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

Ograniczenie czasu trwania sygnału wyzwalania

14 Kwi 2018 14:16 609 17
  • Poziom 7  
    Witam wszystkich,

    Projektuję urządzenie, które może pracować tylko w trybie impulsowym. Przy pracy ciągłej może się uszkodzić termicznie.

    Urządzenie posiada 3 wejścia: +24V, GND, wyzwalanie

    Urządzenie jest wyzwalane sygnałem wyzwalającym - stanem wysokim +24 V. Czas trwania sygnału wyzwalającego definiuje czas działania urządzenia. Czas trwania impulsu to 20 us - 5 ms. Częstotliwość wyzwalania to 1 - 100 Hz.

    Muszę się zabezpieczyć przed zbyt długim załączeniem urządzenia (np. przez pomyłkę zostanie załączone na stałe).

    Chciałbym więc ograniczyć maksymalną długość trwania sygnału wyzwalającego, np. do 1 sekundy.

    Będę wdzięczny za pomoc. Liczą się dla mnie jak najprostsze rozwiązania. Nie interesują mnie rozwiązania z mikrokontrolerem. Jestem dodatkowo dosyć ograniczony z miejscem na PCB.

    Zastanawiałem się też nad innym rozwiązaniem problemu. Zamiast ograniczać sygnał wyzwalający - ograniczać prąd zasilający urządzenie za pomocą bezpiecznika polimerowego. W ten sposób w czasie impulsów bezpiecznik nie zadziała, ponieważ jest zbyt wolny przy takim prądzie, a w pracy ciągłej bez problemu ograniczy prąd. Bezpiecznik ma Ih = 0,5 A i It = 1,0 A, urządzenie w impulsie pobiera ok. 1,5 A oraz trochę mniej w czasie pracy ciągłej, bezpiecznik ogranicza taki prąd do ok. 0,1 A po 1-2 sekundach. Jednakże mam obawy co do tego rozwiązania ze względu na ograniczoną liczbę cykli takich bezpieczników. Urządzenie przy podłączeniu do zasilania pobiera większy prąd niż w czasie strobowania, ponieważ musi dodatkowo naładować kondensatory wejściowe (dodałem je, aby oddawały energię w czasie impulsu oraz by skrócić czas reakcji). Proces ładowania przy podłączeniu urządzenia do zasilania trwa kilkadziesiąt/kilkaset us. Obawiam się, że przy każdym podłączeniu urządzenia do zasilania bezpiecznik będzie już w jakiś ograniczony sposób się aktywował i to będzie liczone jako nowy cykl wyłączenia, co spowoduje, że za rok lub dwa urządzenie nie będzie działało. Słyszałem, że takie bezpieczniki mają ok. 100 cykli.

    Czy macie jakieś propozycje, jak rozwiązać ten problem? Dziękuję za pomoc.

    Moderowany przez Marek_Skalski:

    Proszę dbać o poprawność pisowni. Posty zostały poprawione.
    3.1.13. Dbaj o poprawność językową i zachowuj zasady netykiety. Nie wysyłaj wiadomości z których trudno wywnioskować co ich autor chciał przekazać.

  • PCBway
  • Poziom 30  
    Jaki prąd idzie do tego triggera / jaka jest jego impedancja ? Próg zadziałania ?
    Po najmniejszej linii oporu mógłbyś zrobić podciągnięcie rezystorem przez kondensator do masy, ale to zależy od charaktery wejścia.
  • Poziom 7  
    Nie jestem w stanie dokładnie określić impedancji, ponieważ nie została podana przez producenta układu.

    Sygnał wyzwalający podawany jest najpierw na dzielnik napięcia, a z dzielnika na układ, który jest wyzwalany. Układ jest sterowany napięciowo. Dzielnik zmniejsza napięcie 24 V do do 6,5 V. Dzielnik ma 6,1 kOm i 2,2 kOm.

