Solenoide automotriz de conmutación de circuito de temporizador 555 con transistores de conmutación PNP y NPN

Estoy tratando de diseñar un circuito temporizador de 30 segundos para cambiar un solenoide automotriz que consume alrededor de 0.8 amperios y necesito ayuda, por favor.

Las publicaciones de StackExchange han sido muy, muy útiles hasta ahora, y al leer publicaciones anteriores, ha ayudado a mejorar el diseño del circuito con diodos de protección D1 y D2, y condensadores de desacoplamiento C3 y C4, colocados muy cerca de los pines 1 y 8 del 555.

Debido a la configuración, mi circuito de control debe estar por encima de la carga, por lo que estoy usando un transistor PNP (Q2) para cambiar el solenoide. La Base del PNP está conectada a tierra a través de un transistor NPN (Q1), que es conmutado por la salida de un chip 555.

Diagrama del circuito del temporizador de 30 s

Mi problema es que el solenoide se enciende tan pronto como se conecta el transistor NPN Q1. Al desconectar la salida del 555 o la conexión del transistor a tierra, se apaga el solenoide.

Al crear prototipos, funcionaba anteriormente cuando se usaba BD682 como transistor PNP y BD681 como transistor NPN con resistencias de base del tamaño adecuado, pero ahora cambió a piezas de montaje en superficie y está roto. Cualquier consejo recibido con gratitud!

En este hilo: interruptor de transistor PNP a NPN , algunas de las respuestas discuten la adición de transistores entre la base y el emisor del transistor PNP debido a la fuga del transistor NPN, pero creo que R5 hace eso en mi circuito.

Debe definir si es reactivable o no. Pero su impulso actual es demasiado débil.
No estoy seguro de que la entrada TRIG no necesite una resistencia pull-up, la verificaría dos veces. D1 está en la ubicación incorrecta, debe estar en paralelo con el solenoide para bloquear el retroceso inductivo.
@sstobbe Gracias, echaré un vistazo a una resistencia pull-up en la entrada TRIG. Cuando el solenoide colapsa, D2 es el diodo que permite que el pico se disipe. D1 es un diodo de potencia para proteger los transistores.
El solenoide retrocederá negativamente en este caso y D1 empujará el colector de Q2 más allá de su clasificación VCE.
Gracias @sstobbe. No entiendo por qué el solenoide retrocedería negativo. Pensé que había un gran pico positivo a medida que se libera la energía almacenada en la bobina. Buscaré un poco más.
Cuando el pnp se apaga, la corriente almacenada en el inductor continúa y, como resultado, atrae ese nodo a un gran voltaje negativo.
Gracias de nuevo, busqué anoche y el enlace del artículo de Wikipedia fue útil para mí, explicándolo tan claro como el día, ahora que me alertaste de que se trata de un pico de voltaje negativo. Siempre había pensado que era un pico de voltaje positivo.

Respuestas (2)

Si el solenoide es de 12 V / 0,8 A = 15 Ω = Rc y Vce (sat) está clasificado para Ic/Ib = 50 = 1,5 A/30 mA, entonces Rb = (12-Vbe1-Vce2)/30 mA = (12-5 V)/30 mA = 266 Ω a 12 V y 307 ohmios a 14,2 V o más cercano, a su elección.

Pero su Darlington cae 2.5V tanto para Vbe como para Vce @1.5A, por lo que la unidad base cambia, si el motor ha arrancado, lo que afecta a Vce (sat).

El solenoide solo obtiene 9,5 V de 12 V pero 11,7 V de 14,2 V.

El uso de un FET Pch con un RdsOn de, digamos, <1 % de la carga = 100 a 150 mΩ suministrará 14 V al solenoide.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El diodo protege la salida del exceso de voltaje =LdI/dt, pero también ralentiza la liberación del solenoide debido a L/R=T, donde R es la resistencia del diodo ~1 ohmio de tiempo de caída.

Velocidad de encendido = T = L/DCR del solenoide

Apague la constante de tiempo de amortiguación = T=L/R donde R = 1 a 20 x DCR a elección con el diodo para comprometer la sobretensión. V=IR =0,8 * (16+16)= 28 V o V= 0,8A x 320= 256V

La reducción de la serie R en el diodo aumenta la disipación de potencia y ralentiza la respuesta de la liberación del solenoide, ya que la energía debe disiparse E=1/LI^2, que puede estar en vatios. Elegir la serie R igual a la DCR del solenoide puede ser un buen compromiso dependiendo de las especificaciones de diseño del resorte y el tiempo de liberación de su solenoide.

Mida el DCR de la bobina con DMM y luego elija 1/4W o más dependiendo del representante. velocidad del actuador a medida que la energía se descarga en R con un factor de amortiguamiento L/R bajo.

Mantenga los pares de cables ajustados para el solenoide para minimizar el área del bucle de corriente, incluido el diodo al límite de Vcc. Esto reducirá la EMI radiada.

