BALLY

SOLENOID EXPANDER

Por ZZT

Primero ¿que es el Solenoid Expander?

Es una pequeña modificación creada por Bally para un resolver el problema causado por la modernización de los juegos. Como las primeras maquinas eran muy básicas no se requerían demasiados transistores para activar las pocas bobinas que contenía el juego. Recordemos que las bobinas en un flipper lo son todo ya que ellas permiten al jugador interactuar con la máquina y vice versa. Ubicados en la tarjeta Driver podemos observar 19 de estos transistores TIP122. De estos 19, solo 16 estan disponibles para las bobinas del playfield (momentary coils), las cuales solo se activan por un breve instante. Los otros 3 transistores son para la bobinas que quedan continuamente energizadas, como el bloqueador de moneda (coin lockout), el rele activador de las paletas y el tercero libre por ejemplo para algun mecanismo "ball gate".
Entonces, tenemos 16 transistores, los cuales eran suficientes para juegos simples, como Supersonic, Playboy, Mata Hary, EvelKnivel, etc. Pero con la llegada de juegos más complejos como Ms. Pacman, EightBall de luxe, Fathom, se introdujeron más caracteristicas, como las "cartas con memoria", las cuales requerían una bobina extra ¡por cada carta! Por ejemplo, un típico banco de 4 cartas requería cinco transistores, uno por cada una para bajarla y un quinto para volver a subir las cuatro cuando ya todas estaban abajo. Esto causó que los mentados 16 transistores se hicieran pocos y Bally, al parecer, no quizo reinventar la placa driver y tampoco añadir más transistores. Entonces lo que hizo fue crear el solenoid expander!

Aquí tenemos un solenoid expander. No es más que una pequeña plaquita pcb con un optoacoplador, una resistencia un diodo y un relé. ¿Como funciona? Un relé es basicamente una bobina que mueve unas láminas a modo de interruptor (switch).

El optoacoplador MOC3011 consta de dos partes, un diodo emisor que recibe voltaje desde la placa de luces. El positivo en PIN 1 (+5 desde el bus de luces) (switched Ill buss) a través de una resistencia de 330 y el negativo PIN2 desde un SCR ubicado en la placa de luces.. sí, luces! Dado que este invento se creo para ahorrar transistores de potencia, mejor usar uno que controle una ampolleta. Sigamos, el diodo al interior del MOC, al recibir voltaje, emite radiación y ésta es recibida por un receptor, que en este dispositivo es un triac. El triac conduce GND que entra por el PIN4 y sale por el PIN6 para activar el relé K1. Al activarse este relé se mueve una lámina de contacto que es la que hace las veces de interruptor switchando los +43V que alimentan las bobinas. Muy simple, pero...

Antes de ver como el solenoid expander hace la magía de DUPLICAR la cantidad de bobinas disponibles, PRIMERO debemos entender muy claramente como se activan.

Activando una bobina

En esta imagen podemos observar como es el sistema usado por Bally para activar las bobinas. Es tan simple como se ve. La bobina necesita +43 y GND (tierra) para generar campo magnético y activar bumpers, slingshots, saucers, etc. Los +43V son suministrados por el transformador y GND es proporcionado por un transistor Darlington, el cual actúa como interruptor al recibir una señal digital de la computadora.

La computadora, mediante un chip PIA, un decodificador y un transistor predrive envía una pequeña cantidad de voltaje a la "base" del transistor T1, causando que éntre en conducción y permitiendo que GND circule por él. Esto causa que la bobina, que está conectada directamente a +43V, entre en funcionamiento generando campo magnético. Tan simple como podría ser.

Entonces, veamos como activar dos bobinas por cada transistor, duplicando la capacidad, y de paso podemos llamar a una como bobina primaria y la otra secundaria.

Dicho todo esto, la computadora tiene que hacer dos cosas para activar una bobina en particular. Un transistor que la active y algún otro componente que decida cual de las dos recibirá el voltaje de alimentación +43. Esto lo hace un Relé (relay).

¿Y que es un relé?

