Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Izolacja galwaniczna i sterowanie tranzystorem

pawelvod 18 Lip 2004 15:39 8629 47
  • #31
    _jta_
    Specjalista elektronik
    BF459 ma dopuszczalne napięcie zaledwie 300V, a w twoim układzie jest 2x140, więc
    prawie na styk... może użyć BF493S, napięcie 350V, i odrobinę większe wzmocnienie?
    Z tym, że BF493S to jest PNP, prąd do 500mA, obudowa plastykowa (625mW /25st C)
    - może być problem z mocą dopuszczalną, jeśli nie działa jako przełącznik (średnie
    napięcie w stanie włączonym nie powinno przekraczać kilkunastu V).

    W każdym razie dodanie tranzystora zmniejsza potrzebny prąd do 1-1.5mA, więc moc
    tracona w oporniku zmniejsza się do 0.5W, i to już jest rozsądne, nadal jest potrzebny
    największy prąd przy niskim napięciu - a więc trzeba zastosować układ bootstrap.

    Co do polowych - odpadają głównie ze względu na pojemność dren-bramka, która w tym
    układzie przeładowywałaby się o setki wolt, i wymagałoby to dziesiątek mA, albo więcej.
  • #32
    pawelvod
    Poziom 18  
    Schemat oczywiście może wygjądać tak (znowu zapomniałem o uwagach Yego) i ogranicza to straty na układzie jedynie do momentu otwarcia transoptora. Rzeczywiście 0,5W to jest do przyjęcia. Znalazłem gdzieś schemat "bootstrap", ale nie bardzo moge sobie poradzić ze zrozumieniem idei jego dziłania i adaptacją do mojego schamatu. Co do napięcia na tranzystorze to jest sieciowe po wyprostowaniu więc BF495 powinny być OK, a NPN daje się tu ułażyć w Darlingtona, więc chyba je zastosuje. Wracając - co układ bootstrap może wnieść w tym układzie? Jak sobie patrze na układ to w momencie zatkania transoptora prąd bazy tranzystora wzmacniacza "wpływa" niejako do układu więc jedynym problemem jest tu wedle mnie "laika wysokonapięciowego" przepływ prądu stratnego w momencie odetkania optotriaka kiedy układ tranzystorów nie przewodzi?
  • #33
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Bootstrap na wyjściu to coś takiego, że opornik kolektor-baza dzielisz na dwa, i miedzy środek
    a emiter włączasz kondensator; przez opornik kolektor-kondensator płynie prąd ze składową
    zmienną, którą kondensator przepuszcza do emitera, więc przez opór kondensator-baza płynie
    prąd stały - dzięki temu w chwili, gdy na tranzystorze jest najmniejsze napięcie, może on
    dostać pełny prąd bazy - bez układu bootstrap maksymalny prąd bazy jest proporcjonalny do
    napięcia na tranzystorze, i tracisz sporą część napięcia, żeby mieć jakiś sensowny prąd (i to
    oczywiście dodatkowo grzeje tranzystory mocy).

    W takiej sytuacji, jaką masz, opornik kolektor-baza należałoby podzielić niesymetrycznie - tak,
    by na oporniku kolektor-kondensator było z 90% średniego napięcia na tranzystorze, a na tym
    kondensator-baza pozostałe 10% - wtedy mało mocy wyjściowej idzie w ten pierwszy opornik,
    jakbyć podzielił równo, to stracisz prawie 2x więcej mocy (i pewnie będzie to z pół wata).

    Co do kondensatora - stała RC obu oporników połączonych równolegle i kondensatora powinna
    być wielokrotnie większa od okresu dla najmniejszej częstotliwości, jaką przez to puszczasz
    (z tego względu oporniki zwykle daje się z grubsza równe, ale tu będziesz miał i tak kiloomy,
    a częstotliwość ma być kilkadziesiąt kHz, więc wychodzą pojemności rzędu dziesiątek nF).

    Dodałem schematy układu bootstrap dla wejścia (taki układ stosowano np. w gramofonie
    z wkładką piezoelektryczną - wymagała impedancji wejściowej wzmacniacza około megaoma),
    oraz dla wyjścia (to się stosuje dla górnego tranzystora mocy w niemal każdym układzie
    wzmacniacza - dla dolnego zwykle nie, bo na dole jest tranzystor sterujący - oczywiście
    pojęcia "góra" i "dół" są według tego, jak się steruje stopień wyjściowy).
    W obu układach wspólne jest to, że składowa stała prądu doprowadzonego do bazy jest, jak
    w innych układach, z kolektora, ale składowa zmienna - z emitera. W ten sposób eliminuje
    się składową zmienną z kolektora, która w układzie wejściowym daje ujemne sprzężenie
    zwrotne zmniejszające impedancję wejściową, a w wyjściowym zmniejsza prąd bazy.

