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

Generator ozonu 40kV / 500W. Zakłócenia lub właściwość układu?

18 Sie 2017 19:39 1758 35
  • Poziom 10  
    Witam wszystkich forumowiczów. Projektuję właśnie generator ozonu o mocy 500W i wszystko już się wydaje że zrobiłem. Niestety ... kiedy go chcę przetestować pojawiają się problemy. Ale zanim o nich, to pokrótce opowiem ideę działania.

    Trafopowielaczem FB-49 ma on dobrane elementy tłumiące RC oraz sterują nim dwa MOSFET-y SiHG35N60E. Tranzystory pracują w konfiguracji half-bridge, więc dobrałem do nich dzielnik pojemnościowy 1.5uF na kondensator. Tranzystorami steruje mostek IR2113 z dobranym bootstrapem UF4007 + 100nF. Sygnału do mostka dostarcza PIC16F1769, który jest skonfigurowany na generowanie fali prostokątnej oraz komplementarnej do niej z deadtime'ami (PWM + COG). Zakres częstotliwości to 10k - 200kHz oraz wypełnienie 10 - 90%. Zasilanie części niskiego napięcia (wentylator, mikrokontroler oraz driver) jest oparte o 7805 i 7812. Zasilanie części wyższego napięcia jest doprowadzone przez autotransformator z zakresem 0 -230V.

    I tutaj pojawia się problem. Jeżeli odpalam układ na napięciu z autotransformatora do 22V AC wszystko działa prawidłowo i przebiegi prostokątne (na bramkach, wyjściu, trafie, bootstrapie i mikrokontrolerze) są piękne. Niestety jak tylko przekroczę te magiczne 22V to oscylogramy przypominają bardziej uciętego sinusa i mikrokontroler się resetuje. Na linii zasilania 12 i 5V pojawiają się wtedy impulsy o amplitudzie nieco mniejszej od 1V. Na rysunku odciąłem narazie połączenie między mikrokontrolerem a R6, R7 oraz dolutowałem dodatkowe 100uF do mikrokontrolera i nic.

    Czy ktoś z was może ma koncepcję co mógłbym sprawdzić? Niestety nie mam schematu ale zamieszczę widok PCB. Brązowa ścieżka to masa i wydaje mi się że dobrze jest podzielona. Dodam że bez obciążenia układ bez problemu rozwija większe napięcia, a wymiana trafopowielacza na bliźniaczy skutkuje tym samym (22V AC i kaput).

    Generator ozonu 40kV / 500W. Zakłócenia lub właściwość układu?

    Bardzo podziękuję za wszelkie cenne uwagi.
  • IGE-XAO
  • Pomocny post
    Specjalista - urządzenia lampowe
    ganiaczniedoganiacz napisał:
    Trafopowielaczem FB-49


    Co to za trafopowielacz? On te 500W przeniesie?

    ganiaczniedoganiacz napisał:
    Sygnału do mostka dostarcza PIC16F1769,


    Armata na muchy?
    Do tego są specjalizowane układy...

    ganiaczniedoganiacz napisał:
    I tutaj pojawia się problem. Jeżeli odpalam układ na napięciu z autotransformatora do 22V AC wszystko działa prawidłowo i przebiegi prostokątne (na bramkach, wyjściu, trafie, bootstrapie i mikrokontrolerze) są piękne. Niestety jak tylko przekroczę te magiczne 22V to oscylogramy przypominają bardziej uciętego sinusa i mikrokontroler się resetuje. Na linii zasilania 12 i 5V pojawiają się wtedy impulsy o amplitudzie nieco mniejszej od 1V. Na rysunku odciąłem narazie połączenie między mikrokontrolerem a R6, R7 oraz dolutowałem dodatkowe 100uF do mikrokontrolera i nic.


    Jak odepniesz trafopowielacz to problem dalej istnieje?

    ganiaczniedoganiacz napisał:
    Czy ktoś z was może ma koncepcję co mógłbym sprawdzić? Niestety nie mam schematu ale zamieszczę widok PCB. Brązowa ścieżka to masa i wydaje mi się że dobrze jest podzielona.