Un relé es un interruptor electromecánico. Consta de una pequeña bobina que al ser energizada, suministrandole X cantidad de voltaje, genera magnetismo. Ese magnetismo atrae una pieza metálica que tiene adosada una lámina que hace o no contacto con otras dos láminas, una en posición de reposo (sin estar activado) y la otra cuando esta energizado. La lámina que se mueve con el magnetismo se llama COMUN, la lámina de contacto que está en reposo NORMAL CERRADO y la tercera NORMAL ABIERTO. Por lo tanto al estar sin corriente la bobina, la lámina COMUN esta en contacto con NORMAL CERRADO y por el contrario cuando el relé esta energizado el contacto es entre COMUN y NORMAL ABIERTO.

La gracia del relé es que su bobina trabaja con voltajes bajos, lo más común es 5 Volts, pero las láminas de contacto pueden conducir tanto como la capacidad para la que fueron diseñadas. En muchos de ellos 220V es muy común. De tal manera que si tenemos un pequeño computador, microcontrolador, arduino, etc. con una minuscula señal de control se puede activar el relé y esté actúa a modo de interruptor para motores, luces de alta intensidad, etc.

Al recibir voltaje de, por ejemplo una batería, la bobina del relé genera magnetismo, el cual atrae una pieza metálica que a modo de pivote causa que la lámina de contacto COMUN "C" se mueva y pase de estar en contacto con NORMAL CERRADO (NC=Normal Close) a estar en contacto con NORMAL ABIERTO (NO=Normal Open).

Activando Bobina PRIMARIA

Para accionar la bobina PRIMARIA, simplemente se activa el transistor correspondiente, como de costumbre. Como el relé esta desactivado y los +43V pasan directo de "P" a "O", estos llegan directo a la bobina PRIMARIA a traves del diodo D1. (El porqué es necesario ese diodo en serie con la bobina lo veremos más adelante.)

Activando Bobina SECUNDARIA

Para accionar la bobina SECUNDARIA, primero se tiene que energizar el relé, para que cambie la alimentación de la bobina primaria a la bobina secundaria. Ahora los +43 alimentan la bobina secundaria a traves de D2. Nótese que en ambos casos el transistor T1 entrega GND a ambas bobinas, pero lo que finalmente determina cual funcionará lo decide la posición del relé.

Esta es la forma en que el expansor de solenoide permite activar dos bobinas con un solo transistor: switchando el polo positivo ó +43V con un relé.

Activavando más bobinas

Para activar más bobinas se necesita un poco más de ingenio. Por ejemplo una configuración de seis bobinas.

Como podemos ver en este esquema, tenemos seis bobinas (COIL-1 a COIL-6) activadas con solo tres transistores (T1,T2,T3) y un relé "K1".

Echémos un buen vistazo a los +43V. No están encadenados directos a cada bobina, en ingles se le llama Daisy chain.

Como ya dije los +43 positivos son seleccionados por el relé, ubicado en la placa expansora de solenoides (solenoid expander). El relé de tres contactos, uno es común o central ("P" en la esquema), uno está en posición inactiva (normal cerrado, "O" en el esquema) y uno en posición activa (normal abierto, "S" en el esquema). Vamos a suponer que el relé está desenergizado, los +43V llegan al pin "P", y estan disponible de inmediato en el pin "O". Cuando el relé se activa, los +43V se cambian y ahora está disponible en el pin "S". De esta manera COIL1, 3 y 5 estan en un grupo ligados al pin "O"y COIL 2, 4 y 6 en el pin "S".

Entonces, qué bobina particular es activada por el transistor depende de la posición del relé porque una recibe +43V desde el pin "O" y la otra del pin "S".

Los diodos en serie

Cual será la utilidad de esos diodos en serie que ninguna otra bobina, en ninguna otra maquina habiamos visto. Aquí va la explicación:

Supongamos que tenemos las bobinas pero sin el diodo en serie. El relé, en posición de descanzo, alimenta con +43 a COIL 1, 3 y 5. Ahora queremos activar COIL 1, la CPU envia la señal SOLAMENTE al transistor T1, el cual como corresponde entra en conducción y suministra GND para que se active la bobina... hasta aquí todo va bien pero tenemos que hacer un alto y tomar en cuenta que una bobina no es más que un carrete de alambre muy grueso y MUY conductor, por lo tanto, sin que nada que lo impida GND, además de COIL 1, se va a traves de las bobinas que NO estan energizadas, como COIL 2 y pasando a través de COIL 4 suministrandole GND a COIL 3, el cual ya esta recibiendo +43 entonces comienzan los problemas, porque ya no solo se activará COIL 1, tambien lo hara COIL 3 y la cosa se pone peor, GND tambien pasa a traves de COIL 6 y llega a COIL 5 que tambien esta recibiendo +43. Entonces queda un desastre, la CPU solo necesitaba que se activase COIL 1, pero tambien se activaron COIL 3 y COIL 5.... y eso pasaría con todas las bobinas que compartan la misma conexión a +43V.

