Detekcja otwartego obwodu wysokonapięciowego

[H1M4W4R1]

+1kV to wyjście z przetwornicy typu boost (w rzeczywistości będzie tam 50-500V). Wzmacniacz to 324N (lub 358P). Dioda Zenera ma rating 5.1-5.6V +/- 20%.

Układ ma za zadanie wykryć otwarty obwód (zamiast LED'a układ będzie podpięty do wejścia cyfrowego mikrokontrolera sterującego systemem, sygnał PWM będzie też pochodził z MCU oraz będzie odizolowany od sekcji HV przez optotriaka, ale dla uproszczenia zastosowałem źródło PWM).

MCU to prawdopodobnie 328P-PU, albo RP2040 (wtedy poziomy logiczne zostaną odpowiednio poprawione).

Rozróżnienie czy otwarcie nastąpiło przez tranzystor czy przez otwarcie "przełącznika" będzie po stronie programowej.

Uszkodzenie układu nie będzie miało wpływu na funkcjonowanie bezpieczeństwa (izolacja CNY17-3 spokojnie wytrzyma maksymalne napięcia w specyfikacji). Brak zmiany stanu na diodzie transoptora spowoduje stały odczyt przez mikrokontroler, który w momencie wykrycia anomalii uruchomi układy odcinające zasilanie przetwornicy (wyłączy przetwornicę, odetnie główną linię wyjścia przez przekaźnik oraz zewrze wyjście przetwornicy do masy przez rezystor mocy, by rozładować kondensatory).

Jakieś sugestie / potencjalne problemy?

Edit: Rezystor 2M symuluje obciążenie układu. [zakres 2k-2M], co w przypadku gdy padnie dioda Zenera spowoduje uszkodzenie wzmacniacza, ale reszta efektów jest opisana wyżej - niezależnie czy wzmacniacz padnie do masy czy do zasilania, to i tak transoptor powinien zabezpieczyć resztę sterowania.

Edytowano Lipiec 28, 2023 przez H1M4W4R1

[_LM_]

Zamiast diody zenera dałbym diak na odpowiednie napięcie, diak pewnie zewrze obwód do masy i nie wprowadza nieliniowości (o ile ma to tutaj znacznie) do układu 

[_LM_]

Inna metoda, otwarcie obwodu o dość wysokim napięciu spowoduje iskrzenie a co za tym idzie oscylacje wcz. Można próbować wykrywać te częstotliwości i reagować na nie

[H1M4W4R1]

29 minut temu, _LM_ napisał:

Zamiast diody zenera dałbym diak na odpowiednie napięcie, diak pewnie zewrze obwód do masy i nie wprowadza nieliniowości (o ile ma to tutaj znacznie) do układu 

Nigdy nie używałem, w większości przypadków Zenerki są dla mnie wystarczające.

Nieliniowość raczej nie będzie miała gigantycznego znaczenia, bo jednak natężenia prądu tam panujące będą dość niskie i rozrzut obciążenia nie będzie zbyt duży (obciążenie będzie bardziej zbliżone do tych 2M niż 2k, w większości przypadków). 2k to przypadek ekstremalny, gdy jakiś kretyn odstawi totalną głupotę.

Jedyne diaki jakie znajduję są na ~30V lub 125V, a to by wymagało podmiany wzmacniacza operacyjnego na jakiś kompatybilny z wyższymi napięciami (358P z szuflady wtedy już nie wystarczy 😞)

18 minut temu, _LM_ napisał:

Inna metoda, otwarcie obwodu o dość wysokim napięciu spowoduje iskrzenie a co za tym idzie oscylacje wcz. Można próbować wykrywać te częstotliwości i reagować na nie

Natężenia będą zwykle w okolicach mikroamper, więc raczej wątpię w opłacalność próbowania. Dodatkowo układ ma kondensator, który dobrze zbiera wszystkie oscylacje (10nF, 1kV na linii 600V). Dodatkowo linia 600V pochodząca z przetwornicy boost 12V->600V działającej na 10-100kHz też będzie trochę tętniła sama z siebie, co mogłoby zakłócać częstotliwość oscylacji.

Cytat

Jedyne diaki jakie znajduję są na ~30V lub 125V, a to by wymagało podmiany wzmacniacza operacyjnego na jakiś kompatybilny z wyższymi napięciami

Chociaż chyba ten wzmacniacz nie będzie wcale potrzebny...

Edytowano Lipiec 28, 2023 przez H1M4W4R1

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[H1M4W4R1]

Źródło zasilania będzie wyglądać m/w tak:

Posiada sygnał sterujący (generujący napięcie na przetwornicy) i sygnał odcinający (całkowicie wyłączający przetwornicę jako zabezpieczenie niezależne od sygnału sterującego). OCP ochrania przed zbyt dużym prądem przepływającym przez cewkę i jest ograniczony na 250-300mA. Sama przetwornica była już wcześniej testowana i została trochę "upgrade'nięta". Oczywiście na linii 600V będzie też tranzystor odcinający z rezystorem mocy, ale to liczę jako osobny podsystem urządzenia.

Urządzenie ma dwa zasilacze: 12V i 5V. 12V zasila część wysokonapięciową, a 5V część niskonapięciową. Oba zasilacze są odizolowane galwanicznie od sieci zasilającej i nie mają wspólnej masy.