    Prąd sygnału wyzwalającego na wejściu urządzenia to ok. 3-4 mA.
  • Moderator Projektowanie
    tomzab42 napisał:
    Dzielnik zmniejsza napięcie 24 V do do 6,5 V. Dzielnik ma 6,1 kOm i 2,2 kOm.

    Najpierw trzeba by obniżyć amplitudę tego sygnału, aby móc go przetwarzać, np. do poziomu ok.15V - wtedy można by użyć układów z serii 4xxx.
    Wtedy sygnał podawać na wejście układu przez bramkę NAND, której drugie wejście byłoby sterowane przez przerzutnik monostabilny (nieretrigerowalny) o czasie 1 sek. sterowany przez nasz sygnał.
    Czyli sygnał wyzwala przerzutnik monostabilny o czasie impulsu 1 sek i jest też równocześnie podawany na bramkę NAND, której drugie wejście jest sterowane z przerzutnika. Sygnał powoduje generację impulsu 1 sek przez przerzutnik, na jego wyjściu pojawia się 1 logiczna podawana na wejście nr 2 bramki NAND, co umożliwia przenikanie impulsów o czasie < 1 sek. przez bramkę NAND na jej wyjście i do naszego układu. Jeśli sygnał będzie impulsem o czasie >1 sek to bramka obetnie czas jego trwania do 1 sek.
    Sygnał będzie miał obniżoną amplitudę więc trzeba zmienić wartości oporników owego dzielnika 6,1k/2,2k aby nadal dawał te 6,5V albo tym sygnałem sterować tranzystor zasilany z 24V - wyjście z kolektora (co odwróci fazę sygnału).
    Układy serii4xxx to starocie, nie pamiętam numeru takiego przerzutnika (znajdź sobie), NAND to bodajże 4011. Tyle, że mają one niewielką wydajność prądową, być może trzeba wzmocnić wyjście NAND tranzystorem, albo przejść na 74LS00 +74LS121/74LS123 (jeden z nich jest retrigerowalny, drugi - nie) - zasilanie 5V więc trzeba obniżyć amplitudę sygnału, a na wyjściu dać tranzystor zasilany z 24V i wyjście z kolektora (co odwróci fazę sygnału).
    Można też pewnie użyć 555.

    Niestety taki układ nie zabezpieczy Cię przed sytuacją gdy sygnał ma np. długość np. 1,01 sek. i jest powtarzany z okresem 1,02 sek (sygnał 1,01 sek, przerwa 0,01 sek) - to prawie jak sygnał ciągły (stały).
  • PCBway
  • Poziom 7  
    Dzięki za odpowiedź.

    trymer01:

    Ogólnie Twoje rozwiązanie wygląda bardzo obiecująco i skutecznie.

    Jak wspominałem, jestem dosyć mocno ograniczony miejscem.
    Jestem ciekaw, czy dałoby się to zrealizować w ramach napięcia 24V, które mam dostępne na płytce.

    Do Twojego rozwiązania musiałbym dołożyć dodatkowy moduł, ponieważ na docelowym PCB nie jestem w stanie zmieścić tyle komponentów w tak dużych obudowach, gdzie jeszcze muszę zapewnić nowe źródło zasilania 5 V. Układ można sterować zakresem napięcia 3,5-8 V.

    Mimo wszystko myślicie, że jest jakaś szansa aby to zrealizować bez dodawania dodatkowego źródła zasilania w postaci 5 V?

    drobok: Jak w zasadzie miałoby to wyglądać? Podciągnięcie sygnału wyzwalającego do masy przez szeregowo połączony rezystor z kondesatorem? Jak to w takim wypadku działa, że po pojawieniu się stanu wysokiego 24 V, po odpowiednim czasie sygnał spada do zera?

    Co w ogóle sądzicie o rozwiązaniu z bezpiecznikiem polimerowym?

