial es justamente el doble que en el caso de un único desvío. Efectivamente esa corriente se va a repartir entre los dos desvíos de manera que por cada uno de ellos pasarán los 2.9 Amperios que pasaban antes por un solo desvío. O sea que, aunque aumente el número de desvíos, la corriente que circula por cada bobina es siempre la misma, la correspondiente a un transformador "ideal" de 16 Voltios capaz de proporcionar una potencia infinita.

Naturalmente de donde no hay no se puede sacar, así que la curva de descarga cae más rápidamente con valores más bajos de la resistencia de la bobina. Por eso se necesita un condensador de capacidad suficiente para que se mantengan valores apreciables de la corriente al menos durante unas décimas de segundo.

Obsérvese que la descarga del condensador produce solo un pico de corriente continua y de muy corta duración. Por ambos motivos, se evita por completo el sonido de chicharra de los motores de desvío así alimentados

Bien, y una vez que el condensador se ha descargado, ¿cómo volvemos a dejarlo cargado para el próximo movimiento de un desvío?  Las unidades de descarga que yo conozco dejan este problema al usuario. Lo normal sería colocar esta unidad de descarga en paralelo con la salida del transformador, pero esto no es posible porque la unidad de descarga requiere corriente continua.

Algún aficionado, queriendo hacer las cosas bien se gasta el dinero en una fuente estabilizada, filtrada etc. Todo eso es inútil. Lo único que se necesita es puramente corriente rectificada, o sea lo que podemos obtener con un transformador y un puente rectificador, o incluso más sencillamente, con un transformador con toma media en el secundario y dos diodos rectificadores. En ambos casos se produce una corriente rectificada de onda completa que llevándola directamente al condensador nos lo cargará al valor de pico de la tensión rectificada. O sea que con un transformador de 12 voltios de salida alterna, podemos cargar el condensador a 16 Voltios.

Bien, y ese transformador ¿de qué potencia es? no sea que después de todo este lío vayamos otra vez a por el macrotrafo. Pues la respuesta es que realmente puede ser de la potencia que queramos, porque no influye para nada en el funcionamiento de los desvíos. Como hemos visto, en todo el cálculo efectuado de la descarga del condensador y demás, no se habla para nada del transformador, y es que realmente en todo ese proceso no actúa para nada. El transformador lo que hace es volver a cargar el condensador cuando éste se ha descargado, y por lo tanto cuando el desvío ya se ha movido. La mayor o menor potencia del transformador lo que determina es cuanto tiempo tarda en volver a cargarse el condensador, o sea en cuanto tiempo podemos volver a pulsar el pulsador de un desvío después de haber movido un desvío anterior.

La página que antes referenciaba tiene también la posibilidad de estudiar la carga del condensador. El cálculo es menos exacto porque habría que saber una serie de características del transformador y del rectificador, pero podemos hacer una aproximación con estos datos:

Resistencia del bobinado, rectificador, etc: 20 Ohm   Tensión del secundario 16 V   Capacidad del condensador: 33000 uF

Con estos datos, partiendo de que el condensador estuviese totalmente descargado, la carga se produce de la siguiente forma:


Tiempo              Intensidad        % de carga del condensador 

   0  seg                    0.8  A                          0%
  0.5 seg                   0,3  A                          53%    
  1    seg                   0,17 A                         78%
  1,5 seg                   0,08 A                          89%
   2   seg                   0,03 A                          95%

Obsérvese que en estas condiciones, en dos segundos el condensador está ya recargado al 95% (en teoría nunca llega al 100%) lo que permite volver a hacer otro movimiento con toda seguridad. Y para esto, la intensidad que ha proporcionado el transformador es de 0.8 Amperios inicialmente, pero al medio segundo ya es solamente de 0.3 A y a partir del 1 segundo  o poco más de menos de 100 miliamperios. En definitiva un pequeño transformador de 500 miliamperios es más que suficiente para recuperar la carga en menos de dos segundos.

Asi que con un pequeño transformador, un puente rectificador y nuestra unidad de descarga capacitiva de 33000 uF podemos mover los desvíos más hambrientos de amperios con seguridad y a un coste muy limitado.

Y lo de seguridad no es solo la seguridad de que se van a mover los desvíos, sino la seguridad frente a la posibilidad de quemar las bobinas. Antes calculamos que, con el gran transformador, una bobina de un desvío PECO que se queda conectada,  se calienta con una potencia de 46 Watios. Si con este ultimo montaje, una bobina se queda conectada, la intensidad que por ella circula es solo la que proporciona el transformador, porque el condensador se queda descargado. Si tenemos un transformador de 500 mA que queda alimentando la bobina de 5,5 Ohmios, la potencia disipada en la bobina será de  1,375 Watios. Nada que ver con los 46 Watios que teníamos con el transformador grande. Así que el peligro de que se queme la bobina del desvío prácticamente desaparece con este sistema.