Gracias por el consejo sobre la caída de voltaje @SunnyskyguyEE75. El solenoide parece funcionar bien con ese voltaje, pero sería mejor evitar la caída de voltaje, por lo que buscará el mosfet del canal P en la próxima oportunidad. Ic/Ib para el PNP darlington está entre 2000 y 3000 según la hoja de datos, es por eso que R4 es una resistencia de 10k.
Ese es el hFE lineal, pero cuando funciona como un interruptor saturado, se reduce al 10% como regla general, pero en este caso tiene una clasificación de Ic/Ib=50
Gracias de nuevo. ¡No sabía eso! Echaré un vistazo más de cerca a la hoja de datos y aprenderé a leer ese parámetro.
El diodo protege la salida del exceso de voltaje =LdI/dt, pero también ralentiza la liberación del solenoide debido a L/R=T donde R es la resistencia del diodo ~1 ohmio de tiempo de caída, por lo que agregar una serie R en el diodo 25 veces el DCR del solenoide restaura el tiempo de respuesta del solenoide con un compromiso en el voltaje inverso.
Una vez más, gracias a todos por sus aportes. Sigo trabajando en esto en los momentos libres. Cuanto más estudio los diagramas anteriores, más preguntas tengo. Entendiendo que está ofreciendo asistencia completamente de buena voluntad, pensé en preguntarles aquí para que otros que encuentren esta publicación más adelante también puedan aprender. Pregunta 1: En los diagramas anteriores, ¿cuál es el propósito del C1, el capacitor de baja ESR? Pregunta 2: En el diagrama de la izquierda con el mosfet, ¿por qué D1 está en paralelo con el mosfet y no con el solenoide?
la corriente cambia de FET a diodo a medida que la corriente continúa en la misma dirección y decae a 0. el diodo se polariza directamente por BEMF
Pregunta 3: Con un mosfet de modo de mejora de canal P, el circuito tal como se dibuja tendría un flujo de corriente y el solenoide activo siempre que la salida 555 sea baja, y evitaría el flujo de corriente y apagaría el solenoide cuando la salida 555 es alta, ¿correcto?
Puede invertir todo, desde el lado alto de Pch hasta el lado bajo de Nch. Deberá proteger los pulsos dV/dt de alta corriente/voltaje para que no entren en el temporizador. y VCC
¿Tuviste una tolerancia en los 30 segundos?
Lo siento, tenía el diodo en el lugar equivocado Aquí hay una simulación tinyurl.com/y454kvan
gracias por los diagramas actualizados, mucho más claros. La tolerancia para el retraso de 30 segundos es grande: más 5 segundos no serían un problema, menos 5 segundos está bien para la aplicación, pero probablemente se limite a menos 1 segundo debido a la expectativa del usuario de 30 segundos.
Con respecto a cambiar del lado alto del canal P al lado bajo del canal N, este es un buen consejo para otros que lean este hilo más adelante. En mi aplicación, estoy limitado al lado alto y, por lo tanto, al mosfet de canal P o al transistor PNP, por lo que usaré un transistor adicional y una resistencia pull-up para hacer que la compuerta/base sea normalmente alta y baja cuando la salida 555 está activa.
Personalmente, en 1975, habría usado un CD4060 y oscilado con cualquier pequeña capitalización estable del 2% y dividido por 2 ^ Qn con puertas para seleccionar los segundos deseados de 1 disparo a horas o días y

Para responder a la pregunta original, creo que he encontrado la causa raíz de mi problema con el solenoide siempre encendido:

Originalmente usé un divisor de voltaje para proporcionar 5 voltios al temporizador 555 y al capacitor/resistores asociados. Esto se debe a que no sabía lo que estaba haciendo: el divisor de voltaje tiene una capacidad muy limitada para suministrar corriente, por lo que operaría bien el 555, pero tan pronto como los transistores conectados consumieran una pequeña cantidad de corriente, el voltaje de suministro a el 555 caería y causaría problemas con el tiempo y las señales.

Dado que el 555 tiene una capacidad nominal de hasta 18 voltios, eliminé la resistencia creando el divisor de voltaje y operé el circuito con 12 a 14.2 voltios (voltaje automotriz).

Sin embargo, el capacitor de temporización que tenía en mi prototipo de PCB solo tenía una capacidad nominal de 6.3 voltios. Era el único componente que no tenía la calificación suficiente y estaba causando problemas con la activación y el tiempo. Reemplazar el capacitor hizo que mi circuito funcionara como se esperaba.

En realidad, resulta que los problemas con el divisor de voltaje y el capacitor de 6.3 voltios pueden haber sido problemas de confusión, pero no la causa raíz real. La causa raíz real fue R6, en el diagrama de arriba. Debe ser una resistencia pull-up conectada al riel de 12v, manteniendo el pin 2 alto, excepto cuando se presiona el interruptor.
Solenoide automotriz de conmutación de circuito de temporizador 555 con transistores de conmutación PNP y NPN
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