    Ważne jest dla mnie zrealizowanie podstawowego celu, czyli ograniczenie mocy lub wyłączenie urządzenia po zadanym czasie. Bezpiecznikiem polimerowym robię to za pomocą jednego komponentu.
    Wysłałem emaila do producenta z zapytaniem o moją aplikację. Zobaczę co odpisze.
  • Poziom 1  
  • Moderator Projektowanie
    tomzab42 napisał:
    Co w ogóle sądzicie o rozwiązaniu z bezpiecznikiem polimerowym?

    To bardzo prymityny i nieprzewidywalny sposób.
    tomzab42 napisał:
    jest jakaś szansa aby to zrealizować bez dodawania dodatkowego źródła zasilania w postaci 5 V?

    Przecież taki układ (NAND+przerzutnik) to pobór prądu rzędu 0,1-5mA - zasilisz to z 24V przez stabilizator 78L05/78L15, to tylko dwie kości (74LS, 74HCT, 4xxx - nawet w SMD) i kilka elementów R, C.

    Marek_Skalski napisał:
    zabezpieczenie powinno sprawdzać temperaturę albo jeszcze lepiej ilość energii (I x I x t)

    I to jest problemem.
    Też o tym myślałem, ale tu trzeba by znać nie tylko odporność elementów na moc wydzielaną stałą, ale i "thermal transient response" tych elementów w tym układzie (niekoniecznie samych elementów). Bo tu ważna jest nie tylko długość pojedynczego impulsu ale długość impulsów powtarzających się przy zmiennej częstotliwości i zmiennym wypełnieniu.
    Trudno cokolwiek powiedzieć bez znajomości układu, ale prawdopodobnie najprościej byłoby zatrudnić tu uC.
  • Poziom 7  
    Zastanowię się jeszcze. Może uda mi się to jakoś wkomponować w PCB

    Mój układ jest wyzwalany stanem wysokim. Dlaczego w takim razie piszesz o bramce NAND? Nie powinna być bramka AND, gdzie dopóki jest stan wysoki sygnału wejściowego i przerzutnika, to bramka przepuszcza stan wysoki. Jak przerzutnik zmienia stan na niski, to bramka wystawia na wyjściu stan niski.

    Czy to musi być układ 74LS121? Łatwiej byłoby mi kupić układ 74121. Wiem, ze LS ma po prostu niższy pobór prądu. Poza tym podałeś te modele tak po prostu bo pamiętasz ich nazwy czy z jakiegoś konkretnego powodu? Czy np. 74HCT221 też będzie działał bez zarzutu?

    Ogólnie jakbym dodatkowo zastosował bramkę w mniejszej obudowie, np. SOT23-5 to mogłoby by wyjść całkiem małe. Potrzebna mi jest tylko jedna bramka.

    Dzięki za pomoc.

    edit:
    Chyba zrozumiałem o co Ci chodziło z bramką NAND. W przypadku jakbym chciał nią wysterować tranzystor, to rzeczywiście, aby zachować poprawną logikę sygnału wchodzącego na wejście mojego układu, powinniśmy użyć bramki NAND.
  • Moderator Projektowanie
    tomzab42 napisał:
    Mój układ jest wyzwalany stanem wysokim. Dlaczego w takim razie piszesz o bramce NAND?

    NAND jest bardziej uniwersalna - masz ich 4 szt. w kości i można zawsze użyć jednej czy dwóch aby odwrócić fazę sygnału na wyjściu naszego "limitera czasu" aby uzyskać właśnie wyzwalanie stanem wysokim. Bramką AND tego nie zrobisz.
    tomzab42 napisał:
    Czy to musi być układ 74LS121?

    Chodzi o pobór prądu, poza tym sądziłem, że łatwiej kupić 74LS, bo 74121 to zabytek.
    74HCT221 też się nadaje i ma bardzo mały pobór prądu, do tego 74HCT00.
    tomzab42 napisał:
    Poza tym podałeś te modele tak po prostu bo pamiętasz ich nazwy czy z jakiegoś konkretnego powodu?

