convertir pwm a señal analógica con una carga de 0.7A

Tengo una pregunta, una fácil creo. Estoy diseñando un pequeño módulo que puede tomar el control de un modelo de tren analógico tan pronto como se detecte el tren.

Cuando se detecta el tren, un uController debe reducir el ciclo de trabajo al 50 % o al 0 % (la frecuencia es fija) para reducir la velocidad del tren a la mitad de la velocidad o detenerse por completo.

El voltaje en este trozo de vía tiene que ser analógico (0V - 12V). El uso de una señal PWM sin filtrar en las pistas no es una opción. La primera sección sería de 12 V CC, si un tren pasara de la primera sección a una sección que tiene PWM, cada rueda conductora podría desencadenar un pico de cortocircuito entre 0 V y 12 V. El sistema podría salirse con la suya con tales picos de cortocircuito, pero creo que no puede ser bueno y, por lo tanto, lo considero una mala opción.

También es muy indeseable conducir trenes analógicos con PWM. Los primeros trenes digitales no entienden una señal PWM y simplemente no funcionarán. Es común que las personas tengan un tren digital circulando entre trenes analógicos.

PWM'ing un tren se puede hacer en 20kHz o más (debido a los horribles sonidos de tono alto). Esto tiene horribles cualidades de conducción en trenes analógicos. Los trenes digitales usan estas frecuencias, pero estos trenes también vienen con control de crucero y un sistema avanzado PID (o algo similar) para lidiar con esto.

Con mucho, la mejor manera de lograr un buen controlador PWM es variando la frecuencia junto con el ciclo de trabajo. < 10 % del ciclo de trabajo utiliza 20 Hz y el 100 % del ciclo de trabajo se realiza a 100 Hz. Aunque los trenes conducen maravillosamente con este método. El LED del tren puede parpadear como un árbol de Navidad (aunque las bombillas incandescentes funcionan bien) y, lamentablemente, no todos los trenes tienen espacio para acomodar un circuito antiparpadeo. Tampoco es deseable si necesita hacer esto con cada tren.

La detección se realiza a través de un optoacoplador. Cuando una corriente fluye a través de los 2 diodos, crean una caída de 1,4 V sobre el LED de un amplificador operacional que luego reduce la línea de detección de corriente a 0 V. Esto informa al uController que un tren ha entrado en la sección.

Este circuito está diseñado para tráfico unidireccional.

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El opamp debería filtrar correctamente el pwm a un voltaje analógico. Pero quiero que maneje una carga de aproximadamente 0,7 A como máximo sin experimentar una caída de voltaje notable.

En este momento tengo un amplificador operacional de riel a riel en el suministro, pero no puede proporcionar los 700 mA deseados.

Preguntas:

  1. Sin tener en cuenta cualquier posible desarrollo de calor, ¿puedo simplemente agregar un mosfet o un transistor como el darlington TIP120 detrás del opamp sin arruinar el nivel de voltaje en las pistas? ¿O esto afectará el nivel de voltaje de manera negativa (lo cual sospecho)
  2. ¿Es una buena idea elegir un opamp más fuerte como este de Mouser que puede manejar hasta 1A?
  3. ¿Es una buena idea usar este circuito (con 5 V en lugar de 12 V) para 'reemplazar' el potenciómetro de un convertidor reductor existente (esencialmente estaría controlando la salida de un convertidor reductor usando este circuito como entrada)

También. Todavía tengo que aprender a ejecutar una simulación de un esquema, así que no, no he simulado nada.

