Самодельная макровспышка на ATmega8

[vvsector85]

Я собрал прибор RLC-2 (там около 500 страниц форума про него), откалибровал его по инструкции автора. Ну, а измеряю, подключая крокодилы прибора к контактам катушки.
Свой прибор многократно проверял на индуктивностях и ёмкостях известного номинала, показывает точно, но для разных диапазонов измерения больше подходят разные частоты.

Попытался измерить ток вспышки - пока что не получилось почему-то. Сделал шунт из медной проволоки, сопротивление 0,014 Ом (тоже измерял своим прибором), ожидал получить амплитуду 2-3 В. Ёмкость пока-что поставил 100 мкФ, пыхаю тремя параллельно соединенными лампами, на осциллографе появляется импульс амплитудой около 50 мВ, неопределенной длительности (т. е. после пыха линия поднимается на 50 мВ и в таком положении остается). Это странно, в осциллографе есть режим отслеживания одиночных импульсов, им я и пользуюсь.

Так, разобрался. Ожидал получить несколько иной результат. Получается амплитуда окло 3В, что соответствует 214А (три лампы, 100мкФ), но почему такая маленькая длительность импульса?

[Impulsite]

Проверьте входную цепи осциллографа, там наверное, защита есть от перенапряжения?
Если подключить на его вход фотодиод, то можно ли получить график яркости импульсной лампы?

но почему такая маленькая длительность импульса?

t=RC - сколько?

[vvsector85]

А вот осциллограмма со фотодиода, тут с длительностью импульса все в порядке. Как объяснить такую разницу в длительности при измерении тока и света?

(масштаб по горизонтали - 1клетка=1мс)

t=RC - сколько?

Я ведь не знаю R. По крайней мере, неизвестно сопротивление ламп.

Еще одна мысль, наверняка не новая: что если держать IGBT все время открытым, а закрывать только в момент отсечки тока на лампе? Не будет ли это более щадящим режимом для транзистора? Правда, тогда нужно делать отдельную цепь поджига, но это не слишком усложнит конструкцию.

[Impulsite]

Я ведь не знаю R

Узнаете из соотношения R=t/C. Нужно только с графика снять время t, за которое происходит уменьшение напряжения на конденсаторе до 36-37 % от начального уровня, т.е. с 330 В до 118...122 В. Или до напряжения около 74 В - будет время, примерно равное 1,5t, когда напряжение падает до 22% от максимума (e^-1,5).
И сделайте измерения с одной лампой и с тремя параллельными лампами. Так и можно будет оценить сопротивление цепи и токи по ним протекающие.

Еще одна мысль, наверняка не новая: что если держать IGBT все время открытым, а закрывать только в момент отсечки тока на лампе?

Что, не выходит каменный цветок?
Как отрезать пологую часть кривой светового потока?

[vvsector85]

3 лампы
1 лампа
К сожалению, разрешающей способности моего осциллографа недостаточно, для точных расчетов.

Не совсем понял, про отрезание пологой части кривой (тему читал). Я речь веду про режим управления IGBT. В схеме Шиманского IGBT сначала закрыт, в момент вспышки, он открывается, при этом через первичную обмотку поджигающего трансформатора заряжается поджигающая ёмкость, газ в лампе ионизируется, ток течет через лампу и открытый IGBT. Я же предлагаю рассмотреть вариант, когда IGBT сначала открыт, в момент вспышки, отдельная цепь подает ток на поджигающий трансформатор, зажигается лампа, а по истечении заданного времени вспышки (отсчет времени начинается от поджига), IGBT закрывается. Думаю, в таком режиме, транзистору будет легче, т. к. наиболее напряженный режим его работы будет только на стадии принудительного тушения лампы, а в поджиге он участвовать не будет, и в момент вспышки будет гарантированно полностью открыт.

А, Вы, наверное, про Yongnuo YN460

[Impulsite]

И не только:
"Одна из таких в теме "Falcon Eyes SS-50MR" - как раз выключает IGBT в желаемый момент. Там время отсечки задается переменным резистором VR1, т.е. определяется временем заряда конденсатора C2 до напряжения открывания тиристора Q1...
правила, по которым драйвер открывает и закрывает IGBT уже вы сами задаёте, например, используя самое простое - таймер. Или микропроцессор, следящий за параметрами импульса в лампе и в нужный момент подающий команду драйверу."