    W twoim układzie też można by dać bootstrap tylko dla górnego tranzystora - jeśli prąd bazy
    dla dolnego będzie płynął z opornika podłączonego do plusa zasilania, a nie do wyjścia.
    Ale troche szkoda mocy, która będzie się wydzielać w oporniku włączonym do 280V.

    I jeszcze jeden schemat - twój układ w wersji z bootstrapem, schemat nie uwzględnia tego,
    że masz zastosować układ Darlingtona - po prostu zamiast tranzystorów na wyjściu dajesz
    układ dwóch tranzystorów. U mnie drugi schemat (bootstrap2a) pokazuje się jako pierwszy.

    I jeszcze jedna uwaga - w układzie Darlingtona między bazę a emiter drugiego tranzystora
    zwykle daje się opornik; jeśli jest opornik w emiterze, to zamiast do emitera łączy się go
    do drugiego końca opornika w emiterze; sensowna wartość to 1k, może trochę mniej.
    Chodzi o przyśpieszenie wyłączania tranzystora mocy - bez tego opornika on może dostawać
    tylko prąd wpływający do bazy, nie jest możliwe, by prąd wypływał z bazy.
  • #34
    pawelvod
    Poziom 18  
    Znajazłem jeszcze jedno niedopatzrenie w układzie: Taka konfiguracja tranzystorów powoduje że przy nieprzewodzącym transoptorze tranzystor mocy jest otwarty. Niby mógłbym przeprojektować układ taktujący transoptory, ale w momencie awarii po stronie 5V i wyłaczenia obu transoptorów w układzie wysokiego napięcia popłynie prąd zwarcia. Więc muszę użyć tu tranzystora PNP żeby dodać NOT w układ. I jeszcze jedna niepweność związana z układem który narysowałeś. Tam transoptor jest podłączony z tranzystorem za opornikiem . Jak pisałem transoptor jest na 40V więc muszę go podłączyć bezpośrednio do bazy, a nie przez opornik, ale nie zmienia to nic w układzie Bootstrap (raczej??) Jak narysuję całość to rzucę i chętnie zasięgnę opini czy wszystko jest OK. Z góry dziękuję.
  • #35
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Dobrze, że to zauważyłeś - ale to trochę skomplikuje układ, bo trzeba dodać albo diody
    Zenera (tak jest na moim schemacie), albo w ich miejsce oporniki (taakie, żeby przy
    wyłączonym fototranzystorze napięcie na nim nie mogło przekroczyć dopuszczalnego).

    Narysowałem schematy w wersji dla samych tranzystorów NPN (tym razem na rysunku
    uwzględniam i bootstrap, i Darlingtona), oraz w wersji z PNP (Darlington tranzystorów
    o różnej polaryzacji - sterujący PNP, mocy NPN) - połówkę, druga jest identyczna.

    Opornik R1 i R2 są po to, żeby przyśpieszyć wyłączanie tranzystorów; R3 jest "emiterowy"
    dla stopnia mocy (w drugiej wersji jest w kolektorze), R4 daje prąd zasilania dla bazy.
  • #36
    yego666
    Specjalista PLD
    :arrow: PAWELVOD,

    Czy Twoje ustrojstwo musi byc pedzone napieciem o zmiennej polaryzacji ?
    jesli nie, to istnieje kilka innych mozliwosci ukladowych o duzo mniejszym stopniu komplikacji. Chociazby mostek prostowniczy z tyrystorem po przekatnej. Mozna to pedzic z ukladow TTL poprzez prosta izolacje galwaniczna ( uklady MOC XXXX ).
    Uklad, ktory chcesz zbudowac zaczyna nabierac monstrualnych ksztaltow i wielkosci, podczas gdy byc moze mala zmiana zalozen uproscilaby sprawe do kilku elementow.
  • #37
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Jak rozumiem, ma ono dostawać 40kHz, i trzeba to jakoś wytworzyć, więc tyrystor sprawy nie załatwi.