Seguramente algunos lectores cuya formación no incluya estos temas de electrotecnia, se habrán sentido un tanto desorientados y posiblemente un tanto escépticos ante la avalancha de Ohmios Amperios, Voltios Culombios y demás parafernalia. Sin embargo este sistema tiene una analogía muy semejante en algo tan cotidiano como la cisterna de un inodoro.

Supongamos que la cisterna es el condensador. La cisterna se llena poco a poco mediante una tubería de poca sección por la que entra el agua, hasta que la cisterna se llena. En ese momento deja de entrar agua y la cisterna queda llena a la espera de que la usemos. Cuando apretamos la palanca de descarga, toda el agua acumulada se descarga en un tiempo cortísimo, produciendo un gran caudal de agua pero de muy corta duración, Si mantenemos la palanca de descarga abierta, la única agua que continua fluyendo es la poca que proporciona la tubería de entrada. Cuando soltamos la palanca, se cierra la salida de la cisterna y esta empieza a llenarse otra vez con el agua que llega por la tubería de entrada, lo que requiere algunos minutos en función del caudal que pueda producir esa tubería. Obsérvese que el caudal de la tubería de entrada,  que en nuestro caso hace el papel del pequeño transformador, no influye en la cantidad y velocidad del agua que se vierte en cada descarga, sino solo en el tiempo que la cisterna tarda en volver a llenarse.

Bueno, pues después de toda esta disertación teórica había que mojarse. Asi que he grabado en video una prueba en unas condiciones bastante límite: He puesto en un pequeño tablero dos motores de desvío PECO PL-10 y los he conectado en paralelo. El accionamiento es mediante un sencillo conmutador con cero central. Como alimentación he utilizado un transfomadorcito de sólo 150 mA con salida simétrica a 12 voltios, y mediante un par de diodos 1N4007 se carga un condensador que para la prueba es de 12000 uF y 35 Voltios.

Para que no se diga que los motores de desvío funcionan en vacío, les he acoplado a dos desvíos de escala N de Fleishmann.  En el vídeo se ve perfectamente como los dos desvíos se mueven al unísono con un movimiento rápido y preciso y sin producir ninguna clase de zumbido.

Al final del vídeo he conectado un voltímetro que mide la tensión en bornas del condensador. Como se puede ver,  en vacío la tensión es del orden de 18,5 Voltios y al accionar el motor desciende prácticamente a cero, pero se recupera en unos pocos segundos a pesar de la poca potencia del transformador.



El condensador de 12000 uF vale unos 5 € y un transformador de 150 mA anda por los 8 €, asi que no creo que exista ningún sistema más barato que permita mover con seguridad dos desvíos de PECO puestos en paralelo.

Así que este pequeño transformador, como el David de la Biblia, ha derrotado o al menos empatado con uno de esos grandes transformadores de la marca Titán con que muchos aficionados resuelven sus problemas, desde luego a un menor coste.

En conclusión, con un transformador un poco más decente y un condensador de mayor capacidad se puede garantizar el funcionamiento de cualquier motor de desvío y también sin problemas de conjuntos de varios desvíos alimentados en paralelo, con tiempos de recuperación muy cortos.

Lo bueno es que no tenemos que poner uno de estos dispositivos a cada desvío, ni siquiera a cada grupo de desvíos. Uno solo de estos elementos puede hacer funcionar de la misma forma todos los desvíos de una maqueta, ya funcionen en solitario o agrupados. Se trata más bien de que el conjunto de transformador más unidad de descarga constituye una "Fuente de alimentación para desvíos" con la que podemos alimentar todos los desvíos de la maqueta sin tener que hacer ningún cambio en el cableado.

Editado 06/06/2014

Como me han llegado varias peticiones en este sentido, incluyo a continuación el esquema del circuito que se ve funcionando en el video:


Aclaro sin embargo que los elementos son un poco justos. Para hacer una CDU con suficiente potencia recomiendo usar un transformador de 500 mA y 15 V de salida y un condensador de 33000 uF y de  25 V o 35 V




lunes, 11 de noviembre de 2013

Tormenta de ideas



Los seguidores de este blog, estarán ya al tanto, de que estoy un tanto desilusionado respecto del control de tracción de mi maqueta. No es que funcione mal, de hecho yo diría que funciona mejor que la inmensa mayoría de los controles analógicos que existen en el mercado, pero como he podido compararlo con el funcionamiento del controlador manual PWM04 que resulta espectacular en las velocidades más lentas, tal como se vio en el video del artículo Prácticas de electrónica, me ha quedado el mal sabor de boca de tener diseñado un sistema mejor y no utilizarlo en mi maqueta.

