ШИМ с опторазвязкой

[alexsk]

Всем привет! Есть led-лента (12в), которой хочется управлять с помощью МК, но у них разные (развязанные гальванически) источники питания. С моей точки зрения выглядит очевидным решением использовать оптопару (например. PC817) и полевик в силовой части (например IRFZ44). Т.е. ШИМ сигнал от МК идет на PC817, выход PC817 управляет мосфетом, который уже управляет лентой.

Но что-то мне подсказывает, что с такой схемой потенциально могут быть проблемы. В радиоэлектронике я новичок, поэтому сильно ногами не бейте Если подобный вопрос уже разбирался, буде благодарен за ссылку. Быстрое гугление ничего не дало.

[AAX]

Привет!
Если с английским норм, гляньте: https://www.youtube.com/watch?v=tebprQvrqk4 Чувак со специфическим чувством юмора, но рассказывает подробно и как раз о том, что Вас интересует. У него же есть вот прям вообще то, что Вы хотите сделать: https://www.youtube.com/watch?v=iNYeww1Sjzk
Засады там, если коротко, две: 1) открыть полевик мало, его ещё закрывать нужно (разрядить затвор) и 2) частота ШИМ должна быть ниже максимальной рабочей частоты применяемой оптопары.

[alexsk]

Спасибо за быстрый ответ!

[uquote="AAX",url="/forum/viewtopic.php?p=3728161#p3728161"]открыть полевик мало, его ещё закрывать нужно (разрядить затвор)[/uquote]
Не совсем понял... А в чем проблема просто подтяжку к массе сделать? Добавил примерную схему во вложении:


[uquote="AAX",url="/forum/viewtopic.php?p=3728161#p3728161"]частота ШИМ должна быть ниже максимальной рабочей частоты применяемой оптопары.[/uquote]
Как ее узнать (простите за глупый вопрос)? В даташите не нашел такой характеристики

[AAX]

[uquote="alexsk",url="/forum/viewtopic.php?p=3728195#p3728195"]А в чем проблема просто подтяжку к массе сделать?[/uquote]Проблема в том, что транзистор при такой схеме включения сильнее греется. Но если частота ШИМ - десятки килогерц, а коммутируемый транзистором ток далёк от максимально допустимого, это не проблема
[uquote="alexsk",url="/forum/viewtopic.php?p=3728195#p3728195"]Как ее узнать (простите за глупый вопрос)? В даташите не нашел такой характеристики [/uquote]Даташит на PC817, страница 8, картинка 15. Вам же нужно напряжение получить, чтобы полевиком управлять?

[alexsk]

[uquote="AAX",url="/forum/viewtopic.php?p=3728207#p3728207"]Но если частота ШИМ - десятки килогерц, а коммутируемый транзистором ток далёк от максимально допустимого, это не проблема[/uquote]
Надо будет посмотреть, как оно в реальности себя чувствовать будет, но думаю, что 1,5-2 ампера это не та нагрузка, которая может в данном случае привести к серьезному нагреву.

[uquote="AAX",url="/forum/viewtopic.php?p=3728207#p3728207"]страница 8, картинка 15[/uquote]
Спасибо! Не то, что бы я понял ,как читать это график, но все равно спасибо Разберусь)

[uquote="AAX",url="/forum/viewtopic.php?p=3728207#p3728207"]Вам же нужно напряжение получить, чтобы полевиком управлять?[/uquote]
Ну идея такая, да.

[AAX]

[uquote="alexsk",url="/forum/viewtopic.php?p=3728214#p3728214"]Не то, что бы я понял ,как читать это график, но все равно спасибо [/uquote]лучший способ читать этот график - собрать на макетке Вашу схему, и посмотреть осциллографом форму сигнала на затворе транзистора. При разных частотах ШИМ. Опять же, на десятках килогерц всё нормально должно быть

[jcxz]