    W moim układzie (tym ostatnim, obie wersje) jest drobny bład: brak ograniczenia prądu płynącego
    przez transoptory - należałoby włączyć opornik szeregowo z każdym transoptorem - chyba, że wiemy,
    że prąd przepuszczany przez transoptor jest w sam raz taki, jak trzeba - jeśli będzie za duży, to
    będzie za szybko rozładowywał kondensator układu bootstrap - w rezultacie będzie potrzebny
    większy kondensator, i większy prąd płynący przez opornik R4 (według moich oznaczeń),
    już nie mówiąc o tym, że nie wiadomo, który tranzystor wejdzie w nasycenie (raczej sterujący,
    a nie mocy), bo jakby mocy, to sterujący będzie przeciążony, i może się uszkodzić.
  • #38
    pawelvod
    Poziom 18  
    Powiem dokładnie o co chodzi i co to za układ. Może wtedy jakieś nowe idee się pojawią. Obok elektroniki moim hobby jest akwarystyka. Łącząc oba zainteresowania wykonałem szereg urządzeń do swojego akwarium. Teraz padło na oświetlenie które składa się z 5 świetlówek 30W. Zasilanie ich zwykłymi statecznikami odpada ze względu stroboskopowe światło , duże rozmiary, grzanie i kilka innych (fiziologia roślin). Dlatego obecnie stosuje wydłubane z żarówek ekonomicznych układy zapłonowe o mocy 21W . Nie "wyciskają" one jednak ze świetlówek należnego światła, a przy akwarium holenderskim (roślinnym) ma to fundamentalne znaczenie. Dlatego postanowiłem zrobić układ zapłonowy wg schematu z załącznika. Ale wydumałem sobie, że gdyby regulować wypełnienie otwarcia tych tanzystorów ze schematu to w pewnym zakresie dało by się regulować nasność świecenia świetlówek (poranki i zmierzchy w akwariium:)). I tu zaczęły się schody. Bo niby prosta sparwa, ale sami widzicie. W ukłądzie orginalnym "na prawo" od tranzystorów nic włąściwie bym nie zmieniał (oprucz zabezpieczenia),a zamiast tamtego falownika chciałbym zastosować sterowanie optotriakami. Proszę przeanalizujcie układ i jak widzicie jakieś inne rozwiązanie to bardzo chętnie wysłucham.
  • #39
    yego666
    Specjalista PLD
    Ambitne zadanie. kiedys robilem jakis sterownik przeplywu wody w akwarium na procku dla kolegi akwarysty. Nawet chyba to dzialalo, ale zlapalo wode i poszlo do kosza :(. Tyle mojej stycznosci z akwarystyka.
    Co sie zas tyczy sterowania swietlowek, to z mojego doswiadczenia nabytego przy konstruowaniu naswietlarki UV do plytek wynika, iz na jasnosc swiecenia swietlowek na pewno wplywa czestotliwosc (byc moze rowniez w pewnym stopniu wypelnienie przebiegu sterujacego). Moglem swoja swietlowke sciemniac lub rozjasniac manipulujac czestotliwoscia przetwornicy. przetwornica pochodzila z jakiegos starego autobusu, ktorym pewnie Odyseusz wracal do Itaki, ale dzialala swietnie. Zasilana byla napieciem 12V. W Twoim artykule pisza wprost o takiej zaleznosci, wiec sugeruje bys sprobowal w oryginalnym ukladzie wprowadzic sterowanie czestotliwoscia a nie wypelnieniem.
    Tyle mojej znajomosci swietlowek. Nie bede sie wymadrzal, bo na swietlowkach nie znam sie na tyle by wniesc do rozwazan cos istotnego.
  • #40
    pawelvod
    Poziom 18  
    Wszystko sprowadza się do wysterowania tych końcowych tranzystorów przez napięcie 5V. Jak to się uda to dorga do eksperymentowania otwarta. Zrobienie generatora o zmiennym wypełnieniu, czy zmiennej częstotliwości na 5V to już żaden problem. Częstotliwość układu wpływa na jasonść świecenia dla tego, że tam jest cewka która przy większej częstotliwości poprostu mniej prądu puszcza. Ale słyszałem, że stabilniejszą regulację uzyskuję się wypełnieniem. Dochodzą jeszcze inne problemy jak indywidualne progi zapłonu zmnienające się podczas używania świetlówki, czy zależności temperaturowe. Jesto to jednak problem na potem. Na razie chciałbym zastąpić poprostu tamten generator układem który pozwoliłby mi włączać te tranzystory przy pomocy wzorcowego przebiegu 5V. Optotriaki wydały mi się najłatwiejsze. Jak myślicie i jak _jta_ Ty myślisz, czy układ zaproponowany przez ciebie w ostatnim poscie zda tu egzamin?
  • #41
    frohme
    Poziom 21  
    Ten ostatni schemat ma ręce, nogi i nawet głowę, ale może być niebezpieczny. Przy braku wysterowania transoptora darlington nasyci się i pełny przepływ prądu albo przez obciążenie indukcyjne, albo w krańcowym przypadku przez dwa tranzystory kluczujące ze skutkiem śmiertelnym dla nich w pierwszej kolejności. Następny problem to samo przełączanie, a konkretnie w przetwornicach zjawisko prądu skrośnego - zalecałbym przy uruchomieniu najpierw zasilanie z dość niskich napięć i z ograniczeniem prądu z zasilacza.
  • #42
    _jta_
    Specjalista elektronik
    frohme napisał:
    Ten ostatni schemat ma ręce, nogi i nawet głowę, ale może być niebezpieczny. Przy braku wysterowania transoptora darlington nasyci się i pełny przepływ prądu albo przez obciążenie indukcyjne, albo w krańcowym przypadku przez dwa tranzystory kluczujące ze skutkiem śmiertelnym dla nich w pierwszej kolejności. Następny problem to samo przełączanie, a konkretnie w przetwornicach zjawisko prądu skrośnego - zalecałbym przy uruchomieniu najpierw zasilanie z dość niskich napięć i z ograniczeniem prądu z zasilacza.