Los comentarios se han movido al chat aquí . Demasiadas peleas para que valga la pena dejarlos aquí. Hay un grado de "hablar más allá del otro" sucediendo. Algunas de las afirmaciones de ambos lados PUEDEN ser correctas o no. Una elaboración mutua de por qué ocurren las diferencias de opinión sería útil para todos. | Sería útil si TODAS las partes pudieran mantener una actitud al menos medio cortés. Bastante por favor.
Si bien las soluciones analógicas para tal problema son posibles, normalmente no se elegirían en la actualidad. Un diseño moderno examinaría cuidadosamente las razones por las que una solución PWM parecía inadecuada y llegaría a la conclusión de que la PWM de un solo extremo implementada con cuidado no desafía a los trenes de una manera que las situaciones ordinarias de potencia de vía no lo hacen ya. De manera similar, la preocupación de transitar entre segmentos conducidos a diferentes velocidades no es un problema cuando están alimentados para viajar en la misma dirección (puerta "O"). Las uniones en direcciones opuestas son un problema en cualquier esquema y requieren segmentos de aislamiento.
Si bien un tren DCC no podrá interpretar la potencia PWM como un comando digital, aún puede usarla como energía, dicho tren debe comenzar rectificando y filtrando su fuente de alimentación desde su propia forma de onda de comando no tan diferente, aunque en este caso, a diferencia del DCC, no habría inversión de la polaridad de la pista en el ciclo.
Todavía parece ignorar el problema del LED parpadeante, que es la razón número 1 para que no use pwm. Y lo que dices sobre los trenes digitales y pwm es completamente falso. Podría ser posible diseñar un decodificador que funcione, pero estos simplemente no existen. El decodificador que probé (esu V4) comenzó a moverse aproximadamente al 90% del ciclo de trabajo. No había forma de dejar que el tren acelerara lentamente con pwm y las luces parpadeaban mucho. Quizás pueda desacelerar lentamente un tren digital con pwm, pero es poco probable que obtenga buenos resultados.
Esos problemas son exactamente lo que se esperaría cuando la tasa de PWM es demasiado baja, y son la razón por la que necesita PWM de alta tasa. Pero incluso si desea ir con analógico, tómese el tiempo para comprender por qué un circuito PWM de un solo extremo no se "cortocircuita" cuando se conecta a otra pista en la misma dirección. Como solo está encendido o apagado, lo tolera bien. Por el contrario, algunas soluciones de salida analógica no lo tolerarían sin protección.
sí, lo sé, y también dije que una frecuencia más alta da malos resultados de conducción, que es mi razón número 2 para no usar pwm. PWM solo es deseable si equipa sus trenes con un circuito antiparpadeo. Y de nuevo, no quieres hacer esto. Además los elcos necesarios para esto no siempre encajan

Respuestas (1)

Sin tener en cuenta cualquier posible desarrollo de calor, ¿puedo simplemente agregar un mosfet o un transistor como el darlington TIP120 detrás del opamp sin arruinar el nivel de voltaje en las pistas? ¿O esto afectará el nivel de voltaje de manera negativa (lo cual sospecho)

Sí. En realidad, ¡los amplificadores operacionales son realmente buenos en esto! Puede colocar cualquier tipo de circuito de amplificador que desee entre la salida del amplificador operacional y el punto de retroalimentación (donde se conecta la entrada -) y el amplificador operacional ajustará su salida para mantener las entradas + y - iguales. ¡Eso significa que compensa automáticamente cualquier cambio de voltaje causado por el amplificador!

¿Qué tipo de amplificador debería usar? Para su circuito, debería funcionar un transistor de paso NPN. Colector -> fuente de alimentación, emisor -> pistas (a través del sentido actual), base -> salida de amplificador operacional. Esto se denomina configuración de "seguidor de emisor". Tenga en cuenta que el emisor tendrá un voltaje aproximadamente 0,7 V más bajo que la base. El amplificador operacional compensará configurando la base 0.7V más alta que el voltaje que solicita. Pero el amplificador operacional no puede configurar la base más alta que la propia fuente de alimentación del amplificador operacional, por lo que esto afecta la potencia máxima . No tendrá problemas para poner 12 V en las pistas si aumenta la fuente de alimentación hasta 15 V más o menos.