К сожалению, разрешающей способности моего осциллографа недостаточно

Что мешает использовать фотодиод на входе звуковой карты компа? Ведь нужно отследить относительную величину, - за какое время напряжение на конденсаторе спадает от максимума до 36% (1t) или до 22% (1,5t). При том, что график напряжения на конденсаторе практически совпадает с графиком яркости импульсной лампы.

[vvsector85]

По этим осциллограммам можно очень грубо посчитать. t_{3 лампы} = 65мкс, t_{1 лампа}=100 мкс. Ёмкость 100 мкФ у нас тоже "микро", т. е. 10^-6, значит с одной лампой R=1 Ом, с тремя R=0,65 Ом.
R_цепи + R_лампы = 1
R_цепи + 1/3(R_лампы) = 0,65
Если я хоть что-то еще помню из школьной математики, то сопротивление одной лампы получается 0,52 Ом, а остальной цепи, соответственно, 0,48 Ом.
Но как-то не очень похоже на правду. Ток с тремя лампами должен быть больше 500А.

график напряжения на конденсаторе практически совпадает с графиком яркости импульсной лампы.

Как-то не очень они хотят совпадать: слева - осциллограмма с фотодиода, справа - напряжение на конденсаторе.

[vvsector85]

Померил конденсатор 100мкФ на RLC-2, прибор показал сопротивление около 0,7 Ом. Остальная часть цепи - толстые короткие провода (строенные от компьютерного БП), так что сопротивление там минимальное. Конечно, 0,7 Ом не вписывается в расчеты, приведенные выше, т.к., сопротивление должно быть меньше 0,48 Ом.

[Impulsite]

У конденсатора ещё и индуктивное сопротивление есть, которое тоже будет заметно рост тока ограничивать.

[vvsector85]

нет идей, как объяснить такую разницу во времени импульса света и времени разрядки конденсатора?

У конденсатора ещё и индуктивное сопротивление есть, которое тоже будет заметно рост тока ограничивать.

Индуктивное сопротивление, я так понимаю, оно же реактивное, то что обозначается Х? На RLC-2 оно почему-то имеет отрицательное значение при измерении этого конденсатора. Прибор, все-таки, самодельный...

[Impulsite]

как объяснить такую разницу во времени импульса света и времени разрядки конденсатора?

Это бы лучше вы мне объяснили. Это же на вашем столе всё происходит.
Неизвестно ведь, что за фотодиод и как он подключен...
График яркости лампы пропорционален току через лампу и падению напряжения на лампе, а не падению напряжения на конденсаторе. В этом разница и я это слишком упростил. А падение напряжения на лампе определяется её динамическим сопротивлением, которое нелинейно.

Но это, в общем, общие рассуждения, которые должны помочь определить величину сопротивления разрядной цепи, чтобы не поставить IGBT в чрезмерно тяжелые условия.

Вот возьмите лампу и конденсатор той вспышки, откуда был заимствован CT25AAJ-8, соберите из них макет вспышки и измерьте постоянную времени, разрядный ток лампы и т.д.. Рассчитайте сопротивление лампы/разрядной цепи. И, тем самым, проверьте, насколько ваши измерения и расчёты соответствуют реальности.

[vvsector85]

Расчленил сегодня SonyEriccson K750, там стоит IGBT 25H8F, тоже 150А, 400В
На остальное времени сегодня не хватило.

[vvsector85]

Экспериментирую, пока в протеусе, с HSS. Не понятна одна вещь - как избежать градиентного освещения в єтом режиме? Ведь каждая следующая вспышка в серии импульсов будет слабее предыдущей.

Удалось избавиться от дополнительного МК для ШИМ, теперь все на одной Меге8 и еще есть куча незадействованных лап.

[vvsector85]

Величина буферной ёмкости C39 для IR4427, полагаю, должна быть 4,7...10 мкФ 50 В. И здесь компромисс между скоростью накачки буферной ёмкости, которую может обеспечивать DC-DC и расходом энергии на управление затвором IGBT.