También quedó claro que el problema se deriva de la frecuencia de la señal PWM que generan las Placas Velleman, y no tengo alternativa, ya que la frecuencia es fijada por el programa del microcontrolador de la placa, y yo no puedo cambiarla, en primer lugar porque el programa está protegido, y en segundo lugar porque la programación de microcontroladores sigue siendo una asignatura pendiente para mi.

Naturalmente, la solución buena es hacer un circuito análogo al PWM04, pero en vez de controlarlo manualmenmte con un potenciómetro, hacerlo mediante un control digital. Como el control de anchura de pulsos del PWM se basa en la diferente resistencia de las dos ramas que cargan y descargan el condensador del timer NE555, se necesita exactamente un potenciómetro, pero afortunadamente existen potenciómetros digitales, es decir, dispositivos que tienen un comportamiento idéntico a un potenciómetro, pero cuyo cursor se mueve por señales digitales.

Es curioso que en mis primeros experimentos en el control de tracción por ordenador, ya utilicé un potenciómetro digital como se vio en este  artículo  de marzo de 2009  . La verdad es que con la poca experiencia que tenía entonces hice una elección adecuada, y hoy, casi cuatro años después, sigo pensando que es la mejor alternativa.

Pero claro, un potenciómetro digital de 256 pasos, necesita 8 bits para definir la posición, a los que habría que añadir cuatro bits más para definir el controlador a que se dirige la orden, y un bit más por lo menos para definir el sentido, y quizá otro para marcha-paro. En resumen la orden a enviar es de 14 bits, y todo el funcionamiento de entrada-salida del sistema de comunicaciones que utilizo basado en las placas Velleman es de 8 bits. Claro que se puede solucionar, pero es echar abajo una parte importantísima de mi sistema, y no solo en cuanto a hardware, sino en cuanto a software, lo cual a estas alturas me preocupa más. En resumidas cuentas, si esa es la única posibilidad, no lo voy a hacer, y me conformaré con el sistema actual.

Peeeero... Hay una opción:  Las famosas placas Velleman producen efectivamente una señal PWM de anchura variable con frecuencia de unos 20 kHz, y su control es directo desde el programa, es decir "no gasta bits", y por eso el sistema actual funciona solo con los 8 bits que tengo disponibles. Pero me di cuenta de que estas salidas que Velleman llama analógicas, aparecen en efecto como una señal PWM y además como una señal analógica de valor variable entre 0 y 5 voltios. Es decir, cuando el programa envía la orden de que un canal PWM se ponga al 50% hay un pin de salida en la Velleman en la que aparece una señal PWM con un pulso de anchura igual al 50% del periodo, y además hay otro pin en el que aparece una tensión igual al 50% de 5 Voltios. Es decir tengo una señal analógica comandada desde el programa en paralelo con la PWM, y por lo tanto sin tener que tocar nada del software, y sin consumir bites de la comunicación digital.

La idea, que ya se que es rocambolesca, sería obtener de aquí la codificación digital que necesito para comandar un potenciómetro digital, que acabe produciendo una señal PWM, ¡¡pero de 40 Hz !!. Y ¿cómo obtengo una codificación digital a partir de la salida analógica? Pues claramente con un "Convertidor Analógico Digital" por ejemplo ADC0804

He estado estudiando este sistema , y es factible, al menos en teoría. Iba a decir que lo he probado, pero la verdad es que la prueba ha sido virtual, gracias a Proteus. El circuito que vemos en la imagen de cabecera es el que he montado para la prueba. Es curiosa la sensación que produce ensayar los circuitos con el simulador de Proteus. Se tiene la misma sensación que cuando se ha hecho la prueba en una protoboard, es decir está uno convencido de que ha montado el circuito y de que funciona.

Bien, pero claro, ahora queda hacer un controlador PWM de baja frecuencia controlado por un potenciómetro digital que se mueva en función de la señal digital producida por el conversos AD. No es que sea difícil, pero tengo que ver la mejor forma de hacerlo.

