Placa de control para un robot serpiente

[Dr_Horrible]

Creo que me he liado con la ganancia. Mirando con más detenimiento la hoja de datos del TIP31 veo que la ganancia mínima cuando Ic = 3A es 25. Esto según la tabla de especificaciones. Según la curva de ganancia, a 25ºC, Ic = 3A y Vce = 4V, la ganancia debería ser 25. ¡Coincide! Supongo entonces que la medida con mi polímetro, que daba 85, está mal tomada o bien que mide con una Ic muy distinta. No sabía que la ganancia depende del consumo de la carga conectada a la salida del transistor, es un poco lío...

Según esto, para que Ic = 3A, Ib = 3/25 = 0.12A. Por tanto la resistencia debe ser (3.7 - 0.7)V / 0.12A = 25R. Y mirando la tabla de resistencias normalizadas, la más próxima es 22R, justo la que me había indicado joseluis7696

Ya con las cosas un poco más claras me he atrevido a montar una parte de tu circuito, concretamente he incluido la batería, un motor y el transistor en emisor común con la resistencia de 22R conectada a la base y a un interruptor manual. Todo funciona bien, al pulsar el interruptor, el transistor entra en saturación y pone en funcionamiento el motor. Parece una tontería, pero estoy contento porque hasta ahora no concebía hacer este circuito sin un MOSFET...

Ya puestos he medido los consumos del motor. En vacío 750mA, en carga 1.1A y bloqueado 2A. Parece ser que mis especificaciones no eran correctas, cosa que no me sorprende de un motor comprado en China... Eso o que la estoy liando, porque la tensión nominal del motor es 6V y yo lo estoy haciendo funcionar a 3.7V. ¿Podría esto explicar un consumo anormalmente alto? De hecho, ¿Os parece que estos valores de corrientes sean anormales para un motor DC de juguetería? Las dimensiones físicas del motor sin contar el eje son 20x15x30mm.

[joseluis7696]

No se calcula así. Los CD4093 entregan una corriente máxima de unos 5-10 mA, están limitados internamente y depende de la tensión de alimentación. Este circuito es especial en cuanto son NANDs tipo Schmit trigger. Si usas las normales no oscilará correctamente.

Por su parte un transistor bipolar con suficiente corriente de base se satura y la corriente que pasa está limitada por la carga externa (el motor). Con 5 mA y Beta 85 pienso que se mantendrán saturados hasta unos 200 mA, pero habría que probar
Todo esto muy simplificado y dentro de ciertos rangos.
Había pensado no poner las resistencias ya que la corriente de base está muy limitada, solo las he dejado "por si acaso". Si hay problemas de saturación prueba de quitarlas.
Mantengo las dudas que la tensión de la batería sea suficiente, está muy cerca del límite inferior.

Ahora veo que necesitas 1A o más. Puede sea mucho para la batería y para el CD. Pero prueba y nos cuentas.

[Dr_Horrible]

Hola joseluis7696,

Como siempre agradezco tu consejo y las molestias que te tomas para ayudarme, pero este último mensaje me ha dejado descolocado... Si te parece bien vamos por partes a ver si lo he entendido...

No se calcula así.

¿Te refieres a que no se calcula así la resistencia de la base o la corriente de la base?
En el segundo mensaje de este hilo se explica el método que yo he usado para calcular la resistencia de la base: http://electronics.stackexchange.com/qu ... or-circuit
En esencia, para calcular Rb, se calcula la Ib requerida para obtener la Ic de saturación necesaria, teniendo en cuenta beta (Ib = Ic/beta). Después a la tensión Vbe hay que restarle 0.7V que es la caída típica de la unión PN que Ib tiene que atravesar, lo que nos deja la tensión que caerá en la resistencia. Por último se aplica la ley de Ohm para obtener Rb (Rb = (Vbe-0.7)/Ib).
He encontrado muchas otras referencias a este método, por ejemplo aquí en castellano: https://www.sistemasorp.es/2011/10/05/c ... ntrolador/

Los CD4093 entregan una corriente máxima de unos 5-10 mA, están limitados internamente y depende de la tensión de alimentación. Este circuito es especial en cuanto son NANDs tipo Schmit trigger. Si usas las normales no oscilará correctamente.

