Control de corriente directa/inversa usando arduino y registros de desplazamiento

Estoy tratando de controlar múltiples solenoides (hechos en casa) usando un registro de desplazamiento controlado por un Arduino. Idealmente, quiero poder dirigirlos todos juntos hacia adentro o hacia afuera usando la dirección actual.

Originalmente había considerado usar un H-Bridge, pero tengo alrededor de 200 solenoides para controlar, por lo que iba a ser demasiado costoso. Pensé que podría cambiar la dirección de la corriente y enviar 2 conjuntos de valores al registro de desplazamiento, usando el primer bit para especificar la dirección. Al conectar en cadena 25 registros de desplazamiento, puedo controlar los 200 (bueno, 199, pero eso sería suficiente).

Algo como esto:

  • Bit 0: conectado al mosfet que controla el relé que establece la dirección actual
  • Bit 1: conectado al mosfet que enciende o apaga el solenoide 1
  • Bit 2: conectado al mosfet que enciende o apaga el solenoide 2
  • etcétera etcétera

Las hojas de datos son las siguientes:

Adjunto un diagrama, he omitido las conexiones al arduino por simplicidad, pero tengo algunas preguntas.

  1. ¿Parece que funcionará? ¿Estoy totalmente fuera de lugar?
  2. ¿Los mosfets 2n7000 permiten corriente en reversa?
  3. ¿Sería mejor tener 2 mosfets para cada solenoide y mantener todo separado?
  4. En caso afirmativo a 3, ¿necesito diodos delante de ellos o cómo hago para protegerlos del reflujo?
  5. ¿Cuál sería la mejor manera de organizar los diodos amortiguadores? (suponiendo que sean necesarios)

¡Gracias de antemano por cualquier ayuda!

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Se buscan algunas aclaraciones: ¿Se moverán todos los solenoides "habilitados" en la misma dirección en un momento dado? ¿Necesitan moverse absolutamente simultáneamente? ( La corriente de pico consumida en la activación sería enorme, pero peor aún, el EMF de regreso en el apagado deformaría el continuo espacio-tiempo ). ¿Se pueden usar solenoides cargados por resorte, de modo que la activación solo sea necesaria en una dirección? ¿Son estos solenoides de enganche (mecánicamente) o necesitan mantener la corriente para mantener la posición? ¿Cuál es la especificación de inductancia y corriente de activación del solenoide (y retención, si corresponde)?
Con respecto al diagrama cct, esto no funcionaría: si necesita invertir la dirección actual para retraer el solenoide, entonces necesita un interruptor que sea bipolar. Los MOSFET, debido a que tienen un diodo invertido parásito, siempre estarán "encendidos" cuando la fuente sea un voltio más positiva que el drenaje. Esto se aplica a los NFET y lo contrario se aplica a los PFET. Creo que necesitas puentes H o un retorno de resorte mecánico como menciona Anindo.
Los solenoides en cuestión son muy pequeños (4 mm x 6 mm), por lo que espero que el sorteo/fem no sea demasiado loco. Además, se mantendrían mecánicamente, por lo que no necesitarían ninguna corriente de retención. No tengo ninguna especificación como tal, ya que las haré yo mismo. Ciertamente puedo decirle la longitud del cable, el calibre, la cantidad de bobinas, etc., si eso ayuda.

Respuestas (2)

Puede haber una forma de evitar los puentes H completos siempre que tenga cierta indulgencia con la fuente de alimentación: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

La fuente de alimentación es un tipo de riel dividido que normalmente se usa para producir +V, 0V y -V para amplificadores operacionales y amplificadores, etc. Debido a que el secundario es flotante (es decir, no está conectado a tierra), puede conectar el riel negativo a tierra y tener un medio riel (anteriormente 0V) que puede usar la corriente de retorno del solenoide.

Ahora, solo necesita dos FET; uno de tipo P y otro de tipo N. Todavía necesita diodos de protección, por supuesto.