Lo que pasa es que esta situación me ha encendido una bombilla acerca de una interesante posibilidad. Si diseño un circuito análogo al PWM04 pero comandado por una señal digital, ¿no sería posible hacer que los controladores manuales fueran también manejados por una señal digital? Es decir, puedo construir una serie de controladores del tipo del PWM04 pongamos ocho, cada uno de los cuales controla un sector de una maqueta analógica.   Pero todos ellos se manejarían desde UN UNICO mando manual, a base de seleccionar un canal y a continuación actuar sobre él. Algo muy parecido al Mousecab que construí para mi maqueta el pasado Mayo, pero claro, sin ordenador ni nada. ¡Un único mando en la mano y manejar hasta ocho trenes analógicos! Por supuesto no es un Cab Control, sino un Block Control, es decir cada canal es un bloque, no un tren, pero para determinado tipo de maquetas sería muy interesante. 

Cuando empieza mi cabeza a llenarse de ideas, no paro hasta llevarlas a cabo, o hasta convencerme que son inviables, así que en este momento tengo una bonita tormenta de ideas en el coco. Se podrá decir que para qué quiero ese controlador múltiple manual, si mi maqueta ya tiene el Mousecab que hace lo mismo pero mejor (claro, maneja trenes, no bloques, pero tiene un ordenador detrás), pero la cuestión, no es esa, es decir no se trata de si me es útil o no, sino de saber si puede hacerse o no. De hecho, tampoco necesito para nada controles manuales como el PWM04 o los anteriores, pero los he desarrollado con la misma idea de reto personal, y al final muchos compañeros se están beneficiando de ellos.

El problema de todo esto es que mi pobre maqueta está abandonada, porque estoy liado con todas estas ideas (y algunas más que ya comentaré) y no doy abasto para tanto Hobby.



  

lunes, 28 de octubre de 2013

Y van....¡cinco!



Pues si, se han cumplido ya cinco años desde que comencé este blog, y desde que comencé el proyecto de mi maqueta. La verdad es que cuando inicié este proyecto, calculaba un plazo de unos tres años, para llevarlo a cabo, pero como cualquier otro proyecto, la realidad supera ampliamente las previsiones de plazos.

Para ser realistas, ha habido dos circunstancias que han retrasado notablemente lo que hubiera sido la duración normal de la construcción de la maqueta: La primera fue el cambio de casa, que me hizo perder casi un año, entre el parón previo al traslado, y el parón posterior al traslado hasta que me pude dedicar de nuevo al tema.

Pero también se ha dado otra circunstancia a tener muy en cuenta, y es que el proyecto se ha convertido en algo mucho más ambicioso que lo previsto inicialmente. Me refiero naturalmente a todo el sistema de control que me ha llevado a la necesidad de meterme de lleno en temas de electrónica, aparte de dedicar muchas horas a la programación del programa de control.

Como comento todos los años, para mi, la temporada de trenes comienza estos días otoñales, en los que el cambio horario y el tiempo desapacible invitan a pasar largas tardes en casa. Desde antes del verano prácticamente no he tocado la maqueta, pero ahora me pondré de nuevo al trabajo, con el claro objetivo de dejar terminado en este sexto año todo el sistema de control, de manera que no quede más que hacer el paisaje y la decoración.

La verdad es que este, ha sido un año productivo, pues el año pasado por estas fechas aún no tenía claro como iba a funcionar el control de tracción y justo antes del verano lo tenía funcionando. Cuando funcionó completamente bien, al menos en una parte de la maqueta, grabé un video que con el nombre de "Adagio" publiqué aquí, y tuvo muy buena acogida.

Hoy, como celebración del cumpleaños del blog, he hecho una nueva edición de este mismo video, que viene a ser una demostración de lo logrado a lo largo del año, y en la que he insertado algunas imágenes de videos anteriores, lo que viene a dar una idea de lo conseguido y de lo hecho para conseguirlo. Es el video que podemos ver en la cabecera de este artículo.

Respecto de la acogida del blog, estamos rondando las 250.000 páginas vistas, con un ritmo de unas 6.000 mensuales, que se mantiene muy constante, incluso durante los meses de verano, en los que el blog ha estado parado.

También es un buen momento para comentar la buena acogida de la Web ¡Quiero una maqueta! que lleva ya más de 80.000 páginas vistas en sólo ocho meses de vida. Además veo que esta página se menciona y se recomienda en muchos foros, sobre todo a los principiantes.

jueves, 17 de octubre de 2013

Prácticas de electrónica



Como comentaba en el último artículo, me he construido un controlador "profi" aprovechando uno de los prototipos de PWM04 que he construido, y añadiendo una serie de elementos adicionales. Hoy he querido someter este equipo a una serie de pruebas y para ello he montado un pequeño laboratorio, incluyendo unas vías de prueba y una locomotora, y el osciloscopio para ver qué es lo que estaba generando el controlador.