Puede colocar un transistor NPN en la pista negativa en lugar de la positiva, entonces su caída mínima será de aproximadamente 0,2 V en lugar de 0,7 V, a menos que la pista negativa tenga que ser 0 V por algún motivo. También podría usar un transistor PNP en la pista positiva, en cuyo caso también debe intercambiar el + y el - porque un voltaje de base más bajo aumentaría el voltaje de la pista. Cualquiera de estos hace un amplificador de colector común, y si los prueba, coloque una resistencia en serie con la base.

Por cierto, su circuito de detección de corriente también baja el voltaje. Conecte la entrada + después del circuito de detección de corriente. De esa manera, compensará la caída de voltaje causada por el circuito de detección de corriente. Y nuevamente, el amplificador operacional debe tener un voltaje lo suficientemente alto para que sea posible la compensación.

¿Es una buena idea elegir un opamp más fuerte como este de Mouser que puede manejar hasta 1A?

Seguro. Si hace lo que quieres, ¿por qué no? Creo que aprenderá un poco más haciendo un circuito más complicado con un transistor de paso, pero es su elección.

¿Es una buena idea usar este circuito (con 5 V en lugar de 12 V) para 'reemplazar' el potenciómetro de un convertidor reductor existente (esencialmente estaría controlando la salida de un convertidor reductor usando este circuito como entrada)

Eso depende, ¿cómo está conectado el potenciómetro en el circuito?

Sí, podrías hacer esto si quieres un diseño de la década de 1970. Pero un diseño moderno no desperdiciaría esfuerzos en la creencia errónea del autor de la pregunta de que PWM no es adecuado, en lugar de simplemente necesitar tener una tasa de conmutación elegida adecuadamente.
@ChrisStratton ¿Hay una metapregunta sobre responder preguntas tal como están escritas frente a ignorar los requisitos percibidos como irrelevantes?
Eso generalmente entraría en la categoría de un "problema XY", especialmente cuando el autor de la pregunta es alguien con un historial de tal comportamiento.
... el autor de la pregunta ha explicado su razonamiento para rechazar PWM y, como era de esperar, está equivocado.
@user253751Gracias por tu respuesta, la marqué como la correcta. Por cierto, soy plenamente consciente de la caída de voltaje. Esto lo compenso agregando la misma caída a las secciones no detectadas también. Si se preguntaba por qué no hay PWM, edité la pregunta con aproximadamente 4 razones diferentes.
@ChrisStratton, ¿no cree que hay trenes que circulan por las vías que tienen circuitos de control en su interior que están diseñados para variar su velocidad en función de un voltaje de suministro constante y no en función de una señal PWM?
@ bask185 No entiendo lo que dice sobre la compensación, pero deje que el amplificador operacional haga la compensación por usted si puede. Es más fácil.
@ user253751 si eso fuera una preocupación seria, se resuelve simplemente agregando un capacitor en el punto de accionamiento, pero dado lo sucio (¡y reversible!) Por no mencionar la potencia típica intermitente de la pista, dudo que la electrónica a bordo tenga un problema con alta tasa de PWM.
la electrónica a bordo también puede manejar caídas de voltaje de varios voltios. Pero los trenes analógicos no tienen tales características, funcionan mal a 20 kHz y funcionan bien a 20 Hz-100 Hz, pero sus LED no. Poner un capacitor detrás de una salida pwm también está en mi lista de pruebas. Solo quería saber si podría usar un opamp en caso de que lo anterior no sea satisfactorio.
Con la compensación me refiero al 'salto de velocidad' que hacen los trenes analógicos cuando de repente experimentan una caída de voltaje cuando pasan por secciones detectadas. Las secciones no detectadas a menudo se alimentan a través de un puente rectificador para crear la misma caída de voltaje que tienen las secciones detectadas. Esta es una práctica común
convertir pwm a señal analógica con una carga de 0.7A
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