[uquote="alexsk",url="/forum/viewtopic.php?p=3728214#p3728214"]Надо будет посмотреть, как оно в реальности себя чувствовать будет, но думаю, что 1,5-2 ампера это не та нагрузка, которая может в данном случае привести к серьезному нагреву.[/uquote]Проблема не в коммутируемых токах, а в частоте на затворе. Один из главных параметров полевиков: ёмкость затвора. Т.е. - когда Вы подаёте напряжение запирания на затвор (условно говоря лог."0"), то чтобы полевик закрылся, нужно, чтобы эта ёмкость разрядилась до уровня запирания. И если это будет происходить медленно (а это будет происходить довольно медленно для мощных полевиков с большой ёмкостью затвора, так как в Вашей схеме ёмкость будет разряжаться через 1К резистор), то в течение этого времени транзистор будет долгое время находиться в линейном режиме, а не в ключевом режиме (т.е. - на сток-исток будет падать напряжение). Отсюда и нагрев - закон Ома в действии.
Поэтому для ВЧ-управления полевиками применяют спец. схемы управления их затворами, в которых разряд ёмкости затвора делается активным транзисторным ключом.
Так что совет: после оптопары поставить ещё схему управления затвором полевика на биполярном транзисторе. А ещё лучше - поставить спец.чип-драйвер управления затвором полевика, который умеет управлять затвором как надо. Этих чипов-драйверов полно. Вот например у меня в текущей схеме сейчас стоит UCC21220. Он уже гальванически изолированный и оптопару можно выбросить. Он позволяет управлять одним 2-тактным ключом или 2-мя однотактными.
Можно также найти драйверы со встроенной защитой по току например.
Также - на али полно готовых модулей-драйверов мощных полевых транзисторов. И совсем дешёвых. Можно там что-то подобрать.

Добавлено after 9 minutes 36 seconds:
[uquote="alexsk",url="/forum/viewtopic.php?p=3728195#p3728195"]Как ее узнать (простите за глупый вопрос)? В даташите не нашел такой характеристики [/uquote]
Значит плохо искали. Должна быть.
Но в Вашей схеме частота будет ограничена скорей всего не оптопарой, а RC-цепочкой затвор-GND. Начиная с некоторой частоты коммутации и выше транзистор не будет закрываться вообще. Так как ёмкость затвора не будет успевать разрядиться.

Добавлено after 11 minutes 22 seconds:
[uquote="AAX",url="/forum/viewtopic.php?p=3728216#p3728216"]Опять же, на десятках килогерц всё нормально должно быть [/uquote]
"Нормально"? Сомневаюсь... Вот например у меня транзистор IPB036N12N3G. Ёмкость затвора у него ~14нФ. Значит постоянная времени RC на затворе составит 1100*14e-9 = ~154мкс. Т.е. - "на десятках кГц" он скорей всего вообще закрываться не будет с такой "схемой"....

PS: Кстати - и транзистор оптопары тоже включен неправильно. Эмиттерный повторитель здесь не годится.

[alexsk]

jcxz, спасибо за подробный ответ. Примерно такие сомнения у меня и были. На специализированные микросхемы посмотрю.
По поводу

Так что совет: после оптопары поставить ещё схему управления затвором полевика на биполярном транзисторе

можно чуть подробнее. Если не затруднит, то может дать пример такой схемы?

на али полно готовых модулей-драйверов

можете кинуть ссылку на пример подобного модуля. Искать, не понимая точно что ищишь, на али не так просто.

Спасибо!

[AAX]

[uquote="jcxz",url="/forum/viewtopic.php?p=3729917#p3729917"]"Нормально"? Сомневаюсь... Вот например у меня транзистор IPB036N12N3G.[/uquote]это просто отлично, что у Вас есть такой транзистор А вот у ТС есть IRFZ44, ёмкость затвора у него порядка 2 нФ, и на частотах меньше сотни килогерц всё у него должно работать нормально. Ток в 2 А вряд ли сможет сильно нагреть этот транзистор, даже если он будет половину времени проводить в "полуоткрытом" состоянии. А этого не произойдёт, т.к. постоянная времени выходит в 2 мкс. А с 12 В до 2 В (когда IRFZ44 закроется наверняка) он будет разряжаться 4 мкс. Это соответствует частоте в 250 кГц. И шим не всегда же 50% заполнен.
Да, и за использование ёмкости затвора и time constant для подобных расчётов Вам тут сейчас накидают будь здоров... Надо использовать полный заряд затвора! И решать несложное дифференциальное уравнение, чтобы получить время заряда/разряда затвора
alexsk, не нужен Вам специализированный драйвер, всё будет работать на 50 килогерцах, как Вы нарисовали. Нужна частота выше (где-то до 200 килогерц) - поставьте вторую оптопару, как чувак в ютуб-ролике, на который я ссылку оставлял. Если надо ещё выше - придётся драйвер использовать, да. Ну, или взять другие оптопары, подороже и пошустрее.