Lo primero que he querido hacer es algo que llevaba mucho tiempo detrás de ello, y que ahora, tenía muy a mano. Me refiero a medir qué es exactamente lo que produce el famoso limpiavías de Gaugemaster. El problema es que este elemento produce una tensión muy alta, y tenía miedo de cargarme el osciloscopio si lo conectaba sin más. Fundamentalmente eso ha sido lo que me ha retenido hasta ahora, pero hoy me he montado lo que los electrónicos llaman un atenuador. A pesar del nombre no son mas que un par de resistencias de 10 MOhm y de 0,1 MOhm formando lo que se llama un divisor de tensión. Como una es 100 veces mayor que la otra, la tensión queda divida por cien.

Conectando este atenuador a la salida del limpiavías y la sonda del osciloscopio al atenuador, aparece la bonita imagen que recoge la fotografía de la cabecera. Bueno, la salida es exactamente la línea amarilla (canal 2 del osciloscopio) ya que la roja es la entrada de corriente alterna que alimenta el limpiavías y que he conectado al canal 1 como referencia.

Interpretando esa imagen vemos que en las semiondas negativas de la corriente de alimentación, el circuito no produce salida alguna. Por el contrario en las semiondas positivas produce una onda simétrica que en realidad es una onda de 60 kHz (véase la indicación de "Frec" en la pantalla del osciloscopio) modulada de forma simétrica por las semiondas positivas de la tensión de red, que como sabemos es de 50 ciclos. O sea que cada una de esas manchas amarillas de la imagen recoge más de 1000 oscilaciones de la frecuencia de 60 kHz.

Aumentando la frecuencia de barrido del osciloscopio, vemos perfectamente esta onda de 60 kHz aunque la imagen resulta un poco inestable porque su amplitud es variable. En la imagen pequeña vemos la imagen obtenida con este nuevo ajuste del osciloscopio.

Volviendo a la imagen grande, podemos leer en la esquina inferior derecha, que la tensión pico a pico (Vpp) de la señal de salida es de 4 voltios, pero recordando que tengo conectado un atenuador de 100X hay que interpretar que en realidad el circuito está produciendo una tensión de salida de 400 voltios de pico a pico. (Unos 140 voltios eficaces)

La medida de la tensión puede ser engañosa porque realmente tenemos conectado el atenuador, que supone una resistencia de 10 MOhm. Aunque es una resistencia muy alta, como la resistencia interna del circuito debe ser también muy alta, seguramente se produce una caída de tensión apreciable. De hecho la lamparita de neón se apaga, lo cual indica que el circuito está detectando los 10 MOhm como una carga apreciable,

En resumen que este chisme produce una tensión de por lo menos 140 voltios, y seguramente bastante más en vacío, y con una frecuencia de 60 kHz. La extraña forma de la onda modulada, seguramente se debe al circuito que emplean para generar la frecuencia de 60 kHz a partir de la alterna de 50 Hz, Pero probablemente valdría cualquier otra forma de onda.

En la imagen siguiente, vemos el nuevo controlador con la tapa abierta, y se pueden ver los distintos elementos que lo componen



Como se ve, el circuito PWM04 está en la tapa, donde también vemos el amperímetro, Dentro de la caja, a la derecha está la fuente conmutada, y a la izquierda el transformador que alimenta el circuito limpiavías con corriente alterna. En el centro arriba se ve la placa del limpiavías, y debajo el circuito azul es el que produce tensiones de 9 Voltios y de 5 Voltios (para los trenes de escala Z y para el amperímetro) A la izquierda vemos la alimentación y el shunt del amperímetro.

Por fin en la siguiente imagen vemos el montaje para las pruebas con el controlador, el osciloscopio y las vías de prueba.


La prueba ha resultado muy interesante, porque he podido ver, por un lado lo bien que funciona el controlador PWM04, y por otro lado he obtenido unas tomas de vídeo bastante espectaculares de la locomotora que he usado para las pruebas: la famosa BR01 de referencia Märklin 88010.

Aquí tenemos el vídeo:



Aparte de comprobar que tanto la locomotora como el controlador funcionan de maravilla, al final del video se ve lo que ocurre cuando la frecuencia de la señal PWM la subimos hasta los 20 KHZ. El comportamiento de la locomotora varía completamente, y aunque obedece al mando de velocidad, es imposible conseguir las velocidades tan espectacularmente lentas que se consiguen con la frecuencia de 40 Hz.