    Toż właśnie dlatego zmienialiśmy schemat, żeby w razie braku zasilania po stronie
    sterującej tranzystory mocy się wyłączały; a przełączanie to już poprzednio był układ,
    który zapewniał odstęp czasu między wyłączeniem jednego a włączeniem drugiego.

    -> pawelvod: zerknąłem na schemat z załącznika, i nie wiem, co robi tranzystor T3,
    a dokładniej układ, który nim steruje, bo sam T3 najwyraźniej służy do tłumienia
    drgań, kiedy zacznie przewodzić, tylko od czego to ma zależeć? rozsądne by było,
    żeby od amplitudy drgań, ale jakoś nie widzę, by w układzie coś takiego było...
  • #43
    pawelvod
    Poziom 18  
    T3 to zabezpieczenie. Podczas startu kondenstaorc c12 wraz z cewką DL2 pracuje jako układ rezonujący. Podnosi on napięcie na świetlówce do napięcia zapłonu. Jednak kiedy świetlówka nie odpali (spalona) tranzystor ma za zadanie wytłumic rezonator żeby nie generował maksymalnych napięc w nieskończoność, a właściwie do spalenia układu. Ja też coś będe musiał takeigo wymyśleć, a właściwie coś bardziej skomplikowanego ale to temat na potem . Na razie niech te tranzystory zwykłą żarówkę bez dławika pociągną. Potem będe się martwił resztą... zreszto ma nadzieje że z Waszą pomocą.
  • #44
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Tylko do takiego działania nie pasuje stała czasowa układu R11*C9 - 4.7ms.
    Jest to dużo w porównaniu z okresem oscylacji - więc napięcie zmienne na C9 będzie
    znikome, a mało w porównaniu z czasem nagrzewania się elektrod świetlówki - więc
    na czekanie na start świetlówki stanowczo za mało. Dlatego nie wiem, jak to ma działać.

