Circuito controlador de solenoide

Los solenoides son actuadores de uso muy común en muchos sistemas de automatización de procesos. Hay muchos tipos de solenoides, por ejemplo, hay válvulas solenoides que se pueden usar para abrir o cerrar tuberías de agua o gas y hay pistones solenoides que se usan para producir movimiento lineal. Una aplicación muy común del solenoide con la que la mayoría de nosotros nos habríamos encontrado es el timbre de la puerta ding-dong. El timbre de la puerta tiene una bobina de solenoide tipo émbolo en su interior, que cuando se energiza con una fuente de alimentación de CA moverá una pequeña varilla hacia arriba y hacia abajo. Esta varilla golpeará las placas de metal colocadas a cada lado del solenoide para producir el relajante sonido ding dong.

Aunque hay muchos tipos de mecanismos de solenoide disponibles, lo más básico sigue siendo el mismo. Es decir, tiene una bobina enrollada sobre un material metálico (conductor). Cuando se energiza la bobina, este material conductor se somete a algún movimiento mecánico que luego se invierte a través de un resorte u otro mecanismo cuando se desenergiza. Dado que el solenoide involucra una bobina, a menudo consumen una gran cantidad de corriente, por lo que es obligatorio tener algún tipo de circuito de controlador para operarlo. En este tutorial, aprenderemos cómo construir un circuito de controlador para controlar una válvula solenoide.

Materiales necesarios

• Válvula de solenoide
• Adaptador 12V
• 7805 regulador IC
• MOSFET IRF540N
• Diodo IN4007
• 0.1uf Capaz
• Resistencias de 1k y 10k
• Cables de conexión
• Tablero de circuitos

¿Qué es un solenoide y cómo funciona?

Un solenoide es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Tiene una bobina enrollada sobre un material conductor, esta configuración actúa como un electroimán. La ventaja de un electroimán sobre un imán natural es que se puede encender o apagar cuando sea necesario energizando la bobina. Por lo tanto, cuando la bobina se energiza, de acuerdo con la ley de Faraday, el conductor portador de corriente tiene un campo magnético a su alrededor, dado que el conductor es una bobina, el campo magnético es lo suficientemente fuerte como para magnetizar el material y crear un movimiento lineal.

Durante este proceso, la bobina consume una gran cantidad de corriente y también produce un problema de histéresis, por lo que no es posible impulsar una bobina de solenoide directamente a través de un circuito lógico. Aquí estamos usando una válvula solenoide de 12V que se usa comúnmente para controlar el flujo de líquidos. El solenoide consume una corriente continua de 700 mA cuando se energiza y un pico de casi 1.2 A, por lo que debemos considerar estas cosas al diseñar el circuito del controlador para esta válvula solenoide en particular.

Diagrama de circuito

El diagrama de circuito completo para el circuito del controlador de solenoide se muestra en la imagen a continuación. Entenderemos por qué está diseñado así, una vez después de echar un vistazo al circuito completo.

Como puede ver, el circuito es muy simple y fácil de construir, por lo tanto, podemos probarlo usando una pequeña conexión de tablero. Un solenoide puede encenderse simplemente alimentando 12V a través de sus terminales y apagarse apagándolo. Para controlar este proceso de encendido y apagado mediante un circuito digital, necesitamos un dispositivo de conmutación como el MOSFET y, por lo tanto, es el componente importante en este circuito. Los siguientes son los parámetros que debe verificar al seleccionar el MOSFET.

Voltaje de umbral de fuente de puerta V _{GS (th)}: Este es el voltaje que debe suministrarse al MOSFET para encenderlo. Aquí el valor de voltaje de umbral es de 4 V y estamos suministrando un voltaje de 5 V que es más que suficiente para encender el MOSFET por completo.

Corriente de drenaje continua: la corriente de drenaje continua es la corriente máxima que se puede permitir que fluya a través de un circuito. Aquí nuestro solenoide consume una corriente pico máxima de 1.2A y la clasificación de nuestro MOSFET es 10A a 5V Vgs. Así que estamos más que seguros con la clasificación actual del MOSFET. Siempre se recomienda tener alguna diferencia marginal superior entre el valor real y el valor nominal de la corriente.

Resistencia de estado activado de la fuente de drenaje: cuando el MOSFET está completamente encendido, tiene cierta resistencia entre el pin de drenaje y la fuente, esta resistencia se denomina resistencia de estado activado. El valor de esto debe ser lo más bajo posible, de lo contrario, habrá una gran caída de voltaje (ley de ohmios) en los pines, lo que resultará en un voltaje insuficiente para que el solenoide se encienda. El valor de la resistencia en estado activado aquí es solo 0.077Ω.

Puede consultar la hoja de datos de su MOSFET si está diseñando el circuito para alguna otra aplicación de solenoide. Se usa un IC regulador lineal 7805 para convertir la fuente de entrada de 12 V a 5 V, este voltaje luego se le da al pin de puerta del MOSFET cuando se presiona el interruptor a través de una resistencia limitadora de corriente de 1 K. Cuando no se presiona el interruptor, el pin de la puerta se baja a tierra a través de una resistencia de 10k. Esto mantiene el MOSFET apagado cuando no se presiona el interruptor. Finalmente, se agrega un diodo en dirección antiparalela para evitar que la bobina del solenoide se descargue en el circuito de potencia.

Funcionamiento del circuito del controlador de solenoide

Ahora que hemos entendido cómo funciona el circuito del controlador, probemos el circuito construyéndolo en una placa de pruebas. He utilizado un adaptador de 12 V para la fuente de alimentación y mi configuración de hardware se parece a esto cuando se completa.

Cuando se presiona el interruptor intermedio, el suministro de + 5V se proporciona al MOSFET y enciende el solenoide. Cuando se presiona el interruptor nuevamente, se desconecta el suministro de + 5V al MOSFET y el solenoide vuelve al estado apagado. El encendido y apagado del solenoide se puede notar por el sonido de clic que hace, pero para hacerlo un poco más interesante, he conectado la válvula solenoide a una tubería de agua. Por defecto, cuando el solenoide está apagado, el valor está cerrado y, por lo tanto, no sale agua por el otro extremo. Luego, cuando se enciende el solenoide, el valor se abre y sale agua. El trabajo se puede visualizar en el video a continuación.

Espero que haya entendido el proyecto y haya disfrutado construyéndolo. Si ha tenido algún problema, no dude en publicarlo en la sección de comentarios o utilizar el foro para obtener ayuda técnica.