Mi conclusión después de esta prueba, es que la frecuencia de la señal PWM tiene mucha más importancia de lo que yo creía hasta ahora. Los 40 Hz que vengo empleando casi por casualidad desde el principio, resulta que son perfectos, mientras que las frecuencias altas, se comportan mucho peor.

De hecho el resultado con los 20 kHz ha sido tan malo, que seguramente hay algún factor que ha actuado en contra. De hecho los decoders que se montan en las locomotoras digitales alimentan los motores con señales PWM de frecuencias altas (en algunos casos son ajustables, pero por lo que yo se, siempre en rangos de Kiloherzios) y desde luego las locomotoras digitales no se comportan tan mal como lo que vemos en el video.

Yo creo que la diferencia estriba en el hecho de que en una locomotora digital, la distancia entre el decoder que produce la corriente PWM y el motor de la locomotora es sólo de unos cuantos milímetros, mientras que aquí la señal se genera en el controlador y por lo tanto tiene que recorrer bastantes centímetros de cables, luego pasar a las vías, después a las ruedas de la locomotora, y por fin llegar al motor. Todo esto seguramente introduce una serie de capacidades parásitas que deterioran la forma de la señal. Y además en ese camino la señal atraviesa el bobinado del transformador del limpiavías, que tendrá su correspondiente inductancia. En definitiva que la señal puede deformarse completamente y llegar a la locomotora con una forma muy apartada de la que genera el controlador.

Lo que si es cierto, es que exactamente esto es lo que me está pasando con mi maqueta. No consigo una buena marcha lenta, y eso produce que las frenadas y arrancadas suaves no sean tan suaves como debieran. Ya no me cabe ninguna duda que si quiero mejorar ese tema, no tengo más remedio que ingeniármelas para tener señales PWM de baja frecuencia. Lo cual es un buen follón porque la solución basada en las placas Velleman no me vale.

Bueno, de eso se trata, porque esto era un hobby, ¿no?

Edito el 25/01/2004

Ya se cual es la causa del mal comportamiento del controlador a 20 KHZ. Se trata de que el circuito de puente H L293D que he usado como controlador de motor tiene un límite de 5 kHz en la frecuencia de conmutación, de modo que al meterle 20 kHz lo estaba volviendo loco. Todos tranquilos


miércoles, 16 de octubre de 2013

El hermano mayor


Terminaba mi comentario anterior, manifestando mi extrañeza de que no hubiese a la venta, en los canales habituales, unidades de control para maquetas de trenes con todas las posibilidades con que se pueden perfeccionar estos aparatos, y la posibilidad de hacerme uno, completamente a mi gusto para usarlo como controlador para el ajuste y mantenimiento de locomotoras.

Bueno, los que me conocen saben que cuando algo me ronda por la cabeza, no paro hasta conseguirlo, así que como encontré en el cajón de sastre (o es cajón desastre?) unos cuantos elementos que me venían bien para este tema, me decidí a comprar una caja y hacer un montaje de lo que yo creo que es una unidad de control completa.

La imagen de la cabecera es bastante explícita: a la derecha podemos reconocer el aspecto del controlador PWM04 tal como aparecía en el artículo anterior, y es que en efecto, detrás de eso hay exactamente el mismo circuito que en el modelo pequeño que presenté en el anterior artículo, ( y que por cierto, me han pedido desde Argentina, y hoy viaja para allá ). Pero a la izquierda, vemos en la parte superior un amperímetro. Como ya he comentado, al utilizar este controlador para mantenimiento es bastante importante poder conocer el consumo de las locomotoras. Además, y aunque eso no se ve en la imagen, este equipo va conectado directamente a la red, y lleva internamente su propia fuente de alimentación conmutada. La verdad es que ha llegado un punto en el que una fuente de alimentación conmutada puede valer menos que un transformador de la misma potencia, y es incomparablemente mejor, ya que no solo incorpora el resto de elementos para generar corriente continua, sino que produce una corriente estable e  incluye protecciones contra sobrecarga, calentamiento, etc.

En un recuadro más abajo vemos que aparecen los mandos de un limpiavías. Se trata de un limpiavías de Gaugemaster que he incorporado a este controlador para garantizar el perfecto contacto con la vía. Lo único que he hecho es sacar la placa del Gaugemaster de la caja en la que viene montada y ponerla en esta caja. La lamparita de neón que trae originalmente la he sustituido por otra lamparita de neón con los cables más largos y que es el piloto de color naranja que vemos en la foto. Hay un interruptor que conecta o desconecta el limpiavías para poder comprobar su efecto

Por último en el recuadro inferior he puesto también unos controles interesantes. El primero permite conmutar la frecuencia de la señal PWM del controlador entre 40 Hz y 20 kHz. Esto se hace aprovechando la posibilidad que tiene el PWM04 de utilizar una u otra frecuencia, pero la verdad es que cada vez me convenzo más de que la frecuencia de 40 Hz gana por goleada en todos los aspectos.