[BOB51]

Сотни килогерц для светодиодной ленты??
Там и 120 герц хватит. Ну при желании до 1 килогерца еще можно попытаться поднять.
У лент весьма длинные питающие шлейфы - при хороших токах и индуктивность свое скажет и помехи в радиоэфир
весьма солидные...

[jcxz]

[uquote="alexsk",url="/forum/viewtopic.php?p=3730734#p3730734"]

Так что совет: после оптопары поставить ещё схему управления затвором полевика на биполярном транзисторе

можно чуть подробнее. Если не затруднит, то может дать пример такой схемы?[/uquote]
Нет, я не возьмусь её правильно нарисовать. Да и лучше так не делать. Зачем? Не 80-е годы - сейчас полно готовых драйверов.

[uquote="alexsk",url="/forum/viewtopic.php?p=3730734#p3730734"]можете кинуть ссылку на пример подобного модуля.[/uquote]
Я имел в виду что-то типа такого: https://ru.aliexpress.com/item/33024774 ... b201603_55
Он конечно не совсем для этого предназначен, но судя по характеристикам - должен нормально управлять мощным полевиком. Я так думаю.
Разве что нужно обратить внимание на напряжение отпирания вашего полевика, а то этот модуль максимум 10V позволяет.

Но всё же я бы порекомендовал использовать специализированный драйвер MOSFET-ов, типа того что я приводил выше. Там и изолятор уже встроенный.

Добавлено after 12 minutes 59 seconds:
[uquote="AAX",url="/forum/viewtopic.php?p=3730824#p3730824"]это просто отлично, что у Вас есть такой транзистор А вот у ТС есть IRFZ44, ёмкость затвора у него порядка 2 нФ, и на частотах меньше сотни килогерц всё у него должно работать нормально.[/uquote]Откуда знаете какой транзистор у ТС?

[uquote="AAX",url="/forum/viewtopic.php?p=3730824#p3730824"]А этого не произойдёт, т.к. постоянная времени выходит в 2 мкс. А с 12 В до 2 В (когда IRFZ44 закроется наверняка) он будет разряжаться 4 мкс. Это соответствует частоте в 250 кГц. И шим не всегда же 50% заполнен.[/uquote]
Если предположить, что скважность сигнала ==2, то при 125кГц транзистор половину времени будет находиться в полуоткрытом состоянии - на нём будет падать мощность. Т.е. -те самые 2А. Или <= 48 Вт. Ну конечно не вся - часть упадёт на нагрузке. Хорошо - не надо ТС-у скорей всего 125кГц, скажем он сделает 10кГц ШИМ, получит: 10/125*48 = 3.9 Вт. Т.е. - по любому придётся ставить радиатор + вентилятор на этот транзистор. Вопрос - зачем??? Если без этого легко обойтись поставив драйвер для быстрой перезарядки ёмкости.
И какая разница на сколько заполнен ШИМ? Если даже транзистор открывается всего на 1% от всего периода, то всё равно потом на разрядку ёмкости нужны те же самые 4 мкс.

[Stan47]

Что-то тут совсем распоясались. Складывается впечатление, что здесь обсуждают схему какого-то мощного DC-DC преобразователя. Какие то сотни кГц, Интегродифференциальные уравнения и т.д. Правильно сказал BOB51, здесь сотен Герц хватит, ну пусть единиц килогерц. Нагрузка то активная. А для управления подойдет самый примитивный модуль на NE555, купленный на Али. Только приладить к нему регулировку скважности. И схема, помещенная в начале, вполне рабочая. Можно даже и стоомный резистор не ставить.