    Wywal ten procesor, zastosuj któryś ze sprawdzonych schematów ze strony http://danyk.cz/index_en.html

    ganiaczniedoganiacz napisał:
    Dodam że bez obciążenia układ bez problemu rozwija większe napięcia, a wymiana trafopowielacza na bliźniaczy skutkuje tym samym (22V AC i kaput).


    Co obciążeniem nazywasz? Trafopowielacz czy elektrody ozonatora?
  • IGE-XAO
  • Poziom 10  
    1. Ten trafopowielacz to z tego co się orientuję jest robiony na zamówienie albo dedykowany.
    2. PIC16F1769 nie jest tutaj armatą na muchy lecz potrzebna jest także komunikacja z komputerem, innymi takimi samymi urządzeniami oraz potrzebne są różne ustawienia pamięci. Więc mimo wszystko mikrokontroler musi być.
    3. Jak trafopowielacz jest podpięty to działa do w.w. 22V AC zasilania, jak nie ma podpiętego trafa to jest super, jak obciążenie jest rezystancyjne to też ok. Tylko nie mogłem sprawdzać na zbyt wysokich napięciach bo nie mam takich rezystorów. Ale przekraczało spokojnie 80V AC.
    4. Obciążeniem nazwę podłączenie trafa z elektrodami oraz samo trafo. Mam na myśli obciążenie tranzystorów.

    Najbardziej mnie zastanawia co w takich konfiguracjach jest najbardziej problematyczne pod kątem zakłóceń. Miałem urządzenie PVM500, którego "końcówka mocy" jest rozwiązana niemal identycznie.
  • Moderator Projektowanie
    Projektowanie sterowników na mikrokontrolerach jest właśnie na tyle problematyczne co trzeba robić separację galwaniczną między uC a układem mocy.

    Ogólnie mógłbyś dodać schemat, gdyż po samym layoucie to ja nic nie widzę.
  • Specjalista - urządzenia lampowe
    ganiaczniedoganiacz napisał:
    Ten trafopowielacz to z tego co się orientuję jest robiony na zamówienie albo dedykowany.


    Pokaż parametry.

    ganiaczniedoganiacz napisał:
    PIC16F1769 nie jest tutaj armatą na muchy lecz potrzebna jest także komunikacja z komputerem, innymi takimi samymi urządzeniami oraz potrzebne są różne ustawienia pamięci. Więc mimo wszystko mikrokontroler musi być.


    No to PICa zostawiasz do komunikacji, pamięci ustawień itp. itd. Zakuwasz go w ekran, dajesz odpowiednią separację, traktujesz jako oddzielny moduł. Przetwornicę opierasz na dedykowanym układzie, całość oddalasz od procesora, stosujesz oddzielne zasilanie.

    _lazor_ napisał:
    Projektowanie sterowników na mikrokontrolerach jest właśnie na tyle problematyczne co trzeba robić separację galwaniczną między uC a układem mocy.


    W sytuacji w której procesor ma służyć do komunikacji z komputerem musi być oddzielony od sieci zasilającej, więc choćby z tego powodu konieczna jest separacja - najprościej przy pomocy transoptora.

    ganiaczniedoganiacz napisał:
    Jak trafopowielacz jest podpięty to działa do w.w. 22V AC zasilania, jak nie ma podpiętego trafa to jest super, jak obciążenie jest rezystancyjne to też ok


    Rdzeń ci się aby nie nasyca? Zrób sondę prądową do oscyloskopu i obejrzyj przebieg prądu w pierwotnym uzwojeniu trafopowielacza.
  • Poziom 43  
    Na jakiej częstotliwości pracuje układ?
  • Specjalista elektronik
    Jakie masz napięcie na wejściach i wyjściach 7812 i 7805, gdzie się pojawiają te impulsy, jak ich amplituda zależy od napięcia z autotransformatora - narasta płynnie, czy one pojawiają się skokowo przy pewnym napięciu? Czy uC i układ wykonawczy są na tej samej płytce, czy na oddzielnych? Z obrazka płytki nie widzę nawet, który IC jest tym uC - podaj schemat, opisz "co jest co"...
  • Poziom 10  
    1. Układ pracuje w zakresie 10k - 200kHz, ale najważniejsza jest częstotliwość 100kHz i na niej robiłem testy.
    2. Przed stabilizatorem 7812 mamy 16.2V, stałe oscylacje na poziomie 50mV i nie zwiększają się do momentu przekroczenia napięcia. Za nim już na VOUT mam 11.95V i impulsy +/- 100mV (peak'i) zależne od częstotliwości. Występują co 5us więc zapewne w momentach przełączania i są nawet bez zasilania drugiej części. Amplituda impulsów rośnie wraz z napięciem części wysokonapięciowej. Na wyjściu 7805 jest 4.95V i identyczna sytuacja.
    3. Wszystkie elementy poza wyświetlaczem, enkoderem sterującym, trafopowielaczem i autotransformatorem są na tej samej płytce.
    4. Rdzeń z pewnością się nie nasyca.