    Pamiętam, bo ich używałem, podobnie jak 74HCT123 (tu nie nadaje się), ale to można zrobić też na NE555.
    tomzab42 napisał:
    Potrzebna mi jest tylko jedna bramka.

    Nie wiem, trzeba by rysować schemat i analizować fazy sygnałów aby prawidłowo wyzwalać przerzutnik i uzyskać prawidłową fazę sygnału na wyjściu (będzie potrzebny tranzystor zasilany 24V, który też odwróci fazę) - tak aby na wyjściu sygnał miał też stan wysoki. Dlatego pisałem o NAND a nie AND - być może będziesz potrzebował 2 bramki (są takie kości SMD) - być może wystarczy użyć bramek NAND z wyjściem OC - wtedy tranzystor byłby niepotrzebny.
    Pomocne jest to, że masz dwa zanegowane wzgl. siebie wyjścia przerzutnika - możesz użyć dowolnego.
  • Poziom 7  
    Z tego co mi się wydaje to 555 działa w taki sposób, że nie jest retriggerowalna w czasie trwania sygnału. Jednak jak sygnał wyzwalający będzie dłuższy niż impuls wyjściowy to cykl się powtórzy i znowu zostanie wystawiony impuls wyjściowy.

    Ale może się mylę.

    Jak patrzę na notę 74HCT221, to przy sygnałach wejściowych:
    reset: H
    negative-edge triggered input 1: L
    positive-edge triggered input 1: zbocze narastające


    To wystawiany na wyjściu jest impuls o zadanej długości. Czyli zgodnie z tym co wcześniej napisałeś, spełnia moje wymagania. W związku z tym, że reaguje na zbocze narastające, to gdy sygnał wyzwalający będzie dłuższy niż zadany impuls, nie spowoduje to ponownego wystawienia impulsu.

    Układ ma zarówno wyjście active low i active high, więc mogę mieć na wyjściu stan wysoki.

    Czyli ostatecznie jak podłączę na wyjście bramkę AND to bez problemu powinienem wysterować mój układ.
  • Poziom 7  
    Mój układ może być wysterowany napięciem 3,5-8 V.

    Dzielnik z 24 V na 6,5 V jest tam tylko po to aby obniżyć napięcie. Wartość 6,5 V jest taka bo akurat mam taśmę rezystorów na taki dzielnik.

    Teraz mogę dać na sygnale wyzwalającym dzielnik z 24 V na 5V, które podam na trigger przerzutnika monostabilnego oraz na bramkę AND.

    W ten sposób wysteruję mój układ impulsem 5V.
  • Pomocny post
    Moderator Projektowanie
    OK, nie wiem czemu zrozumiałem, że ten dzielnik tam musi być i nawet wątpiłem w możliwość dostępu do niego?
    Teraz widzę, że dla 74HCT221 aby uzyskać impuls 1 sek musisz użyć R=1M i C= ok. 1,5mikroF - duża pojemność.
    Można rozważyć użycie drugiego (niewykorzystywanego) przerzutnika zamiast bramki. Popatrz na tabelę stanów w datasheet.
    Rozważ jeszcze przerzutnik monostabilny na NE555 wg https://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/555_timer.html - najlepiej na ICM7555 - wtedy potrzebujesz bramkę do zanegowania jego wejścia. Zalety - kondensator o mniejszej pojemności, mniejsza kość.
    Obejrzyj też https://www.google.pl/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=...ger%2F418072&usg=AOvVaw3togEVJBqloXiKKq2Zzi98 - ale nie wiem czy jest dostępny.
  • Poziom 7  
    Ogólnie w sumie nie potrzebuję aż tak długiego czasu jak 1 sekunda. Wystarczy mi np. 100 ms.