У меня после МС34063 стоит конденсатор 1000мкФ 35В, думаю, нет смысла городить что-то еще. Думаю, драйвер не успеет разрядить такую ёмкость за 4мс, которые он работает в режиме HSS, а для одиночного импульса - тем более. На всякий случай, на МК сделал мониторинг напряжения по линии 18В, так что, МК не позволит сработать вспышке, если по каким-то причинам конденсатор драйвера разряжен (т. е. напряжение на нем ниже 18В).

Нарисовал новую тестовую плату. Здесь только управление. IGBT, накопительный конденсатор и лампы размещу на отдельной плате.

В этой схеме преобразователь ШИМится контроллером. Один из каналов ШИМ, в режиме заряда конденсатора, переключается мультиплексором HC4066 на управление полевым транзистором преобразователя (тоже через драйвер IR4427). Также предусмотрено отслеживание напряжения на накопительном конденсаторе, на конденсаторе драйверов, напряжения на аккумуляторе, потребляемого тока на аккумуляторе (используется шунт 0,004 Ом и ОУ LM358), а также, окончание обратного хода преобразователя (момент прекращения тока во вторичной обмотке трансформатора). Теперь нужно придумать, как все это использовать - алгоритм, по которому МК будет менять скважность и частоту на затворе полевика преобразователя.

[vvsector85]

Наконец-то закончил новый макет вспышки. Пока что провожу испытания с накопительной ёмкостью всего 38мкФ, одним каналом ШИМ и одной лампой. В принципе, работает, но, почему-то вспышка стала срабатывать через раз (сначала срабатывала четко, после пары десятков пыхов начались пропуски).
Вот осциллограмма с шунта 0,05 Ом в режиме HSS. Не смотря на огромную катушку, маленькую ёмкость и одну лампу, амплитуда на шунте - 8-10В, т. е. ток 160-200А.

Пока что, на экране отображаются все отслеживаемые параметры и текущие настройки. Когда отладка аппаратной части устройства будет завершена, можно будет нарисовать удобный интерфейс.

Вот плата со лампой. Если поджигающий электрод расположен со стороны катода, то лампа подключена правильно. В чем же может быть причина пропусков вспышек? Отличия от схемы Шиманского только в номиналах поджигающего конденсатора и резистора в его цепи (у меня 220нФ и 680К, у Шиманского - 100нФ и 510К). Пробовал менять лампу и поджигающий трансформатор - не помогло.

Чем больше пыхов делаю, тем больше получаю пропусков. Сейчас вообще вспыхивает лишь изредка. IGBT-транзистор не пробит, диоды тоже целые.

[vvsector85]

Заменил ёмкость на 100мкФ - несколько пыхов, и IGBT пробит. Похоже, сопротивление ламп от мыльниц слишком мало для IRG4BC40W. То что транзистор умер - не удивительно, по ДШ пиковый ток 160А. Думаю, нужно либо заменить его на более мощный, либо соединять несколько в параллель, как в Paul C. Buff Einstein E640.
Смотрю ДШ на IRG4PC50FD - 280А, это меня вполне устроит, на как быть с HSS? Этот транзистор существенно медленнее - всего 5кГц. Из доступных, есть еще IRG4PC50UD - 40кГц, но все равно, маловато.

[vvsector85]

Поджигающий конденсатор, оказалось, у меня был 22нФ, а не 220нФ - заменил на 100нФ, теперь пропусков вспышек нет. С двумя запараллеленными IRG4BC40W с резисторами 0,05 Ом на коллекторах, в режиме одиночного импульса все работало, (накопительная ёмкость 100мкФ), но в режиме HSS транзисторов хватило на несколько пыхов. При этом вспышки сопровождались довольно громким щелчком, а на осциллограмме с шунта 0,05 первый пик был почему-то в виде иголки и с амплитудой в 30В (!). Это как, 600А что ли?
У меня есть еще IRG4PC50FD, но, в HSS, думаю, с ним даже пробовать не стоит - сгорит.
Нашел еще в магазине HGTG20N60A4D, он поинтереснее будет, чем IRG4PC50FD и даже дешевле, но даже на нем HSS вряд ли получится осуществить.

