Skocz do zawartości

(Kolejny) Generator wysokiego napięcia


Pomocna odpowiedź

Uwaga: treść tego wątku może być niebezpieczna do zastosowania. Zrób własny research!


 

Intro

Nudziło mi się i trafiłem na filmik bitclivedotcom, w którym rozbiera chiński elektrostymulator. Patrząc na schemat i normę EN (IEC) 60601-2-10 stwierdzam, że zdecydowanie nie jest on z nią zgodny 😄 

Z racji, że jestem człowiekiem, który powinien być zamknięty w zakładzie dla mentalnie obłąkanych stwierdziłem... A czemu by nie zbudować czegoś podobnego i spróbować zrobić to bezpieczniejszym niż ten chiński wynalazek (to akurat raczej żadne wyzwanie)...

Założenia

Zdecydowałem rozdzielić to na kilka modułów (łatwiej potem coś podmienić) - obecnie jest to moduł zegara, generatora i przełącznika. Tak było najwygodniej połączyć funkcjonalości. Potem dojdzie I/O, ale do testów jest zbędne.

Generator to zwykła przetwornica typu boost sterowana przy pomocy dwóch wzmacniaczy - jeden odłącza zegar w momencie przekroczenia oczekiwanego napięcia, a drugi po przekroczeniu nieco większego napięcia załącza rozładowywanie kondensatora. W teorii ma działać dobrze, ale w praktyce różnie bywa...

Potrzebna pomoc

Przydałoby się, by ktoś sprawdził schematy (dla sanity check'a). Zanim ktoś spyta czy na głowę upadłem planując to zbudować: tak. I nie da rady tego uniknąć, OCD daje o sobie znać...

Schematy

Moduł zegara

31488233_SCH_ClockGenerator_1-MainCircuitry_2024-04-21.thumb.png.ecb8b870bb3daa924bb51f5bea97d188.png

Moduł generatora

184938634_SCH_HighVoltageGenerator_1-CoreGeneratorCircuits_2024-04-21.thumb.png.978046af37206d9569ba2548f9ba6af9.png1221618202_SCH_HighVoltageGenerator_2-Miscellaneous_2024-04-21.thumb.png.0d399c65264eaba449b9428eb8afc81c.png

Moduł przełącznika

391426590_SCH_SwitchingModule_1-MainCircuitry_2024-04-21.thumb.png.c0a97a282b8ae75ef2043e867a2d4265.png

SVG (lepsza jakość)

SVG.zip

Do weryfikacji (między innymi)

  • [Ogólne] Czy nie walnąłem jakiegoś głupiego błędu
  • [Generator] Układy ograniczania napięcia (obok wzmacniaczy U4 i U5).
  • [Generator] Dzielnik R10/R12 (czy to ma sens)
  • [Generator] Detekcja OCP (napięcie referencyjne to 0.5V, pytanie czy input bias nie będzie zbyt dużym problemem)
  • [Switcher] ECD - ma za zadanie wykryć czy obwód jest zamknięty, powinno zadziałać, ale pewności nie mam 😄 
  • [Switcher] To samo co generator - OCP i ref 0.5V
  • [Switcher] CN7 jest celowo podłączony tylko pod 10R dla kompatybilności z modułami INA169 i INA219 (łatwiejszy dobór rezystorów / parametrów)

Układy / komponenty nieopisane

  • Wzmacniacze operacyjne: LM358P
  • Tranzystory N-MOS: STP5NK60Z lub STP3N150F
  • Tranzystory NPN: BC547 lub 2N2222 (obrócone o 180 stopni na PCB).
  • Częstotliwość zegara: 10~400kHz (TBD)
  • Częstotliwość impulsów: 1~1000Hz
  • Napięcie wyjściowe (max): 500 / 1000V (w zależności od tranzystorów)

Rzeczy pominięte (bo autor był leniwy):

  • Wzmacniacze balansujące N-MOSy w generatorze, ale raczej nie będzie z tym większych problemów - tranzystory mają rating na 3A prądu ciągłego.
  • Wielokrotne systemy zabezpieczające (swoją drogą jeden planuję, ale nie wiem czy LM358P da radę wykryć przekroczenie 25mA na 10R jako low-side current sense amp oraz drugi jako komparator, wtedy mogłyby odcinać sygnał zegara).