Aún no he podido consiguir el CD4093 y por tanto no he podido probar si oscila o siquiera si funciona con una tensión tan baja. De todas formas, si la salida máxima es de 10mA no veo como puedo usarlo para saturar mi transistor hasta los niveles de corriente que necesito (> 1A).

Por su parte un transistor bipolar con suficiente corriente de base se satura y la corriente que pasa está limitada por la carga externa (el motor). Con 5 mA y Beta 85 pienso que se mantendrán saturados hasta unos 200 mA, pero habría que probar
Todo esto muy simplificado y dentro de ciertos rangos.

Correcto. Entiendo que queremos usar el transistor como interruptor electrónico, y por ello debe operar en la región de saturación. Ahora bien, ¿Beta 85? En mis dos mensajes anteriores ya comenté que según la hoja de datos del fabricante de mi TIP31 la ganancia a 25ºC y con Ic=3A es de tan sólo 25. Cuando Ic=1A sube hasta 40, pero el mínimo garantizado sigue siendo 25. El valor 85 sale a relucir tras una medida con el polímetro, pero para mi no tiene sentido, ya que el fabricante especifica una ganancia máxima de 50 en cualquier circunstancia...
Te dejo la hoja de datos por si quieres echarle un vistazo: http://www.st.com/content/ccc/resource/ ... 104632.pdf

Con 5 mA y Beta 85 pienso que se mantendrán saturados hasta unos 200 mA.

Entiendo la afirmación anterior así: Si la ganancia es 85, y además consigo suministrar 5mA a la base del transistor, obtendré una corriente máxima entre colector y emisor de 200mA. ¿Es correcto?
En estas condiciones podría conectar una carga que consuma un máximo de 200mA, y la corriente que circulará entre colector y emisor será la que consuma la carga, ya que estamos en zona de saturación. ¿Es correcto? De todas formas con 200mA mi motor no tendría ni para empezar...

Había pensado no poner las resistencias ya que la corriente de base está muy limitada, solo las he dejado "por si acaso". Si hay problemas de saturación prueba de quitarlas.

¿Si quito la resistencia no me arriesgo a que el transistor intente consumir más corriente de la que puede suministrar la salida del CD4093 y la queme? Tenía entendido que precisamente esta resistencia se pone para proteger la salida que se conecta a la base del transistor.
¿A que te refieres con problemas de saturación? ¿A que no logre hacer circular entre colector y emisor la corriente necesaria para alimentar el motor?

Mantengo las dudas que la tensión de la batería sea suficiente, está muy cerca del límite inferior.

¿Del límite inferior del CD4093 o del TIP31? En la hoja de datos de este último no he leido nada preocupante al respecto.

Ahora veo que necesitas 1A o más. Puede sea mucho para la batería y para el CD.

La batería que estoy usando (BL-4U) es de Li-ion con una capacidad de 1100mAh y una corriente de descarga máxima de 1.5C. Si consumo 1A estoy dentro del límite, aunque calculo que agotaré la batería en 10 minutos.

Pero prueba y nos cuentas

Por supuesto, lo contaré con detalle y hasta con fotos

[joseluis7696]

Eres demasiado ordenado en tus respuestas y yo estoy de vacaciones y solo con un tablet, escribiendo con un dedo. No puedo contestarte con ese detalle.

El proyecto lo planteaste originalmente como un simple juguete o minirobot, con consumos muy lejos de 1 Amp. Parecía muy fácil. Disculpa si entendí mal.

Mi solución es muy simple pero para esos niveles de corriente creo que no vale. Si miras las curvas del CD, a 3 V de alimentación entrega escasamente 5 mA y claramente no es suficiente para saturar el TIP31 con esos motores, si hablamos de 1A.