[vvsector85]

Так, оказалось что спаренные IRG4BC40W живы! Что-то случилось с поджигающим трансформатором, после его замены все заработало. А еще, резисторы 0,05 Ом оказались 0,1 Ом (мне их продали как 0,05 Ом, а я не проверил, поэтому, мои оценки силы тока в цепи лампы были вдвое завышены.
На шунте соединил два резистора параллельно, чтобы получить все-таки 0,05 Ом, но, все равно первый пик имеет какую-то нереальную высоту. На осциллограмме HSS, 30кГц, скважность 50%.

Попробовал 2 лампы с ёмкостью 100мкФ - все было хорошо, и в режиме одного импульса и в HSS, решил увеличить ёмкость до 480мкФ - вспышка была с громким хлопком и оба транзистора IRG4BC40W погибли. При чем, если две лампы зажигать традиционным способом (без IGBT), то никаких хлопков нет.
Вот схема:

[sa137]

vvsector85, а вы уверены, что L1 имеет индуктивность 30 мкГн ? Меряли ?

[vvsector85]

Мерил, на 10кГц 28мкГ, и по описаниям Шиманского похоже - катушка 30мм х 15мм в два слоя проводом 0.8мм. У меня габариты немного отличаются, но не радикально.

[vvsector85]

Чего-то я не понимаю... поставил вместо индуктивности лампу накаливания 50 Ом, накопительная ёмкость 39мкФ, IGBT IRG4PC50FD, одна лампа от мыльницы, вспышка совсем слабая, что логично, но на осциллограмме с шунта 0,05 Ом все равно пик в несколько десятков вольт. Как такое может быть? Ведь сопротивление лампы накаливания должно ограничить ток. Может, что-то не так с методом измерения?

[Impulsite]

Кроме VD2 желательно непосредственно на катушке L1 иметь свой защитный диод, как можно ближе к её выводам. Изменить подключение резистора R1.
В каком месте по схеме стоит шунт, к которому подключен осциллограф? Возможно, осциллограф регистрирует наводки от поджигающего трансформатора, который тоже предпочтительно размещать как можно ближе к лампе и дальше от других узлов схемы... Можно ли растянуть шкалу времени в начале процесса зажигания в лампе, чтобы подробнее рассмотреть, что там происходит?

[vvsector85]

Спасибо, внесу предложенные Вами изменения в схему. Странно, что при первых опытах с одним IRG4BC40W этого первого огромного пика не было, и амплитуда вполне приемлемая (шунт оказался не 0,05, а 0,1 Ом). Изменений в схему не вносил, за исключением 100К резистора между входом и землей драйвера IR4427.
Почитал статьи по ссылкам, которые Вы давали, по управлению IGBT, там говорится о необходимости "непосредственного" соединения земли драйвера с эмиттером транзистора. Имеется ввиду, что расстояние между ними должно быть минимальным? У меня между драйвером и транзистором сантиметров 20 проводов, в этом может быть проблема?

[vvsector85]

Очень интересно: сначала заменил лампу от мыльницы на маленькую лампу от Nikon Coolpix885 - практически ничего не изменилось. Иногда пик на осциллограмме стал попадать в диапазон измерения, т. е. меньше 70В, но по прежнему был огромен. Тогда я заменил поджигающий конденсатор с 100нФ на 22нФ - поджига с такой ёмкостью не происходило. Поменял на 33нФ - и чудо, поджиг есть, а огромный пик ушел! И лампа стала вспыхивать с едва заметным щелчком, иногда - вообще бесшумно. На осциллограмме HSS, 30Гц, скважность 50%, длительность - 500мкс.

Судя по амплитуде 3В на шунте 0,05 Ом - ток всего 60А (ёмкость - 39мкФ).
Возникает вопрос: могла ли слишком большая поджигающая ёмкость быть причиной вылета IGBT?
Есть сомнения, на сколько пригоден IRG4PC50FD для HSS с его скоростью? Есть еще HGTG20N60A4, но я пока не разобрался, быстрее ли он.

[Impulsite]

Извините, повторюсь: в каком месте по схеме стоит шунт, к которому подключен осциллограф?