Ahora, con los diodos:

¿Por que con los diodos no sucede eso? Muy simple: el diodo conduce SOLO EN UNA DIRECCIÓN. GND si puede pasar por el Kátodo al Ánodo de D2, pero cuando llega a los diodos D3 y D6 estos quedan polarizados a la inversa. Como GND NO puede pasar desde el Ánodo al Kátodo NO hay conducción! De esta manera GND ya no activa ningun otro COIL y solo activa la que debe.

Un breve repaso al diodo

Cuando la corriente circula desde el Anodo hacia el Kátodo un diodo se comporta como un conductor, es decir que la corriente (voltaje) pasa.

En cambio cuando se intenta lo opuesto, no hay circulación. Por lo tanto el diodo actúa como aislante.

En el ejemplo de la izquierda vemos que que al conectar el polo positivo al Ánodo, el voltaje que se aplica estará disponible en el Kátodo y seguirá hacia el o los componentes que se desea alimentar. En la derecha en cambio, si se aplica el polo negativo o GND al ánodo, no abrá circulación y todo componente que este a continuación del diodo queda sin alimentación.

Estoy tratando de traducir la página: XD

First of all, what is the Solenoid Expander? It is a small modification created by Bally to solve the problem caused by the modernization of the games. And the reason is very simple, the first machines were very basic and did not require too many transistors to activate the game's coils (few coils). We have to say that coils in a pinball are everything, since they allow the player to interact with the machine and vice versa. Located on the Driver board we can see 19 of these TIP122 transistors. Of these 19, only 16 are available for the playfield coils (momentary coils), which are activated only for a short moment. The other 3 transistors are for the coils that remain continuously energized, such as the coin lockout, the flippers relay and the free third for example for some "ball gate" mechanism.

So, we have 16 transistors, which were enough for simple games, like Supersonic, playboy, Mata Hary, EvelKnivel, etc. But with the advent of more complex games such as Ms. Pacman, EightBall de luxe, Fathom, more features were introduced, such as "memory drop targets", which required an extra coil for each target! I.E. a typical bank of 4 targets required five transistors, one for each to drop it and a fifth to raise the four targets once they were all down. This caused that the mentioned 16 transistors became few and Bally, apparently, did not want to reinvent or replace the driver board and not add more transistors also. So what they did was create the solenoid expander!

Now we will see how the soplenoid expander makes the magic of DUPLICATE the number of activatable coils.

But first we must understand very clearly how a single coil are activated.

Now I'm going to explain how bally's solenoid expander works.

Has we can see on this schematic, we have six coil activated with just three transistors.

here we have two two and two but take a good look at the common 43 volts. They are not daisy chained as usual. In this particular case one transistor drives two coils at the same time, but the positive 43 volts are selected by a relay, located on the solenoid expander board. This relay is a three contacts relay, one is common (or center), one is inactive position (normal closed) and one in active position (normal open). Lets suponse that relay is deenergyzed, and 43 volts are aplicated to the central or common pin, that way the voltage are inmediatly aviable on -closed pin-, and when the relay are activated, the 43 volts are switched and now is aviable on open pin.

So, what particular coil are activated by the transistor depends on relay position because one coil recive the 43V from closed pin and the other coil from open pin.

Then, we can call one coil as the primary coil and the other is the secondary coil.

Now, the Computer had to do two things to drive one particular coil:

To drive the primary coil, just fire the corresponding transistor, as usual. But, to drive a secondary coil, also has to energyze the relay FIRST, to switch the power from the primary coil, to the secondary coil.

This is the way the solenoid expander allow to drive two coils with just one transistor.