Solenoide de conducción bidireccional con puente H y raspberry pi

Quiero manejar un solenoide de timbre de teléfono antiguo bidireccionalmente (20 Hz) usando pines GPIO de frambuesa Pi. Soy nuevo en electrónica, pero pensé que un diseño de puente H funcionaría para hacer esto:

puente h

el solenoide es 500 Ω , no sé la inductancia. Para los transistores planeo usar BC548C. Usaré los pines GPIO para proporcionar la señal de 20 Hz. Mis preguntas son las siguientes:

  • En circuitos unidireccionales equivalentes, he visto diodos de retorno a través del solenoide. ¿Necesito usar esto? En mi caso, donde quiero conducir el solenoide en ambas direcciones, ¿un televisor como http://www.fairchildsemi.com/ds/P6/P6KE150A.pdf ?
  • ¿Necesito usar optoaisladores o equivalentes para proteger el RPi?
  • ¿Asumí correctamente que necesito conectar la tierra RPi a la tierra del solenoide?
  • ¿Se necesitan resistencias desplegables? De ser así, ¿cuál sería un buen valor de resistencia? 50k?

Y, en general, ¿funcionará este diseño o hay alternativas mejores?

Actualizar:

He rediseñado como se sugiere con MOSFET de canal P y canal N. También agregué 2 transistores NPN tipo 2N2222 (¿traductores de nivel?), que pueden cambiar con 3.3v y trabajar con el RPi.

Nuevo puente H con mosfets de canal N y P

Tal como lo entiendo ahora, cuando los GPIO son 0, las resistencias pull-up mantienen los MOSFET de canal P (Q1, Q2) apagados y los MOSFET de canal N (Q3, Q4) encendidos. Cuando GPIO 1 se cambia a alto, las puertas de Q1 y Q3 se conectan a tierra y, por lo tanto, Q1 se enciende y Q3 se apaga, lo que permite que la corriente fluya de izquierda a derecha a través del solenoide. GPIO1 bajo y GPIO2 alto para invertir.

Ahora, no estoy seguro de qué MOSFET elegir. He pasado horas mirando catálogos en línea y ya casi no puedo ver el bosque a través de los árboles. En cualquier caso, encontré BSS84AKW para canal P y NX7002AKW para canal N.

(Busque en Google la hoja de datos, no puedo publicar más de 1 enlace todavía)

¿Son estas las piezas adecuadas para el trabajo? Los he seleccionado principalmente por el bajo voltaje de umbral de Vgs, ya que trabajo con voltajes de nivel lógico. ¿Entonces también es posible, con estos u otros MOSFET, operar esto sin los transistores Q5, Q6, o eso solo funciona si el voltaje GPIO es igual al voltaje del controlador? (aquí 3,3 V frente a 5 V)

Los Pi GPIO solo alcanzan hasta 3,3 voltios, por lo que su circuito solo puede elevar el lado positivo hasta ~ 2,7 voltios. Esto probablemente no hará funcionar el timbre (incluso si los GPOI fueron a 5 voltios) ya que el voltaje del timbre del teléfono es normalmente de 90 voltios, si no recuerdo mal.
@PeterBennett Sí, también leí en alguna parte que el voltaje normal es de 90V. Sin embargo, probé mi timbre con 5V que funcionó. Entonces todo lo que necesito hacer es alternarlo con 20 Hz.
Hola @xyzzyqed, actualmente estoy haciendo un proyecto que necesita casi exactamente la misma configuración que el tuyo con un solenoide bidireccional (aunque el mío necesita 80 Hz) y me preguntaba si tu último dibujo de circuito actualizado funcionó para ti. Esta publicación es la única información para este problema específico que pude encontrar. Agradezco cualquier ayuda, gracias!

Respuestas (2)

Creo que es importante mencionar que tal como está el circuito, no funcionará, en otras palabras, su idea básica no está bien: -

  • Cuando el transistor inferior se enciende, el voltaje base a tierra será de aproximadamente 0,7 V y el transistor superior asociado apenas se encenderá; tal vez pueda obtener un par de mA a través de él.
  • Si se resuelve el problema anterior, los transistores superiores podrían ver 3,3 V en sus bases y esto significa que el voltaje del emisor será de 2,6 V para cualquier corriente decente en la carga.

Ambos son obstáculos razonables, así que siga la ruta sensata y use mosfets de canal P para los dispositivos superiores y mosfets de canal N para los dispositivos inferiores. No me extenderé en esto porque la pregunta se ha marcado como aceptada. Alternativamente, compre un puente H IC como el DRV8803

Buena captura, Andy, la implementación que se muestra no funciona, necesitarías resistencias en serie con cada una de las bases y un traductor de nivel u opto si el GPIO solo emite 3.3V.

La idea básica está bien, aunque la implementación no. Necesita diodos en cada uno de los transistores (cátodo a colector) en lugar de TVS. Necesita resistencias en serie con cada una de las bases, y si el GPIO solo emite 3.3V, querrá un traductor de nivel de 5V. Es mejor que use MOSFET de canal P para los dispositivos superiores y FET de canal N en el lado bajo. Luego, los diodos del cuerpo en los FET se encargarán de la corriente inductiva. (Utilice FET de nivel lógico).

No necesita optoaisladores, pero el aislamiento puede ser una buena idea, ya que protegerá sus GPIO en caso de problemas durante la depuración. Su velocidad de conmutación (20 Hz) es lo suficientemente baja como para que no necesite una conducción súper rápida.

Sin aislamiento y suministros separados, necesitará unir los dos terrenos.

Si usa FET, las resistencias desplegables de gran valor desde la puerta hasta la fuente no son una mala idea. Si usa optoacopladores según el tipo, es posible que necesite circuitos adicionales para conectarse correctamente a los FET o bipolares.

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