    Opis elementów:
    C1, C2 - 220uF
    C3, C4 - 1.5uF
    C5 - 10nF
    C6, C7, C10, C11, C12 - 100nF
    C8 - 1000uF
    C9 - 330nF
    D1 - KBU10M
    D2 - DB102
    D3 - UF4007
    DZ1, DZ2 - Zenerki 18V
    IC1 - IR2113
    IC2 - 7812
    IC3 - 7805
    IC4 - PIC16F1769
    P1 - 5k liniowy
    Q1, Q2 - SiHG35N60E
    R1, R3, R5 - 10R
    R2, R4, R10, R11, R12 - 220R
    R6, R7, R8, R9 - 0R47
  • Poziom 43  
    Ile zwojów na uzw pierwotnym jakie napięcie zasilania i jaki pobór prądu.

    W jak sposób sterowane klucze.
  • Moderator Projektowanie
    Jak widzę 10ohm na Rg to już wiem, że to okrutna amatorszczyzna i autor powinien się do edukować. I jeszcze rezystory przewlekane na bramki... brak oscylogramów prądu oraz przede wszystkim brak schematu, który można by było analizować, a po layoucie to mogą sobie rozrysowywać schemat osoby co mają na to czas...
  • Poziom 10  
    1. Oscylacje są od pierwszych chwil. Maja charakter gasnących drgań. Zupełnie jak w nietłumionym układzie sterowania indukcyjnością. Ale sprawdzałem tamten układ i wymiana elementów nie wpływa na to. Ich amplituda rośnie niemal liniowo do wzrostu napięcia zasilania. Widocznie po przekroczeniu mikrokontroler już nie wyrabia ze stabilnością.
    2. Kolego _lazor_ ... obliczając moc strat dla MOSFET-ów przy jak najkrótszych zboczach dla sygnału 200kHz wyszło mi że żeby naładować odpowiednio szybko bramkę potrzebny jest prąd ok. 1A. Skoro ma Pan takie doświadczenie to co by Pan zmienił i jak to policzył? Fakt że kwestie energetyczne i wysokie napięcia nie są moim głównym zainteresowaniem to byłoby miło by mi Pan to wyjaśnił na przyszłość.

    Co do oscylogramów związanych z ładowaniem bramki otrzymałem:
    Prostokąt dla napięcia i krzywe ładowania (coś jak różniczka) dla prądu.

    Na ten moment mam pytanie: Czy układ taki jak ADUM1285 może posłużyć jako separacja galwaniczna?

    Pozdrawiam
  • Moderator Projektowanie
    Mosfet w półmostku powinno się stosunkowo wolno załączać a stosunkowo szybko wyłączać, oraz. Dlaczego nie można za szybko włączać? Wszystko przez efekt millera, który jest tym bardziej dokuczliwy im większe napięcie między drenem a źródłem.
    Powoduje to wiele nieprzyjemnych rzeczy, między innymi to że mosfet może się sam załączyć i zrobić zwarcie.

    Widzę że odseparowałeś GDN uC od obwodu mocy, ale już GND sterownika od półmostka nie, a tak samo trzeba to zrealizować.

    Pomiar prądu może być tutaj dużym problemem, gdyż dałeś rezystory przewlekane, pewnie o znacznej indukcyjności, co może powodować pojawienie się sporych szpilek napięcia, nieadekwatne co do przepływanego prądu.
    Nawet w kuchenkach indukcyjnych pomiar prądu realizuje się na przekładnikach oraz wzmacniaczach jako bufor dla układu pomiarowego...