Creo que el camino es ir a dos baterías de Li, ya que además los motores son de 6V y usar un 555 oscilando simétricamente y con un transistor NPN de señal para invertir la salida del oscilador y tener la excitación de los transistores para los motores, con uno en contrafase.
Pero con 6 V ya puedes usar transistores MOS de potencia, sobre todo si estás más cómodo que con los bipolares y en ese caso el CD4093 seria suficiente.

Creo que no te puedo ya ayudar más, el sistema es ahora más potente y con otros requisitos más exigentes que lo que parecía originalmente. Lo dejo ya, suerte con el proyecto.

[Dr_Horrible]

Creo que ordenado es una forma educada de decir intenso jajaja. No te preocupes, realmente me has ayudado muchísimo, gracias a ti he descubierto la existencia de los transistores bipolares de potencia y la forma de operarlos.

Tengo dos opciones, cambiar los motores por unos con unos requisitos de potencia menores, o cambiar la alimentación y la electrónica para poder gestionar una corriente tan alta.

Voy a seguir publicando en este hilo mis avances, así quedará todo documentado por si en el futuro le sirve de ayuda a alguien, o si algún forero quiere hacerme sugerencias al respecto.

¡Disfruta de tus vacaciones y mil gracias por tu ayuda!

[mgtce]

Se podría usar motores de móviles (los que generan la vibración) y así poder ponerlos más cerca del suelo para darles una mejor tracción a las ruedas, quizá quedaría más real el movimiento si rebajase las revoluciones en un 50 o 60% en vez de todo o nada.
También puedes usar integrados en smd que llevan dos fet, son específicos para controlar dos motores, con tensiones de 3.7v.

[joseluis7696]

Un último comentario, antes de hacer muchos cambios, puedes intentar la configuración Darlington para los transistores TIP. Podrías evitar ir a baterías de 6v y mantener el 4093.

[Dr_Horrible]

Gracias por el consejo mgtce. De hecho tengo una docena de motores de ese tipo por ahí... Los he usado antes para hacer robots vibradores con un cepillo de dientes. No estoy seguro de que vayan a tener suficiente fuerza pero es una opción. En cuanto a los FETs SMD, tengo el mismo problema que muchos aficionados a la electrónica: Mi pulso y los componentes de montaje superficial no se llevan bien :/
Lo ideal sería encontrar un MOSFET que pudiera abrir a bajas tensiones (unos 3V), manejar corrientes grandes (al menos 1.5A) y con montaje through hole, tipo TO92 o TO220. Se que en SMD hay una gran oferta de transistores que cumplen mis requisitos de tensión e intensidad. He encontrado algunos que abren a 2V y a esa tensión manejan corrientes de 20A, gracias a su bajísima resistencia entre drain y source. Sin embargo en through hole no logro encontrar nada parecido, es muy frustrante.

Tienes razón joseluis7696, quizás pueda usar un transistor más pequeño que el TIP31, como paso intermedio entre este y el CD4093. Antes que eso voy a intentar encontrar otro bipolar con una ganancia más elevada o algún MOSFET que abra con los niveles de tensión de que dispongo. Si no los encuentro la configuración Darlington será mi siguiente paso.

[MFaraday]

Dr horrible, cual mosfet abre/conduce con 2Volts, codigo?

[Dr_Horrible]

Hola MFaraday. Llevo un par de días mirando transistores como un loco y he visto varios con esas características. Ahora mismo me viene a la mente este: http://www.infineon.com/dgdl/irlml2502. ... 67f44d2602

Tal vez lo estoy interpretando mal, pero según el diagrama Vgs/Id (fig. 3) parece ser que a 25ºC y Vgs=2.1V la intensidad Id es más o menos 16A.

Si encontrase algo parecido con montaje through hole tendría mi placa de control resuelta.