H-Bridge y solenoide bidireccional

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Tengo un problema al tratar de operar un solenoide bidireccional desde una RaspberryPi mediante el uso de un puente en H L298N. Estoy seguro de que es un malentendido por mi parte, ¡pero espero que alguien pueda ayudarme!

El solenoide que estoy usando es este Intertec ITS-LX-2218-12VDC-10mm .

El puente H es del mismo tipo que esta L298N Motor Módulo de placa de mando .

Mi voltaje de alimentación es de 15V.

Mi plan es usar el GPIO de Pi para controlar si el solenoide está abierto o cerrado.

Sin embargo, al realizar pruebas (utilizando un voltaje de control de 3.3V y 5V y una conexión a tierra común) he notado un problema.

Si no tengo el solenoide conectado, cuando se usa un multímetro I cuando hay 15 V en la salida cuando los pines de control están configurados en 1 y 0 respectivamente y, como se esperaba, obtengo -15 V si 0 y 1 están presentes. Todo esto está bien.

Sin embargo, cuando realizo la misma comprobación con el solenoide conectado, solo estoy leyendo 7.5V a través de las salidas del puente H y el solenoide no se dispara.

Resumir el puente en H parece funcionar como esperaba, aparte de cuando se adjunta el solenoide. Cuando el solenoide está conectado, el puente h parece no proporcionar suficiente voltaje / corriente para alimentar el solenoide.

El solenoide funciona bien cuando se usa el voltaje de la fuente directamente durante una fracción de segundo.

Sería el primero en confesar que mi conocimiento sobre electrónica es una tontería e incluso una lectura interminable en Google no ha proporcionado ninguna ayuda, por lo que me entrego a la buena gente de stackexchange.

    
pregunta Tim H

1 respuesta

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He echado un vistazo al enlace del solenoide y la hoja de datos del IC utilizado en la placa del puente H de ST que se encuentra aquí: enlace

HandyHowie hizo un buen punto. Los detalles del solenoide especifican 12 VCC, 53 vatios de potencia nominal (no la potencia pico cuando comienza a moverse). Esto le da una corriente de 53W / 12V = 4.417A (aproximadamente). Recuerde que la corriente de encendido (rush-in) para una carga inductiva (solenoide, motor ...) puede ser muchas veces esta cifra. El hecho de que funcione cuando lo conecte MOMENTAMENTE a la fuente de alimentación, que es solo de 2A, puede deberse a que cada fuente de alimentación tiene (o debería tener) un gran capacitor en su salida para ayudar con estas corrientes de encendido para cargas inductivas ( como su solenoide) o para cualquier circuito que necesite cargar sus condensadores antes de que comience a funcionar.

Por lo tanto, su fuente de alimentación NO puede ser lo suficientemente buena para la tarea. También recuerde que aplicando la ley de Ohm, la carga (suponiendo que la resistencia no cambie) requerirá más corriente para una tensión de alimentación de 15V en lugar de 12V. Calculé una resistencia de aproximadamente 2.717ohms, por lo que la corriente real a 15V debería ser 5.521A. Sin embargo, su fuente de alimentación puede ser lo suficientemente buena, dependiendo de la carga que desee que mueva el solenoide, lo que significa cuántos Newtons de fuerza debe producir para moverla, por lo tanto, cuánta corriente requiere para operar.

Además, si busca en la primera página de la hoja de datos el IC del puente H, observará las resistencias de detección RSa y RSb que utiliza el circuito de control para obtener información sobre la cantidad de corriente que atraviesa la carga. . Admito que no leí la hoja de datos completa y no he intentado obtener un esquema para la placa de puente H que está utilizando; sin embargo, el L298 tiene dos puentes y está diseñado para una corriente total de 4A (2A por puente) o un pico no repetitivo (100 microsegundos) de 3A. Sin embargo, puede conectarlo de una manera diferente para tener corrientes más altas (Figura 7). El significado anterior significa que tal vez el circuito de control detecta la sobrecarga de corriente y "intencionalmente" reduce el voltaje para reducir la corriente a través de la carga. En la página 7 de la hoja de datos, dice que el circuito de control puede comenzar a cortar la salida para reducir la corriente, por lo que los 7.5 V que mide pueden ser el valor de RMS, True-RMS o el valor promedio (según el instrumento), después de esta acción de cortar (si sucede). Un osciloscopio podría ayudar a aclarar esto.

Alternativamente, la tensión reducida puede ocurrir porque la tensión de saturación (figura 1 en la página 4 de la hoja de datos) aumenta. La hoja de datos proporciona un valor de voltaje de saturación de 2.4V para 2.4A de corriente. No me queda claro si este voltaje es solo para uno o para los dos transistores del brazo del puente H que completan el circuito; sin embargo, puede observar que la relación no es lineal, por lo que para 4.417A a 12 V espero al menos 4.417 V de tensión de saturación. La situación es aún peor para 15V, ya que la corriente debería ser 5.521A, por lo que el voltaje de saturación debe ser al menos 5.521V. Por lo tanto, el 7.5V que "suelta" puede ser debido a la relación no lineal que se muestra en la Figura 1, o porque la Figura 1 se refiere a cada transistor (y recuerde que tiene dos en serie con la carga, que se encuentra entre los dos transistores en una configuración de puente en H). Tenga en cuenta también que podría quemar su IC H-bridge en estas corrientes altas.

Otra ubicación en la que podría estar "perdiendo" voltaje es a través de un componente fuera de su IC de puente H debido a las altas corrientes. La placa que puedo ver siguiendo su enlace parece tener más componentes externos ... también parece que tiene un pequeño IC de lógica de control de montaje en superficie hecho por ST (quizás el L297 que se muestra en la Figura 8 de la hoja de datos? Puede ver aquí enlace ).

En resumen, como novato, hubiera elegido ir con un puente H diferente y una fuente de alimentación a 12 V y una corriente mucho más alta (si fuera necesario para mover cargas pesadas con el solenoide). Por otra parte, como ingeniero de electrónica, habría construido un circuito con componentes discretos y una resistencia para absorber los 3 voltios adicionales para no sobrecalentar mi solenoide (si es necesario). El costo y la huella habrían sido aproximadamente iguales, quizás incluso mejores ...

Espero que esto ayude,

Mejor de la Suerte, Konstantinos

    
respondido por el Konstantinos

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