    Tutaj masz coś podobnego co zrealizowałem wcześniej, przynajmniej jest tam schemat jak realizowałem separację...
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3347804.html
  • Poziom 10  
    Generator ozonu 40kV / 500W. Zakłócenia lub właściwość układu?

    Oto schemat, wiem że robiony na kolanie ale nie mam kiedy usiąść. Już nie rysowałem części z mikrokontrolerem bo nie ma sensu (standardowo blisko rezystor resetu, 100nF oraz goldpiny).

    Wziąłem wywaliłem na osobne płytki bloki funkcyjne i brak zmian (osobno sterownik, osobno uC i osobno moc).

    Poniżej zamieszczam oscylogramy napięcia wyjściowego, tendencja taka sama nie ważne czy przed zmianą czy po.

    1. Tutaj mamy sygnał gdy zasilam układ z ok. 20V AC (te szpile są bardzo małe, dosłownie tyle ile widać):
    Generator ozonu 40kV / 500W. Zakłócenia lub właściwość układu?
    2. Tutaj mamy sygnał w momencie ok. 22V AC. Czyli zmiana momentalnie z pierwszego na drugi:
    Generator ozonu 40kV / 500W. Zakłócenia lub właściwość układu?
    3. Tutaj mamy "sygnał" jak pojade dalej (powyżej 40V AC):
    Generator ozonu 40kV / 500W. Zakłócenia lub właściwość układu?

    Jeszcze pamiętam, że używałem generatora PVM500 z wymienionymi tranzystorami na moje oraz z moim sterowaniem (uC + IR2113). Wtedy chyba było wszystko dobrze. Jutro będę wiedział ponieważ jeszcze raz złożę taką hybrydę.

    Wybaczcie za obrócone zdjęcia ;)
  • Moderator Projektowanie
    Zwiększ rezystory bramkowe nawet do 70-100ohm, i daj większe kondensatory filtrujące na bramki (te co masz aktualnie 100nF na przynajmniej 1uF). Mi to wygląda na załączenie się zabezpieczenia UV detect, spowodowane niewyrabianiem się sterownika.

    Aby jednak układ działał poprawnie z takimi rezystorami powinna być dodana dioda przyśpieszająca lub tranzystor przyśpieszający.

    tutaj masz rozwiązanie z diodą:
    https://www.google.pl/search?client=firefox-b...w=1876&bih=1066&dpr=0.9#imgrc=jtEsP2psvNR1VM:

    A coś z tranzystorem nie mogę znaleźć schematu, no trudno z diodą powinno Tobie wystarczyć.
  • Poziom 43  
    Dziwi mnie zastosowanie rezystorów 220Ω, równolegle do wyprowadzeń bramka-źródło. O ile w przypadku low-side to tylko niepotrzebne marnotrawstwo energii to już dla high-side dosyć szybko rozładuje kondensator bootstrapu ze stałą czasową 22us.


    Cytat:
    Mi to wygląda na załączenie się zabezpieczenia UV detect, spowodowane niewyrabianiem się sterownika.
    Zamiast wymyślać nowe teorie o "niewyrabianiu" czegokolwiek zauważ że mamy tu prosty przypadek - kondensator rozładowujący sie przez rezystor, jak kondensator sie rozładuje to i zabezpieczenie podnapięciowe zadziała.
  • Moderator Projektowanie
    jarek_lnx napisał:
    Dziwi mnie zastosowanie rezystorów 220Ω, równolegle do wyprowadzeń bramka-źródło. O ile w przypadku low-side to tylko niepotrzebne marnotrawstwo energii to już dla high-side dosyć szybko rozładuje kondensator bootstrapu ze stałą czasową 22us.


    Cytat:
    Mi to wygląda na załączenie się zabezpieczenia UV detect, spowodowane niewyrabianiem się sterownika.
    Zamiast wymyślać nowe teorie o "niewyrabianiu" czegokolwiek zauważ że mamy tu prosty przypadek - kondensator rozładowujący sie przez rezystor, jak kondensator sie rozładuje to i zabezpieczenie podnapięciowe zadziała.