El segundo conmutador, permite cambiar la tensión de salida, es decir, con mayor propiedad, la tensión de pico a pico de la señal de salida. Se puede seleccionar entre 12 y 9 voltios, de manera que este mismo controlador sirve para N o para Z sin más que cambiar este conmutador.

En el recuadro del regulador de velocidad he puesto un piloto verde que indica que recibe corriente, y además un piloto rojo que debería encenderse si se sobrecarga el circuito. Digo debería, porque el montaje que lleva para conseguirlo es un fusible rearmable, del estilo que utilizaba en mis anteriores montajes. Sin embargo aquí resulta bastante inútil porque el propio circuito integrado que hace de controlador de motor L293D ya incorpora sus propias protecciones frente a calentamiento y sobrecarga, de manera que no es esperable que nunca llegue a funcionar el fusible. La verdad es que entre las protecciones que incorpora la fuente de alimentación a la entrada, y las que lleva este circuito a la salida, todo el sistema está muy bien protegido.

No he dicho nada acerca de si todo esto funciona bien o no. La verdad es que funciona estupendamente, pero de eso no me cabía ninguna duda porque el corazón del sistema es el circuito PWM04 y ya he comentado que estoy muy satisfecho de su comportamiento.






viernes, 11 de octubre de 2013

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".


martes, 8 de octubre de 2013

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




lunes, 7 de octubre de 2013

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.


martes, 1 de octubre de 2013

Decíamos ayer.....



Lejos de mi compararme con Fray Luis de León, que reanudó así sus clases en la Universidad de Salamanca. De entrada él venía de una cárcel de la Inquisición, y yo retomo este blog después de un agradable veraneo, excepcionalmente alargado, sobre todo por la bonanza del tiempo.

Bueno, pues el pasado 6 de Julio, escribía un artículo comentando las posibles ventajas y desventajas de construir un nuevo tipo de controlador, pero basado en un circuito L293 en sustitución del transistor de salida que había utilizado en montajes anteriores. Como ya decía en aquél artículo, no acababa de ver las ventajas de esta sustitución, que aunque es mucho más elegante técnicamente no me aportaba ninguna ventaja práctica, y si una complicación adicional para incorporar una posición de parada en el conmutador.

Evidentemente hay una solución elemental, que es la recogida en el esquema que encabeza este artículo, y que consiste en incorporar un conmutador de tres posiciones a la salida del L293. El cambio de sentido está entonces encomendado a este conmutador con posición central desconectada mientras que el L293 siempre funciona "en el mismo sentido" porque las conexiones de sus terminales de control son fijas. Hacer esto, quita cada vez más sentido al hecho de utilizar el L293, pero no cabe duda de que en el aspecto práctico funciona. Lo que si he hecho es poner un jumper (JP1 en el esquema) para poder conmutar entre dos condensadores C1 y C3 de capacidades distintas para poder tener dos frecuencias de funcionamiento distintas.

Como digo estaba a punto de abandonar esta línea, cuando decidí que era un ejemplo muy bueno para experimentar con lo que podíamos llamar la segunda etapa del programa Proteus. Y es que Proteus es en realidad una suite de programas. El que hasta ahora he comentado aquí es el denominado ISIS que es el encargado de generar esos esquemas de circuito que he publicado últimamente. Pero hay un segundo programa de la suite, denominado ARES que es el que permite diseñar el circuito impreso para construir la placa de circuito impreso.

Ya he comentado anteriormente que hasta ahora, para dibujar el gráfico de los circuitos impresos, me ayudaba de un programa de dibujo denominado PaintShopPro, muy potente en cuanto a dibujo, pero que no sabe si lo que estamos dibujando es una vaca o un transistor.

Sin embargo, ARES es capaz de tomar los elementos del circuito creado con ISIS identificar sus componentes con una librería de "formas" en las que hay infinidad de elementos con su geometría definida (tamaño, situación de terminales, identificación de cada terminal, etc) y a partir de una y otra cosa generar un gráfico del circuito impreso necesario. Realmente no es tan automático como sería deseable pero "se deja ayudar" por el usuario de manera que tras un proceso de prueba y error se llega con más o menos rapidez, según la experiencia del usuario, a un circuito aceptable. Hay dos cosas muy válidas que aporta, y que son la seguridad de que el circuito coincide con el esquema eléctrico, y que garantiza que no hay interferencias entre componentes y entre pistas del circuito.