Cuando la corriente activada tipo N fluye a través del solenoide de izquierda a derecha. Cuando se activa el tipo p, la corriente fluye de derecha a izquierda.

Si quiere derretir cosas, intente activar ambos al mismo tiempo (¡este es un problema normal del puente H de todos modos, pero debe ser "sólido" en cómo funciona su circuito de control)! Si ninguno de los dos está activado, el solenoide no consume corriente.

Existe cierta complicación en el sentido de que el canal P está referenciado al suministro de voltaje más alto y esto necesitará un circuito de transistor adicional para que esté referenciado a la lógica gnd y, al final, es posible que prefiera una unidad de puente H completamente integrada porque es más simple de construir. .

Implementaría el control obteniendo un registro de desplazamiento con salidas de colector abierto y olvidándome de la referencia a tierra. Las salidas del registro de desplazamiento están conectadas entre +12 V y -12 V a través de una resistencia pull-up, y las entradas lógicas están referenciadas al riel de -12 V.
@PhilFrost suena como una buena idea. ¿Puedes conseguir ese tipo?
74596 es idéntico al 74595 especificado en la pregunta, pero con salidas de colector abierto. Estoy bastante seguro de que puede tomar 24 V en la salida, pero sería prudente leer algunas hojas de datos.
Debo haberme golpeado la cabeza, porque estaba seguro de que algo así estaba disponible, pero parece que todos los registros de desplazamiento con salidas de colector abierto son piezas muy caras y no almacenadas. Probablemente agregar un transistor externo a un registro de desplazamiento CMOS como sugieres es más barato.
Como probablemente te darás cuenta, todavía soy un poco novato con esta tontería de la electrónica. Sin embargo, esto parece muy prometedor y ciertamente me da algo con lo que jugar. No pude entender la diferencia entre los mosfets de canal n y p, pero esto lo ha dejado mucho más claro. ¡Gracias!

Lo que has dibujado aquí no funcionará. Cuando la corriente se invierte, tienes esta situación:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El diodo allí es el diodo inherente a todos los MOSFET . En su lugar, podría usar un relé de estado sólido (SSR) o un relé electromecánico. Lo más barato que pude encontrar en Mouser es $0.48; No sé si esto sigue siendo "demasiado caro".

Probablemente podría poner puentes H completos en cada solenoide por un precio similar. Hay paquetes de montaje en superficie que tienen un MOSFET de canal N y canal P en el mismo paquete que son muy económicos. Por ejemplo, Mouser vende Vishay Si1539CDL por $0,13 en cantidades de 250. Estoy seguro de que, si observa, puede encontrar algunos que tienen varios pares de P y N que pueden resultar incluso más baratos.

Puede controlar cada puente H con 2 salidas en el registro de desplazamiento, una para cada lado. O agregue algo de lógica digital para reducir las salidas de registro de desplazamiento requeridas, pero probablemente el costo sea aproximadamente el mismo. O combine esto con la solución de Andy y solo necesita 1 salida de registro de desplazamiento y medio puente por solenoide.

Hola, he dudado en mirar los componentes de montaje en superficie porque pensé que necesitabas equipo especializado para usarlos. Pero es posible que tenga que investigar si puedo instalarme a bajo precio. Estoy en aus, por lo que la mayoría de los componentes cuestan 3 veces más que en los EE. UU. Por ejemplo, el vishay si1539CDL cuesta alrededor de 40c cada uno :(
@Mookle no tengas miedo del montaje en superficie. Si te quedas con los paquetes más grandes (SOT-23, SOIC...) todo lo que necesitas es un buen soldador y algo de soldadura que no sea demasiado gruesa, y unas pinzas. Prefiero el montaje en superficie para mi trabajo de hobby, ya que me ahorra la molestia de perforar agujeros en las PCB que hago.
Control de corriente directa/inversa usando arduino y registros de desplazamiento
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