[jcxz]

[uquote="Stan47",url="/forum/viewtopic.php?p=3731121#p3731121"]Что-то тут совсем распоясались. Складывается впечатление, что здесь обсуждают схему какого-то мощного DC-DC преобразователя. Какие то сотни кГц[/uquote]
Ну сотни кГц - это конечно перебор, но вот то, что сейчас у автора 12V и сравнительно мало лампочек, а завтра он захочет весь свой коттедж ими украсить. И 12V и 2А окажется мало. И придётся всё переделывать. Лучше сразу с запасом заложить. И надёжно. Тем более что стоит это копейки. Зачем экономить на пуговицах?

[BOB51]

Даже для больших рекламных щитов вполне несущего 120 Гц хватало.
А с учетом "длинных линий" по десятку метров да токов - соорудить четкий прямоугольный сигнал НЕ ПОЛУЧИТСЯ.
Ессно как результат даже logic level (при 6-метровой петле проводов питания и токах до 0,2А) начинают раскаляться, ежли радиаторов покрупнее не поставить.
При том, что до 200Гц можно и десяток метров провода как угодно кинуть.

[musor]

апсолютно безграмотный продход к проэктировванию схем с шим/чим
затворами так не рулят драйвер нада это рас...ну и сама идея утопская это 2с

[Stan47]

Предлагаю, как вариант: твердотельное реле, а светодиоды запитать пульсирующим выпрямленным напряжением (без сглаживающего фильтра). https://ru.aliexpress.com/item/32948673 ... b201603_55

[musor]

а разницы? нефилтровано добавит пулс 100гц зачем глаза мучить коттам?
полно готовых драйвоф а коли надо специфиский нто можно исползовать их схемотехнику

Добавлено after 1 minute 36 seconds:
и еще чем вам нормалный сухой кантахт не угодил просто дещева долговечно и главное неубиваемо

[Stan47]

Забыл сказать. Это вариант для непривередливых котов.

[ПростоНуб]

BOB51, частоты 120 Гц, конечно хватит, но длительномть минимального импульса при ШИМ-ировании при этом далеко не 4 мс. При 8-битном ШИМ - от 33 мкс, а при 16-битном, так вообще может быть от 128 нс. Это и есть время, за которая оптопара и полевик должны успевать и открыться, и закрыться. Задержку тут можно игнорировать.
Качать полевик непосредственно оптопарой я бы не стал. Хотя бы двухтактник на дешевых биполярных транзисторах желателен. Например, 2N3904/2N3906

[AAX]

[uquote="jcxz",url="/forum/viewtopic.php?p=3731102#p3731102"]Нет, я не возьмусь её правильно нарисовать. Да и лучше так не делать. Зачем? Не 80-е годы - сейчас полно готовых драйверов.[/uquote]Точно. АлиЭкспресс, драйвер светодиодной ленты. Что ещё нужно для счастья белому человеку в 21-м веке?
А схема, кстати, ничего сложного:
[uquote="jcxz",url="/forum/viewtopic.php?p=3731102#p3731102"]Откуда знаете какой транзистор у ТС?[/uquote]читаю сообщения перед тем, как на них отвечать.[uquote="jcxz",url="/forum/viewtopic.php?p=3731102#p3731102"]на нём будет падать мощность. Т.е. -те самые 2А. Или <= 48 Вт. Ну конечно не вся[/uquote][uquote="jcxz",url="/forum/viewtopic.php?p=3731102#p3731102"]скажем он сделает 10кГц ШИМ, получит: 10/125*48 = 3.9 Вт.[/uquote]ну, конечно, не все
Методика расчёта мягко говоря, сомнительная. Из практики - зашибись всё работает, и не греется Но лучше, конечно, две оптопары.
[uquote="jcxz",url="/forum/viewtopic.php?p=3731102#p3731102"]И какая разница на сколько заполнен ШИМ?[/uquote]Я рассуждал вот как: если коэффициент заполнения большой, и время "закрытия" транзистора велико - он может просто перестать закрываться. И нагреваться заодно. Если коэффициент заполнения маленький, транзистор проводит большую часть времени в закрытом состоянии. ИМХО, наиболее "суровым" будет режим работы с 50% заполнением. Открывается - греется, закрывается - ещё сильнее греется, чем выше температура, тем больше сопротивление перехода, тем сильнее греется.