    Cóż nie wymyślam, takie oscylogrammy miałem gdy sterownik mi nie wydalał prądowo i uruchamiało się zabezpieczenie podnapięciowe. Cóż też popełniłem wtedy dość podstawowy błąd, ale sam byłem w stanie go wykryć i naprawić.
    Ale faktycznie nie zauważyłem tych 220ohm rezystorów, kolejna rzecz na którą będę zwracać uwagę w projektach początkujących.
  • Poziom 10  
    Zrobiłem jak na poleconej grafice. Dodałem diody UF4007, zwiększyłem rezystory do 100R i dodałem równolegle do obu 100nF po 1uF.
    Rezultat jest lepszy ponieważ układ zaczyna wariować nie przy 22V AC ale przy 56V AC. Jednak do 230V jeszcze kawałek. Myślicie że teraz już będzie chodzić głównie o te kondensatory?

    Poniżej zamieszczam oscylogram przebiegu wyjściowego 200kHz. Te szpile są nieobecne do ok. 40V AC potem rosną dość szybko i nie proporcjonalnie do sygnału. I to jest przy tych 56V AC, oscylogramy jeszcze są czytelne i teoretycznie układ zachowuje się prawidłowo:

    Generator ozonu 40kV / 500W. Zakłócenia lub właściwość układu?

    Może te szpile to efekt złych RC na wyjściu.
  • Moderator Projektowanie
    Przede wszystkim nie odpalaj półmostka bez obciążenia. Daj mu przynajmniej jakąś rezystancję, durną żarówkę by był trochę obciążony, najlepiej trochę indukcyjnie.

    Jak dałeś te diody, to możesz wywalić lub dać znacznie większe rezystory niż 220ohm. tak 10kohm.

    Generator ozonu 40kV / 500W. Zakłócenia lub właściwość układu?

    Ja dla przykładu tak uruchamiam falowniki, na dole widać sondę prądową do badania przebiegów, bez tego sobie nie wyobrażam uruchamiania. Tylko że tutaj uruchamiam układ rezonansowy, no cóż przy takim układzie straty na kluczach są minimalne, przy hard swiching są ekstremalnie duże.
  • Poziom 10  
    Ano tych 220R nie ma, jutro wlutuję 10k, a co do obciążenia to jest ten trafopowielacz co ma być docelowo.

    http://www.amazing1.com/content/download/PVM500BASICSCHEMATIC.pdf

    Kiedyś wywaliłem IR2153 z bootstrapem i zamontowałem swój IR2113. Pamiętam jak odpalałem kiedyś ten sam sterownik z rezystorami bramkowymi 10R i kondensatorami 100nF to ładnie pracowało do 110V AC (standard USA). Jak spojrzałem na tył PCB jeżeli chodzi o prowadzenie ścieżek to niemal identyko co u mnie. No może masa faktycznie pare cm dalej.
  • Moderator Projektowanie
    Na zdjęciu z postu 19 jest półmostek zbudowany na IRS2153, nawet podpinałem do niego trafopowielacz z TV, tak dla zabawy. Jednak półmostek i rdzenie z szczeliną to taki średni pomysł, a może nawet kiepski. Jednak na pewno zadziała, gorzej z sprawnością.

    https://www.youtube.com/watch?v=OdA6hT17FT0

    Kiepska jakość, ale sobie zapaliłem łuk na takim trafo z TV, tylko że zasilałem to z 30V z zasilacza laboratoryjnego. Może z 100W to miało gdzie większość odkładała się na mosfetach :D Z ozonowaniem może być problem bo raz że tlenu w atmosferze za dużo nie ma, to dwa pierw się jonizuje azot (fioletowy łuk - jonizacja azotu, biały/błękitny łuk - jonizacja tlenu), nie mówiąc że ozon nie utrzymuje się za długo w powietrzu, więc warto by było mieć butlę z tlenem by zwiększyć sprawność produkcji ozonu i pozbyć się dość szkodliwych tlenków azotu, które również powstają podczas jonizacji.
  • Poziom 10  
    Jeżeli chodzi o te kwestie to mój znajomy, z którym to robię używał już wcześniej wymienionego PVM500 i specjalnie skonstruowanych dysz plazmowych. Sęk w tym że właśnie brakowało mocy oraz zauważył że parametry się polepszały wraz ze wzrostem częstotliwości dlatego chcemy zrobić coś takiego jak PVM500 ale większej mocy i do 200kHz.
  • Moderator Projektowanie
    To by zwiększyć wydajność to tylko i wyłącznie iść w kierunku przekształtników rezonansowych, gdzie sprawność układu sięga ponad 90%.

