Control de válvulas solenoides con ULN2003A, corriente de entrada, Arduino

Quiero controlar un total de cinco electroválvulas con mi Arduino. Las válvulas de solenoide funcionan a 12 voltios y tienen un consumo de energía de 5 vatios por válvula de solenoide, lo que equivale a una corriente de aproximadamente 420 miliamperios.

Mi idea es usar una matriz de transistores ULN2003A para hacer esto. La hoja de datos ULN2003A dice que admite voltajes de hasta 50 voltios y una corriente máxima de 500 miliamperios por salida.

Mi pregunta es: ¿Es el ULN2003A con su clasificación de corriente máxima de 500 miliamperios por salida suficiente para cambiar las válvulas de solenoide de manera confiable? Lo pregunto porque las válvulas de solenoide son cargas inductivas y, si no me equivoco, están sujetas a una corriente de arranque que supera con creces la corriente normal.

Los solenoides son inductores. En CC no hay sobretensión. De hecho, la corriente tarda un tiempo en alcanzar su valor total. Puede pensar en los inductores como "que les gusta mantener la corriente constante". En el punto de encendido, la corriente es cero, por lo que aumenta a un ritmo controlado. Consulte hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/indtra.html .

Respuestas (3)

Debe leer la hoja de datos detenidamente: la corriente máxima por salida puede estar más cerca de 50 mA que de 500 mA, según las condiciones. Consulte las figuras 4 y 5 en la hoja de datos .

La sobretensión no es un problema con los solenoides de CC, pero debe conectar el COM al voltaje de suministro.

Para una corriente tan alta, recomendaría MOSFET discretos (nivel lógico) y diodos en los solenoides. Por ejemplo, AO3400A y 1N40005/M5 .

Y no olvide que hay una corriente total máxima para el chip. Todo tiene que salir en el pin de tierra a través de un pequeño cable de unión de oro en el interior.
Gracias por su respuesta. Soy bastante nuevo en electrónica y no estoy seguro de entender correctamente el ciclo de trabajo. Si quiero cambiar una válvula solenoide y mantenerla abierta durante un minuto, ¿significaría eso que tiene un ciclo de trabajo del 100 % durante ese tiempo? Quiero poder hacer funcionar 3-4 válvulas de solenoide al mismo tiempo. Lo que me gusta del ULN2003A es su pequeño tamaño y que es solo un componente. ¿Conoce una matriz de transistores MOSFET que sea similar? Mi plan inicial era utilizar una placa de relés de 8 canales barata con diodos 1N4007. Tal vez debería quedarme con esta opción.
Por un minuto, debe usar el número de ciclo de trabajo del 100% para estar seguro. 420mA * 4 = 1.6A. No sé de nada como eso de improviso que es común. Puede usar relés con diodos como sugiere, sin embargo, los relés eventualmente se desgastarán, después de quizás 100,000 operaciones o más, dependiendo de la clasificación y el diseño del relé (y suponiendo que coloque diodos a través de los solenoides, sin eso se desgastarán mucho más rápidamente).

La corriente no aumentará como esperas. Debido a que los solenoides están diseñados para una aplicación constante de 12 VCC nominales, están construidos con suficiente resistencia interna para limitar la corriente; la corriente nominal es la más grande que (con 12V) tendrán.

Además de la inductancia (que puede estar sujeta a efectos no lineales), el solenoide tiene resistencia interna, por diseño.
Los solenoides para aplicaciones de CA con menos resistencia interna también limitarían la corriente de acuerdo con la frecuencia de CA y su inductancia.

Como cuestión práctica, el ULN2003A también tiene límites térmicos y (en el pin de tierra) una corriente total de todas las salidas que no puede exceder los 2,5 A; a 420 mA por sección, seis solenoides serán demasiado para funcionar simultáneamente.

Algunas cosas sobre los solenoides (ya sean relés o válvulas), dado que está utilizando un ULN2003, asumiré que lo manejará con un paso de voltaje:

  1. Cuando se aplica un paso de voltaje, la corriente aumentará hasta que la fuerza electromagnética supere la fricción estática.
  2. En este punto, el émbolo (para una válvula) o la armadura (para un relé) comenzarán a moverse y crearán una EMF inversa que reducirá la corriente a medida que se acelera el movimiento.
  3. Una vez que el movimiento finaliza (por lo general abruptamente), la fuerza contraelectromotriz vuelve a cero y la corriente aumentará hasta el valor de bloqueo.
  4. Por lo general, en este punto, el voltaje se reduce (mediante PWM) a ~40 % del valor inicial, ya que se necesita menos fuerza para mantener la posición en lugar de iniciar el movimiento (tenga en cuenta que la fuerza está vinculada a la corriente, no al voltaje).

Las hojas de datos a menudo especifican ambos valores: impulsar (iniciar movimiento) y mantener (mantener la posición).

Una buena regla general es que la retención es ~40% del impulso.

De forma predeterminada, asumiría que la energía se proporciona en forma estática (donde la válvula estará la mayor parte del tiempo), por lo que los 420 mA serían la corriente de retención, luego necesitaría una sobrecarga para poder activarla correctamente (~ 800 mA).

¿Te refieres a un amplificador de voltaje? Mi plan era usar una fuente de alimentación de 12v para las válvulas de solenoide y usar un convertidor reductor para obtener 5v del suministro de 12v para alimentar el Arduino y controlar el ULN2003. Luego conectaría GND de las válvulas al ULN2003 (más 12v VCC a 9) y VCC de las válvulas con el suministro de 12v. Si lo entiendo correctamente, su punto no sería un problema si la fuente de alimentación puede suministrar suficiente corriente (800 mA por válvula de conmutación). ¿El transistor no tiene que admitir 800 mA porque el EMF posterior se asegurará de que la corriente que fluye a través de él no aumente?
muchas preguntas en un comentario :) de alto nivel, su enfoque es correcto, mi punto principal fue compartir algunos antecedentes sobre por qué era probable que la corriente máxima sea más alta que la cifra que tenía en su pregunta. La decisión final depende de cómo esté construido su circuito y la válvula que termine eligiendo.
La fase de 'impulso' comienza con el émbolo bloqueado, es decir, sin EMF significativo. Eso es idéntico a la corriente 'mantenida', ¿no es así? PWM no es necesario ni se indica aquí.
@Whit3rd La fase de espera comienza cuando el émbolo se detiene. El impulso (que es solo otra palabra para stronger: a veces solo voltaje de suministro completo, a veces incluso voltaje aumentado, de ahí el nombre) es cuando el voltaje más fuerte, por lo tanto, corriente, por lo tanto, fuerza, se aplica para permitir el movimiento. Una vez que finaliza la actuación, PWM es una opción muy común para reducir la disipación. Era necesario mencionar PWM, en mi opinión, para explicar cómo la corriente en la fase de retención se especifica con un valor más bajo que el necesario en la fase de activación (boost) (ya que de lo contrario la corriente de bloqueo sería mayor, ya que no hay back-EMF).
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