    Moim zdaniem przydałaby się dioda między opornikami, a kondensatorem - wtedy
    oporniki byłyby dzielnikiem napięcia zmiennego, obniżone na nim napięcie przez diodę
    ładowałoby kondensator, i po krótkim czasie włączało tranzystor T3, żeby blokował
    generator, wtedy kondensator by się powoli rozładowywał przez diodę, i generator
    znowu mógłby się wzbudzić... a może dioda powinna być szeregowo z opornikiem R12?
    też nie bardzo, najchętniej bym zrobił taki układ tak, by szeregowo z R12 dodać jeszcze
    kondensator, i dać diodę tak jak napisałem - jeśli jest napięcie zmienne na świetlówce,
    to niech go ładuje, jak jest za duże bo świetłówka długo nie startuje, to niech powoduje
    zablokowanie generatora, może najlepiej jakby je trzymało na bezpiecznym poziomie...
  • #45
    pawelvod
    Poziom 18  
    R12, R11 działają jako dzielnik napięcie 1:100. Jak na świetlówce jest 1000V (nie odpaliła) to po chwili (dzięki kondensatorowi c9) trranzystor T3 tłumi drgania. Ale w moim układzie i tak będe to inaczej realizował, bo potrzebny mi jeszcze dodatkowo detektor odpalania swietlówki. Sam jeszcze nie wiem jak się zachowuje świetlówka przy niedostatecznym wypełnieniu fali z tranzystorów mocy (miga, nie świeci???). Więc ostatecznie układy zabezpieczająco regulujące zostawiam na potem. Na razie jak powiedziałem chodzi mi tylko o otwieranie tych tranzystorów, Puki co musiałem się rzucic w wir parcy zawodowej:(, ale na wolnej chwili namaluję całość w wersji ostatecznej i poprosze o skontrolowanie przed złożeniem i ewentualną korektę wartości elementów dyskretnych.
  • #46
    pawelvod
    Poziom 18  
    Mam jeszcze jedno pytanie do Ciebie _jta_. Jak napisałeś w układzie bootstrap stała RC obu oporników i kondensatora powinna być wielokrotnie większa niż najmniejsza przewidywana częstotliwość układu. W ostanim schemacie nie umieściłeś rezystora między bazą (kolektorem transoptora), a kondensatorem. Nie wiem czy jest on niekonieczny czy go jednak wstawić?
  • #47
    pawelvod
    Poziom 18  
    Czyli cały schemat miałby wyglądać tak? Co do wartości elementów to tranzystor mocy ma przewodzić powiedzmy 300mA, czyli na baze powinien dostać koło 30mA. Wiec taki prąd będzie płynął pzrez c-e tranzystora wzmacniającego. Zeby straty mocy nie były za duże (0,1W) pasuje mi dać R17,21-20K, diody zenera 33V. Nie wiem czy da to rade dostarczyć owe 30mA do tranzystora mocy? R18,22 dałbym 1K i wtedy C1,2 mogły by byc koło 1nF. Co do oporników podciągających bazy do emitera to 1k? Proszę zerknijcie czy przy takich wartościach wszystko będzie ok? I jeszcze jedno. Jak wydłużyć okres włączania się tranzystorów żeby przy za szybkim przełączeniu nie płynął prąd zwarcia? Pomyślałem sobie że nie koniecznie musi to być po stronie wysokiego napięcia i równie dobże można by to dać po stronie 5V (gdzieś koło ls7474). Schemat tego przełącznika jest gdzieś wyżej. Z góry dziękuję za rady.
  • #48
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Co do pytania o brak rezystorów (z 25 Lip 2004 17:03) pisałem 20 Lip 2004 15:09,
    że jest błąd w moim układzie, i że do mojego rysunku trzeba dodać rezystory.

    Twój ostatni schemat jest raczej OK - zastanawiam się nad jedną sprawą: diody
    Zenera - jeśli układ przez jakiś czas nie będzie dostawał impulsów sterujących,
    to kondensatory przy nich naładują się, i potem pierwszy impuls spowoduje ich
    rozładowanie przez te diody - nie byłoby tego, gdyby kondensatory zamiast do
    emiterów były podłączone poniżej oporników emiterowych - ale raczej za względu
    na małą pojemność nic im nie grozi, zwłaszcza że to będzie pojedyńczy impuls.

    Oporniki R17, R21 - mogą być większe, przez 20k popłynie ponad 5mA, moc
    tracona będzie około 1.4W, może daj 40 do 50k. Również oporniki R18 i R22
    należałoby dać znacznie większe - sensowna wartość iloczynu R18*C1 i R22*C2
    to ze 100us, a prąd, który płynie przez te oporniki to najwyżej 1.5mA przy prawie
    30V - więc proponuję 15k, i tak kondensatory trzeba dać z 9n (można ciut więcej).

    Oporniki podciągające bazy: R3, R4 poniżej 1k, a R16, R20 po kilka k - prąd,
    który przez nie płynie, przepływa przez transoptor, i przez R17, R21, więc jest
    dość kosztowny, i nie należałoby tracić go za dużo - myślę, że tak z 0.5mA.

    Co do wydłużania włączania tranzystorów: jak najbardziej można to zrobić po
    stronie cyfrowej, jak LED-y transoptorów włączasz między wejście a wyjście
    7474, to świecą tylko podczas jednej połówki okresu sygnału na wejściu 7474,
    więc jest jakiś odstęp czasu między wyłączeniem jednego tranzystora,
    a włączeniem drugiego; można by co najwyżej zastosować jakiś przerzutnik
    monostabilny (np. 74121), żeby ten odstęp czasu był ustalony.