    PVM500 ma ciekawe rozwiązania, przede wszystkim wykorzystanie NE555 jest dobre i w sumie wymagane by dobrze kontrolować plazmę, ale już sam układ sterowania półmostka jest bardzo słaby.

    Pamiętaj że po zapaleniu się łuku, trzeba regulować prąd przez niego przepływający, a nie napięcie. Wynika to z charakterystyk prądowo napięciowych zapalania się plazmy.
    http://pics.tinypic.pl/i/00563/wr9q9548lugl.jpg
    A w praktyce nigdy nie chcemy wejść w "arc mode".

    Ogólnie w Polsce mamy trochę specjalistów od technik plazmowych z własnymi oficjalnymi patentami i robiącymi sprzęt na cały świat, a ja mam zaszczyt uczyć się od jednego z nich.
  • Poziom 10  
    Już chyba nie mam energii na walkę z tym układem. Miałby może kolega jakieś sprawdzone schematy czegoś co steruje trafopowielaczami do 200kHz oraz jest zasilane z 230V ? Nie chcę kopiować dosłownie ale może są tam rzeczy, na które nie zwróciłem uwagi.
  • Moderator Projektowanie
  • Poziom 10  
    Masz na myśli czy coś mam podłączone za trafem?

    Mam pytanie co do tego: http://danyk.cz/sstc_en.html ... tutaj pracuje na 95kHz. Widzę że w tym układzie mamy dodatkowe RC równolegle do tranzystorów. Myślicie że ich brak w moim układzie może powodować te bolączki?

    Jak kondensatory bootstrap wymieniłem z 1uF na 10uF to nic nie pomogło wtedy, a tutaj jest 100uF.
  • Moderator Projektowanie
    Te układy RC to tak zwane snubber, służą do gromadzenia i tłumienia energii z drgań spowodowanych indukcyjnością.
    https://en.wikipedia.org/wiki/Snubber

    ogólnie jeśli masz hard switching to tak mogą się przydać, bo jednak będziesz przerywać dość znaczące już prądy.

    ogólnie to ja na Twoim miejscu nie uruchamiałbym od razu z transformatorem, a zaczął od wpięcia żarówki na 230V 50-100W i zobaczył jak wtedy zachowuje się układ.
  • Poziom 10  
    Co do "snubber" to wiem po co i jak to działa ale nie lubię nazywać angielskich zwrotów, a z polską spotkałem się "gładzik" ale ona mi nie pasuje ;)
    Jutro pójdę po jakąś żarówkę i zobaczę.

    Jeżeli mam IR2113 oraz IR2153 to w sumie dla stopni końcowych to nie ma różnicy prawda? Już tyle nad tym siedzę że zaczynam wątpić we wszelkie rzeczy jakie zrobiłem w zakresie tego urządzenia.

    https://e2e.ti.com/resized-image/__size/550x0...omponents-weblogfiles/00-00-00-03-59/step.PNG

    Myślicie, że ta metodologia jest w miarę realna?
  • Specjalista - urządzenia lampowe
    ganiaczniedoganiacz napisał:
    Co do "snubber" to wiem po co i jak to działa ale nie lubię nazywać angielskich zwrotów, a z polską spotkałem się "gładzik" ale ona mi nie pasuje ;)


    Nie dziwię się - gładzik to rodzaj pilnika. Snubber określamy polskim słowem gasik.

    ganiaczniedoganiacz napisał:
    Już tyle nad tym siedzę że zaczynam wątpić we wszelkie rzeczy jakie zrobiłem w zakresie tego urządzenia.


    W poście #2 juz podawałem link: http://danyk.cz/index en.html - spróbuj zaadaptować któryś z tam pokazanych układów.
  • Poziom 10  
    No właśnie ten co wysyłałem dzisiaj jest mi najbliższy rozwiązaniem oraz dostępnymi w domu elementami.

    Gładzik, gasik i tak nie brzmi mi to. :)