 Z góry dzięki za wszystkie narzekania... Oby tylko nie było ich za dużo 😄 (chociaż wszystko będzie bezpieczniejsze od tych chińskich wynalazków).

Przy okazji sprzęt będzie bardzo skutecznie testował odporność wszystkiego na ESD...

Jeszcze muszę zrobić pełną analizę short/open dla wszystkich komponentów... Wtedy będzie wiadomo czego jeszcze brakuje dla zabezpieczeń. Pytanie czy nie ma jakichś problemów z podstawami 😉 (Nie lubię wzmacniaczy, często sprawiają problemy).

Edytowano przez H1M4W4R1
Link do komentarza
Share on other sites

22 godziny temu, _LM_ napisał:

O ten film mi chodziło 

Te chińskie przetwornice to ZVS z multiplikatorem, którego wolę uniknąć 😞 

W przypadku boost'a nie jest to takie proste, bo przy różnicy napięć ok. 5x impulsówki ze sprzężeniem zwrotnym na PWM stają się niestabilne (głównie obniżające napięcie, ale podwyższające też nie mają lekko). W sumie i tak przetwornica będzie pracować w jakimś cyklu 90~95%, więc raczej to nie jest duża różnica.

System rozładowywania i tak musi tam być - obciążenie przetwornicy jest za słabe by rozładować kondensator w względnie krótkim czasie [kilka us]... Trochę zastanawiam się czy te 0.3V/us dla 358P nie będzie ciut za małą wartością, ale wyprowadzenia tych opampów są dość standardowe, zawsze można tam wkleić coś z większymi parametrami 😉 

(Szukam argumentu by nie przeprojektowywać PCB -,-)

Link do komentarza
Share on other sites

385 według mnie jest za wolny do tego układu aczkolwiek rozumiem że użyłeś bo jest łatwy w aplikowaniu i tani jak barszcz. Układ momentalnego rozładowania uprościłbym do granic możliwości 1) przekaźnikiem 2) tyrystorem z odpowiednim układem sterowania. W obu przypadkach zwieramy wyjście przetwornicy, tj: kwestia priorytetów ale domyślam się że jak ma napięcia nie być to nie przebierasz w środkach 

Link do komentarza
Share on other sites

Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.
Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.

jlcpcb.jpg

jlcpcb.jpg

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

(edytowany)
18 godzin temu, _LM_ napisał:

385 według mnie jest za wolny do tego układu aczkolwiek rozumiem że użyłeś bo jest łatwy w aplikowaniu i tani jak barszcz.

Bardziej to, że mam tego pełno w szufladzie 😉 Zawsze można dorzucić kilka NE5532 do następnego zamówienia, ale one czasami mają problemy z pojedynczym zasilaniem...

18 godzin temu, _LM_ napisał:

Układ momentalnego rozładowania uprościłbym do granic możliwości 1) przekaźnikiem 2) tyrystorem z odpowiednim układem sterowania. W obu przypadkach zwieramy wyjście przetwornicy

Wolę mieć ten rezystor co by nagle nie zrobić zwarcia na zasilaczu... Okej nadal się da poprzez wyjście, ale z założenia będzie ono miało własny ogranicznik prądowy.

9 godzin temu, Sylba napisał:

jaka jest rola rezystora R6

Rezystor R6 podciąga sygnał NRST do zasilania (stanu wysokiego), który potem jest sterowany przez transoptor U2 (pozwala wyłączyć pracę układu zegarowego). Jest to zwykły rezystor typu pull-up 😉 

9 godzin temu, Sylba napisał:

diody D2

Zabezpiecza tranzystor Q1 (BC547) przed impulsem o odwróconej polaryzacji, który może do niego trafić z przetwornicy. Tranzystory bipolarne mają ograniczenia maksymalnego napięcia (jakieś 6V pi razy drzwi) między emiterem a bazą (tak EB, a nie BE). Bez takiej diody w momencie wystąpienia szpilki tranzystor może przez chwilę znajdować się w stanie odwróconej polaryzacji co skończy się jego uszkodzeniem.

Ref. Horowitz & Hill, "The Art of Electronics", 2nd edition tome I, "Chapter 2 - Transistors"

EDIT:

LM358P ma 0.3V/us slew rate. Obliczenia z założeniem napięcia docelowego i dzielnika 1V/100V, komponenty idealne:

  • 100nF: t = ~5ms... => ~1V/ms na dzielniku = 0.001V/us
  • 10nF: t = ~600us -> ~0.008V/us na dzielniku... nadal grubo poniżej limitów wzmacniacza 😉 

Chyba ta 358P da sobie z tym radę...