Así que, con un cierto escepticismo, me decidí a probar la parte de diseño de circuitos impresos. Aquí hay una cuestión importante, porque como ya he comentado, los circuitos impresos que yo fabrico artesanalmente son de una cara, con puentes de unión en la parte superior, mientras que la práctica industrial habitual son los circuitos de doble cara. ¿Sería posible realizar un circuito de una sola cara con Proteus? la respuesta es desde luego afirmativa.

La imagen siguiente es el resultado de ese primer intento.



Como se puede comprobar el programa ha generado un esquema de pistas, representado en azul para una sola cara, y las conexiones que resultan imposibles se han realizado mediante puentes (cuatro en total). Inicialmente estos puentes se representan en rojo pero en el dibujo quedan tapados por el dibujo de líneas para la serigrafía.

Conclusión: SI es posible diseñar un circuito de una cara con Proteus y utilizar este dibujo para fabricar un circuito impreso con la técnica habitual para mi.

De hecho, he fabricado esta placa y el resultado es el que vemos a continuación:

 
Esta es la parte superior, y como vemos la calcomanía se ha obtenido directamente de la imagen de serigrafía generada por Proteus. En cuanto a la parte inferior también la obtuve directamente de la imagen que para la cara de cobre genera Proteus. El resultado es este:
 
 
Como se puede comprobar es un diseño con un estilo distinto a los que yo normalmente creo de forma manual, pero por supuesto perfectamente válido. Al terminar el proceso de la forma habitual, es decir generando el fotolito para el fotograbado etc, puedo intervenir en cualquier fase de este proceso, y aquí, se ve que he incluido el logotipo y el nombre del circuito en la cara de cobre, cosa que en Proteus no había hecho.
 
Bien pues cuando hice esto quedé muy contento, porque tenía un nuevo método para generar circuitos impresos con mayor facilidad seguridad y rapidez que el procedimiento manual que venía empleando.
 
Pero aquí surgió otra idea: Proteus no sólo es capaz de hacer el diseño del circuito e imprimirlo para hacer un fotolito, sino que también es capaz de generar una serie de ficheros con el formato que se utiliza en la industria para fabricar estos circuitos impresos (es lo que se suele llamar ficheros Gerber).
 
Puede parecer que esto sería útil solamente para la producción en serie de grandes cantidades de circuitos idénticos, pero en realidad no es así. Existen empresas que funcionan a través de Internet, a las cuales podemos enviar nuestros archivos Gerber y nos devuelven el circuito impreso fabricado. Lo bueno es que los precios son asequibles incluso para uno solo o para unos pocos circuitos.
 
Como lo tenía tan a mano, decidí hacer la prueba, pero lo que quería ahora era un circuito totalmente profesional, así que lo que hice fue generar un segundo diseño del circuito con Proteus, pero ahora a doble cara.
 
El resultado del diseño fue este:
 
 
Como se puede observar, no he movido para nada los componentes, pero le he pedido al programa un circuito a doble cara, y eso es lo que se ha generado: La cara azul es la inferior y la cara roja la superior. Evidentemente ya no hay ningún puente. Una vez obtenido este diseño, generé los archivos Gerber y localicé una empresa que se dedica a esta función de fabricar circuitos impresos. En unos días recibí por correo las placas con el aspecto que vemos en la siguiente imagen:
 
 
Como no podía menos de ocurrir, el aspecto de esta placa es totalmente profesional. En la vista de la cara superior se ha impreso la correspondiente serigrafía (la calidad de esa impresión no es nada buena) y como corresponde todos los taladros pasantes están metalizados para comunicar las dos caras.
 
En cuanto a la cara inferior, éste es el aspecto:
 
 
Como se puede ver, casi toda la cara inferior está ocupada por un "plano de masa" y tenemos la correspondiente máscara de soldadura de color verde en ambas caras. Precisamente esta máscara de soldadura, junto con los taladros metalizados, son elementos muy difíciles de reproducir de forma artesanal.
 
Bueno, pues ahora resulta que tengo dos placas de circuito impreso distintas para el mismo elemento: el nuevo controlador PWM04.
 
Todavía no he montado ninguno, pero evidentemente lo voy a hacer y veremos que resultado da. Desde luego el aspecto de este controlador montado en esas placas industriales va a ser de lo más profesional. Ya iré comentando el resultado.