    Wielkie dzięki za pomoc.
  • Pomocny post
    Poziom 30  
    Generalnie o prosty filtr (chociaż czytając mój poprzedni post sam zastanawiałem się o co mi chodziło). Oczywiście trzeba by było zmodyfikować ten dzielnik (np zamieniając rezystor diodą, by możliwe było użycie mniejszych wartości elementów). Ew dołożyć sprzężenie zwrotne z tranzystorem (eliminuje ciągłe wyzwolenie z krótkotrwałymi przerwami, gdy nie jest to potrzebne można wywalić część z tranzystorem i zostają 4 elementy - gdzie 2 i tak już masz obecnie). Oczywiście wartości elementów należało by przeliczyć by można było uzyskać odpowiednie zależności czasowe.
    Ograniczenie czasu trwania sygnału wyzwalania
    Układ nie jest wolny od wad, ale nadrabia prostotą.
  • Poziom 7  
    Wracając jeszcze do tematu widzę pewien problem.

    Gdy będę chciał wyzwalać moje urządzenie z częstotliwością, gdzie okres sygnału wyzwalającego będzie mniejszy niż okres maksymalnego dopuszczalnego sygnału, to multiwibrator nie będzie się retriggerował co, może oznaczać, że np. po wystąpieniu pierwszego triggera, multiwibrator wystawi stan wysoki. Po wystapieniu drugiego triggera multiwibrator nadal będzie "wyzwolony", więc nie zareaguje na drugi trigger co może skutkować, że wyjście multiwibratora może np. w połowie trwania triggera ustawić stan niski na wyjściu co spowoduje ucięcie triggera na wejściu mojego urządzenia.

    Czy jak użyję układu np. 74123 to nie osiągnę lepszego efektu?

    Np. ten:
    https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74LVC1G123.pdf

    Chodzi mi tylko o zabezpieczenie przed stałym załączeniem urządzenia.
    Przed zbyt dużym wypełnieniem sygnału triggerującego i tak nie jestem w stanie się zabezpieczyć w ten sposób.

    Czy w przypadku multiwibratora 123 nie będzie tak, że multiwibrator wraz z przyjściem nowego zbocza narastającego retriggeruje się, ale za to jak na stałe na wejście multiwibratora poda się stan wysoki to multiwibrator wyzwoli się tylko raz, ze względu na wystąpienie tylko raz zbocza narastającego?
  • Moderator Projektowanie
    tomzab42 napisał:
    multiwibrator nie będzie się retriggerował co, może oznaczać, że np. po wystąpieniu pierwszego triggera, multiwibrator wystawi stan wysoki. Po wystapieniu drugiego triggera multiwibrator nadal będzie "wyzwolony"

    Wykorzystaj wejście RD, jego stan LOW resetuje wyjście. Czytaj tabelę stanów w datasheet - myślę, że ustawienie A=0, i sterowanie wejść RD+B razem zboczem narastającym powinno dać to co chcesz osiągnąć. Trzeba by to sprawdzić.
    tomzab42 napisał:
    jak na stałe na wejście multiwibratora poda się stan wysoki to multiwibrator wyzwoli się tylko raz, ze względu na wystąpienie tylko raz zbocza narastającego?

    Obydwa - 221 i 123 mają tak samo wejścia A i B wyzwalane zboczami, więc podanie stanu wysokiego (dla B) czy niskiego (dla A) wyzwoli go tylko raz - zboczem.
    Właśnie chodziło mi o to, że retrigerowalny (123) się nie nadaje, bo może przedłużać impuls wyjściowy.
  • Poziom 7  
    Dzięki za odpowiedź.

    Jestem na etapie projektowania PCB i trochę się zmieniło i ostatecznie wykorzystują tylko jeden multiwibrator z dwóch wbudowanych.

    Zastanawia mnie jak wygląda kwestia niewykorzystywanych pinów. Wykorzystują scalaki CMOSowe, więc inputy podłączyłem do GND, outputy wiszą w powietrzu.

    W przypadku linii Cx, RxCx w nocie nie ma żadnych informacji na temat podłączenia ich kiedy nie są wykorzystywane. Znalazłem tylko dla innego multiwibratora, że tam preferowano zostawienie tych pinów w powietrzu.

    Ktoś może miał podobną sytuację?