Сопротивление управлямое напряжением для интерфейса 1-10В

[ArtemKuchin]

Вводная:

Есть такая штука, как интерфейс 1-10В для управления светом. Это промышленный стандарт.
Суть проста: в балласте или драйвере, в которому лампы подключены, есть два терминала. Один +10В, другой, условно, приемный.
Если их просто соединить будет 100% света. Если поставить 100К сопротивление между ними будет некий минимум света (но не выкл).
Обычно между ними вставляется какой нибудь диммер на 100К Ом.


ЗАДАЧА

У меня задача стоит управлять этим интерфейсом от МК, вся схема которого запитана от 5В. Причем хочется дешевое и просто решение (ну как всегда). Линейность роли не играет никакой.


ВАРИАНТЫ И ВОПРОСЫ

1) Управляемый напряжением переменный резистор на NMOSFET/ JFET?

Тут все просто, делаем шим, фильтруем, подает на затвор, ура. Однако, харакатеристики крутые очень. В каком диапазоне напряжений на затворе будет получаться от почти 0 Ом до 100К Ом. Может оказаться, что диапазон очень и очень узкий.
Можно конечно делить как угодно выход с ШИП, но так как устройство будет работать рядом с лампами и ЭПРА, то там ЭМ обстановка хреновая, т.е. могут появится значительные помехи. Кроме этого например от 50К до 100К диапазон может оказаться
таким узким (оно же там не линейно), что разрешения ШИМ не хватит.
В общем много неизвестных из-за того, что нет опыта работы с этими транзисторами. Нужен совет с примерами цифр каких-то.
Вопрос поиска точки, где 100К Ом не актуален, так как калибровать можно в МК по постоянному 100К резистору.

2) Поступить наглее. Вставить между терминалами 10В и приемным MOSFET и прямо там на выходе добавить фильтр и подать на мосфет шим напрямую, а на выходе добавить простенький RC фильтр 2 порядка. Там обычно ток доли миллиампера, тут же он совсем упадет. Для меня не ясно как поведет себя сам ЭПРА.

[просто КОТ]

Ну... Мы же не знаем входную схему там в ЭПРА. Пробуй... ВТорое выглядит ИМХО проще. А с первым надо играться... С характеристиками J-FETа... Вооот.

[ArtemKuchin]

По поводу ЭПРА вот что смог нарыть

4.5.1.2 Control via analog output
The external control with an analog output 0...10 V (e. g. PC
card) is possible, in principle. This control module must be in
the position to absorb the current delivered by the ECG in
the control line and to minimize the control voltage to at least
1 V. In order to do this, however, the analog output must fulfi ll
two requirements: It must be fl oating; therefore, it must not
be galvanically connected to accessible parts or switchings
which are subject to SELV requirements (test voltage 2500 V,
the test voltage to earthed parts is 1500 V). The analog out-
put must be able to work as a current sink, since it must ab-
sorb the control current of the OSRAM DIM ECG. In most
cases, it is unknown whether and how much current an an-
alog output can absorb; however, you can always manage
with a matching circuit

Т.е. если я правильно понимаю, тут пишут. что управлять внешним аналоговым сигналом можно, и контроллер
должен поглощать достаточно тока, который приходит от ЭПРА, чтобы уменьшить напряжение как минимум до 1В.

Касательно токов:
При 1В 0.45мА
При 10В 0.1мА


Т.е. надо взять прицепиться на терминал +10В и дозировать с него ток, чтобы напряжение падало.

Касательно фильтра: требование чтобы колебания были в придела +-20мВ.

просто КОТ
Почему именно JFET ?


Нашел вот такое обсуждаемое решение


К сожалению, не сказано сработало или нет. Однако, можно предположить, что да.
Тут на входе полный диапазон шип с полной линейностью по всему диапазону. Мне такие заморочки не требуются, поэтому полагаю, что все-таки можно было бы заменить на управляемый напряжением резистор на полевике. Но не знаю, в каком диапазоне напряжений на затворе полевики обеспечивают сопротивление от 100К до почти нулевого.

[просто КОТ]

J-FET как раз и создан был как переменный резистор в линейной области...
Ну а ту выходит надо менять R от 2кОм до 100кОм.

[ArtemKuchin]

Конкретизирую
Берем конкретный даташит
https://www.fairchildsemi.com/datasheet ... BFJ201.pdf
там есть страшный график на странице 3 есть график Common Drain-Source
судя по нему линейный участок где-то до 1В идет, который можно использоваться как линейный резистор.
Однако меня линейность не очень волнует. Мне надо получить просто диапазон от 0 до 100К.
И на сколько я вижу с этого графика при Vgs=0 (максимальный ток D-S) сопротивление около 200 Ом при
Vds=5В. У меня vds=10В, но судя по графику отличие не будет большим, так сто макс ток будет 50 мА.
Но источник в ЭПРА такой ток не сможет обеспечить, так что для него это будет замкнутая цепь.

Я правильно график прочел вообще и понял суть?