Edytowano przez H1M4W4R1
Link do komentarza
Share on other sites

10 godzin temu, H1M4W4R1 napisał:
19 godzin temu, _LM_ napisał:

385 według mnie jest za wolny do tego układu aczkolwiek rozumiem że użyłeś bo jest łatwy w aplikowaniu i tani jak barszcz.

Bardziej to, że mam tego pełno w szufladzie 😉 Zawsze można dorzucić kilka NE5532 do następnego zamówienia, ale one czasami mają problemy z pojedynczym zasilaniem...

19 godzin temu, _LM_ napisał:

Układ momentalnego rozładowania uprościłbym do granic możliwości 1) przekaźnikiem 2) tyrystorem z odpowiednim układem sterowania. W obu przypadkach zwieramy wyjście przetwornicy

Rozwiń cytat  

Wolę mieć ten rezystor co by nagle nie zrobić zwarcia na zasilaczu... Okej nadal się da poprzez wyjście, ale z założenia będzie ono miało własny ogranicznik prądowy.

10 godzin temu, Sylba napisał:

jaka jest rola rezystora R6

Rezystor R6 podciąga sygnał NRST do zasilania (stanu wysokiego), który potem jest sterowany przez transoptor U2 (pozwala wyłączyć pracę układu zegarowego). Jest to zwykły rezystor typu pull-up 😉 

10 godzin temu, Sylba napisał:

diody D2

Zabezpiecza tranzystor Q1 (BC547) przed impulsem o odwróconej polaryzacji, który może do niego trafić z przetwornicy.

Bez rezystora też jest podłączony do Vcc. Nigdzie takiego rozwiązania nie widziałem.

Link do komentarza
Share on other sites

(edytowany)
13 minut temu, Sylba napisał:

Bez rezystora też jest podłączony do Vcc. Nigdzie takiego rozwiązania nie widziałem.

Ale gdyby nie było tego rezystora przełączenie transoptora spowodowałoby zwarcie w układzie (dopóki transoptor nie zniszczyłby się od zbyt dużego prądu). Zauważ tam nazwę sieci "NRST", która jest też przy transoptorze U2. W schematach połączenia nie zawsze są zrobione liniami 😉 

https://forbot.pl/blog/leksykon/rezystor-podciagajacy-rezystor-pull-up

 

Edytowano przez H1M4W4R1
Link do komentarza
Share on other sites

8 minut temu, Sylba napisał:

Czy to znaczy, że sygnał z transoptora ma resetować 555?

To znaczy, że sygnał z transoptora ma powodować, że NE555 znajduje się w trybie wyłączenia (resetu). "Resetowanie" to z reguły pojęcie, w którym układ uruchamia się ponownie po wystąpieniu sygnału. Ale ogólnie to do tego się sprowadza...

Link do komentarza
Share on other sites

W kilku miejscach transoptory wejściowe są zabezpieczone diodą  przed podaniem ujemnego napięcia. Niestety, dioda ta nie ma żadnego ograniczenia prądu, więc łatwo może ulec uszkodzeniu. Proponuję przenieść ją na drugą stronę opornika, bezpośrednio na końcówki transoptora. Wtedy i dioda, i transoptor będą bezpieczne.

  • Lubię! 1
Link do komentarza
Share on other sites

20 godzin temu, jand napisał:

W kilku miejscach transoptory wejściowe są zabezpieczone diodą  przed podaniem ujemnego napięcia. Niestety, dioda ta nie ma żadnego ograniczenia prądu, więc łatwo może ulec uszkodzeniu.

W założeniu było, że drugi rezystor ograniczający znajduje się przy układzie sterującym, ale masz rację, to głupie założenie...