Edytowano Lipiec 28, 2023 przez H1M4W4R1

[_LM_]

Odważnie podszedłeś do układu sterowania cewką, wątpię aby ten ogranicznik z tranzystorem jako źródło prądowe miał w ogóle szansę zadziałać

[H1M4W4R1]

4 minuty temu, _LM_ napisał:

Odważnie podszedłeś do układu sterowania cewką, wątpię aby ten ogranicznik z tranzystorem jako źródło prądowe miał w ogóle szansę zadziałać

To nie ma działać jako źródło prądowe. To ma za zadanie odłączyć tranzystor przy przekroczeniu prądu na cewce, co działało bardzo dobrze na prototypie 😉 

A nawet jak sterowanie będzie zbyt skuteczne, by reagował, to i tak lepiej zostawić "na wszelki wypadek" 😄 

Edytowano Lipiec 28, 2023 przez H1M4W4R1

[_LM_]

Czyli układ musi wykryć zwarcie obwodu WN jak i jego rozwarcie. Więc czy było by dużym problemem wstawienie obwodu sprzężenia zwrotnego w układzie źródło cewka? Obwód mógłby być zrealizowany zp małego transformatorka, coś jak przekładnik prądowy. I masz od razu izolację galwaniczną. Chętnie podesłałbym jakiś kawałek schematu koncepcyjnego ale nie jest to możliwe w tek chwili. 

[H1M4W4R1]

19 minut temu, _LM_ napisał:

Czyli układ musi wykryć zwarcie obwodu WN jak i jego rozwarcie. Więc czy było by dużym problemem wstawienie obwodu sprzężenia zwrotnego w układzie źródło cewka? Obwód mógłby być zrealizowany zp małego transformatorka, coś jak przekładnik prądowy. I masz od razu izolację galwaniczną. Chętnie podesłałbym jakiś kawałek schematu koncepcyjnego ale nie jest to możliwe w tek chwili.

Po stronie zasilania raczej nie wykryjesz zwarcia, bo obciążenie jest na tyle duże, że kondensator będzie się bardzo wolno rozładowywać. Musi wykryć rozwarcie w miejscu oznaczonym przełącznikiem na pierwszym schemacie, a przed przełącznikiem jest kondensator, który skutecznie zasila tę linię w przypadku gdy obciążenie nie jest podłączone. Jedynie za obciążeniem nastąpi zanik napięcia.

Tak wygląda schemat minimalny, bez żadnych ulepszaczy. Układ ma wykryć czy obciążenie jest podłączone czy nie. Może mój pierwszy schemat wprowadził trochę zamieszania... 😄 

EDIT: maks częstotliwość PWM to 1kHz 😉 

Edytowano Lipiec 28, 2023 przez H1M4W4R1

[_LM_]

Rozumiem ideę 🙂 jeśli masz oscyloskop, to nawiń kilka zwojów byle drutu, zrób cewkę powietrzną, podłącz pomiędzy sondę a masę i zobacz przebieg kiedy pojawia się iskra w otwartym obwodzie. Dam sobie paznokieć przyciąć że pojawią się oscylacje o częstotliwości znacznie wyższej niż te które generuje przetwornica

[H1M4W4R1]

2 minuty temu, _LM_ napisał:

Rozumiem ideę 🙂 jeśli masz oscyloskop, to nawiń kilka zwojów byle drutu, zrób cewkę powietrzną, podłącz pomiędzy sondę a masę i zobacz przebieg kiedy pojawia się iskra w otwartym obwodzie. Dam sobie paznokieć przyciąć że pojawią się oscylacje o częstotliwości znacznie wyższej niż te które generuje przetwornica

Spróbuję ogarnąć Zenerkę (jak nie znajdę to kupię przy okazji diaki) i przetestuję pierwotną wersję (bo stara zlutowana przetwornica w wersji prototypowej leży na biurku). Jedynie kilka układów sterujących mniej ma.

Wystarczy wyprowadzić napięcie na osobny tranzystor sterujący impulsem i można eksperymentować.

[_LM_]

No, jeszcze pytanie jak szybko układ ma reagować na sytuację awaryjną? 

[H1M4W4R1]

15 minut temu, _LM_ napisał:

No, jeszcze pytanie jak szybko układ ma reagować na sytuację awaryjną? 

To akurat będzie robota mikrokontrolera, ale raczej nie musi być demonem szybkości (500V OVP i tak jest bardziej istotne). Ten ma po prostu być bardziej jako automatyczne wyłączenie sprzętu, gdy nie nie jest do niego podłączone, co by jakiś nieopatrzny operator nie dostał nagle kopniaka 😛 - jeżeli przez dłuższy czas nie następuje przepływ prądu (obwód jest rozwarty) to reakcją jest rozłączenie i rozładowanie, by usunąć wysokie napięcie z układu.

Powiedzmy, że nawet 250ms ujdzie, bo i tak obserwowany będzie raczej czas od jakiego obwód jest otwarty.

Edytowano Lipiec 28, 2023 przez H1M4W4R1

[_LM_]

No tak, najwięcej opóźnienia i tak wprowadzi układ sterujący, skoro brak jest diaków na potrzebne napięcie, to na pewno znajdzie się coś innego na przykład tyrystor . Problem w tym że będzie trzymał tak długo jak przepływa przez niego prąd, ale myślę że jest to element wart rozważenia

[H1M4W4R1]

Aktualnie ogarnąłem część symulacji, tylko zaczyna już mocno się wieszać 😄