В jeft-ах плохо что они по умолчанию открыты.
И еще я не понял как применить JFET без источника отрицательного напряжения?
для N-JFET: На D +10В, на S - земля, чтобы закрыть канал надо на G подать минут относительно земли
для P-JFET: на D должен быть минус, ну лажно. Перевернем. На D земля, на S - +10, чтобы закрыть канала надо на G еще более положительный +10В, чего у меня нет.
Не выходит каменный цветок.

[mzw]

И еще я не понял как применить JFET без источника отрицательного напряжения?

Ну так поставьте КП301 или КП304 (они p-типа). Можно попробовать, например 2N7000, но у него может оказаться слишком большая крутизна и низкое минимальное сопротивление.

[ArtemKuchin]

так для p типа надо напряжение где-то взять больше 10В (причем на сколько больше пока не ясно), у меня только 5В на управляющей схеме.

[mzw]

так для p типа надо напряжение где-то взять больше 10В

Зачем?
Нужно перевернуть транзистор истоком "вверх" - к плюсу, стоком "вниз".
Напряжение на затворе все равно будет измеряться относительно истока.
КП301 и КП304 - транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом, ни будут открываться при напряжении между затвором и истоком примерно 4 В (при 3 В он закрыт - при 5 В - открыт, в промежутке сопротвление будет меняться примерно от 100 Ом до 10 МОм).

[ArtemKuchin]

КП301, 304 это jfet или моп?

[El-Eng]

А ничего, что аналоговый управляющий выход должен быть гальванически развязан?

... the analog output ... must be floating; therefore, it must not be galvanically connected to accessible parts or switchings
which are subject to SELV requirements (test voltage 2500 V, the test voltage to earthed parts is 1500 V).

Так что, простой вариант есть лишь один - оптрон. Но так как линейность не важна, то это - нормальный вариант.

[mzw]

КП301, 304 это jfet или моп?

МОП.
Но если нужна развязка, та тогда действительно оптрон. Скорее всего - транзисторный.

[ArtemKuchin]

SELV изоляция тут не важна, так как корпус пластик и нет никаких включателей, выключателей и вообще чего либо, что трогать
надо.
Но, ведь действительно, может быть оптопара подойдет?
Вот например
http://lib.chipdip.ru/222/DOC000222612.pdf
стр 6
график
Fig. 1 LED Forward Voltage vs. Forward Current
(Black Package)

плавное нарастание в зависимости от напряжение на диоде очень удобно
Из графика следует, что можно взять участок от 0 до 1В и работать в нем, т.е. просто делитель на 4 поставить на выходе ШИП после фильтра. Это нормально, по крайней мере не милливольты. В этом диапазоне будем иметь слив тока до 1мА (это больше чем надо даже).

Мысль верная?

Проблему я тут вижу одну - температурную нестабильность. Устройство будет в полу закрытом корпусе, где Т может быть и 25 и 50. Разброс по току очень большой выходит.

Есть линейные оптопары где на выходе два диода, они стабильны, но там, я так понял, пропускные токи мелкие какие то совсем (микроамперы) и надо дальше ставить ОУ, а у меня на стороне ЭПРА нечем запитать его.

Есть фоторезисторы. Возможно вариант. Я не совсем понял, как они себя ведут. Если ли с широким диапазоном в районе 1мА, чтобы было можно управлять от 0 до 1мА.

Есть правда другой вариант!
Используем транзисторную оптопару как управляемый резистор, изоляцию в топку. Между выходом оптопары и землей цепляем резистор, скажем, на 100 Ом. И смотрим какое на нем напряжение на АЦП МК.
Причем смотрим уже через ОУ, так как падение напряжение маленькое очень для АЦП. В итоге имеем обратную связь, которая что угодно позволяет делать.

Что скажете?

[El-Eng]

Что скажете?

Надежнее всего - ШИМ. Светодиод (через резистор) - к выходу МК, а Т-образный RC-фильтр - к фототранзистору. Только резисторы и конденсатор подобрать придется.

[ArtemKuchin]

На выходе фототранзистора не выйдет RC фильтр. RC фильтры они с большим R - это сильно на сам ток управления повлияет.

[El-Eng]

RC-фильтры могут быть с любым R. R1 и R2 могут быть разными. С тоже может быть любой. Я же сказал, нужно подобрать.

[ArtemKuchin]

Но почему на выходе лучше?

[El-Eng]

Если у вас RC-фильтр на выходе оптрона, то через оптрон идет импульсный сигнал (on-off), что существенно лучше аналогового. Поскольку требуется приемник тока (current sink), значит источник тока уже есть. Открытый транзистор - это приемник тока. Какого, определяется коэффициентом заполнения и сопротивлением резисторов. Конденсатор сгладит пульсации. Развязка, обеспечиваемая оптроном, сохранится.

[ArtemKuchin]

Т.е. вы предлагаете не использовать зависимость тока на выходном транзисторе от тока на светодиоде, а, образно говоря, использовать оптрон в ключевом режиме, а сглаживать уже потом все? Насколько я понимаю, в таком варианте использования вопрос зависимости тока от температуры в оптопаре пропадает и если однажды устройство откалибровать, то оно и дальше продолжит так работать, т.е. обратной связи на МК не требуется. Верно?

[El-Eng]

Да.

[ArtemKuchin]

Отлично. Спасибо. Теперь время натурных экспериментов.