Link do komentarza
Share on other sites

(edytowany)

Dobra trochę zmian:

  • poprawiłem diody dla transoptorów wejściowych
  • dodałem diody dla transoptorów wyjściowych (bo czemu by nie)
  • przesunąłem kondensator stabilizujący rozładowywanie za rezystor tworząc tym samym opóźnienie RC, które powinno działać lepiej niż wcześniejsza wersja bazująca tylko na szybkości wzmacniacza

Nowe schematy:

Zegar

265947294_SCH_ClockGenerator_1-MainCircuitry_2024-04-24.thumb.png.a0e10e170bde82e583a1e18a0451a2ef.png

Generator

295634975_SCH_HighVoltageGenerator_1-CoreGeneratorCircuits_2024-04-24.thumb.png.b37cf6f28f56d68b2dc157767be0881d.png1526878475_SCH_HighVoltageGenerator_2-Miscellaneous_2024-04-24.thumb.png.fca8e5010da3f2d17ff396ef7261a426.png

Przełącznik

846738329_SCH_SwitchingModule_1-MainCircuitry_2024-04-24.thumb.png.f80dca4bb4e8598d5243c4e06505f7b0.png

SVG

SVG_TENS Unit_2024-04-24.zip..zip

------------------------------------------------

Prototypowy routing PCB:

Zegar

obraz.thumb.png.dfdb7eb7f3bae3d337d759c74c2058b3.png

Generator

obraz.thumb.png.1ba87d3250b97636d6b5e1dc8ba33a6e.png

Przełącznik

obraz.thumb.png.f5d6455b6154e9082910dfbdb9b546e8.png

 

Jeszcze nie zrobiłem pełnego sprawdzenia (pomijając to, że za bardzo się nie stosowałem do zasad, ale tutaj raczej powinno to przejść... To nie są sygnały liczone w dziesiątkach MHz, które mają ciasne ramy czasowe).

Edytowano przez H1M4W4R1
  • Lubię! 1
Link do komentarza
Share on other sites

(edytowany)

Takie pytanie, ciekawskiego... Czemu nie użyjesz do tej przetwornicy układu który był do tego stworzony, ot tl494? https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf?ts=1713935666547 występujący też pod nazwą KA7500 https://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/fairchild/KA7500B.pdf

Edytowano przez _LM_
Link do komentarza
Share on other sites

(edytowany)
Dnia 24.04.2024 o 22:57, _LM_ napisał:

Takie pytanie, ciekawskiego... Czemu nie użyjesz do tej przetwornicy układu który był do tego stworzony, ot tl494? https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf?ts=1713935666547 występujący też pod nazwą KA7500 https://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/fairchild/KA7500B.pdf

Dla większego wyzwania. Dodatkowo łatwiej przewidzieć prawdopodobieństwo usterek dla wzmacniczy niż dla jakiegoś scalaka.

A tak szczerze... nie wiedziałem, że są przetwornice w DIP'ach z refem 5V [jeszcze większy dzielnik by miał pewnie szumy przekraczające zakres referencyjny, oczywiście to sarkazm]... Ale i tak raczej zostanę przy tym co mam dla większej zabawy 😉 

System rozładowywania i tak musi zostać, więc przetwornica co najwyżej by ułatwiła sterowanie napięciem wyjściowym... Kosztem jakiegoś cm2 na płytce.

No i chciałbym uniknąć zamawiania komponentów, których nie mam (przynajmniej na starcie ew. poza jakimiś tam rezystorami). Jedyny argument, który by mnie miał szansę przekonać to f_sw > 400kHz

EDIT:

obraz.thumb.png.a7b3271e3784d7552f36de82ead9d29d.png

Mała poprawka na szybko 😉 Dzięki temu nie da się przekroczyć limitu zaplanowanego dla urządzenia.

V_REQUESTED jest ścieżką wysokiej impedancji (pi razy drzwi 0.5e12R), więc te 2k2 raczej nie zrobi różnicy 😉

obraz.thumb.png.e855ba20fbd67289c6830481cb746769.png

Oraz wyprowadzenie napięcia (teoretycznie 0-10V, ale jest duże prawdopodobieństwo, że urządzenie będzie limitowane do 500V, więc wtedy VDET_SENSE będzie z zakresu 0-5V). W ten sposób będę mógł łatwo zaimplementować przetwornicę, o której wspominał wcześniej kolega @_LM_ jako osobny moduł (zamiast modułu zegarowego 555) 😉 

Edytowano przez H1M4W4R1
Link do komentarza
Share on other sites

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Gość
Dołącz do dyskusji! Kliknij i zacznij pisać...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.

×
×
  • Utwórz nowe...

Ważne informacje

Ta strona używa ciasteczek (cookies), dzięki którym może działać lepiej. Więcej na ten temat znajdziesz w Polityce Prywatności.