Самодельная макровспышка на ATmega8

[vvsector85]

Здравствуйте!
Я хочу сконструировать фотовспышку для макросъемки, используя 6 ламп от пленочных мыльниц. Питание предполагается от литий-ионного аккумулятора 18650 (возможно двух). Мощность планирую регулировать длительностью импульса, также, хочу сделать режим для коротких выдержек, с серией импульсов с частотой около 50кГц. Планируется раздельная регулировка правой и левой половины (по 3 лампы на сторону) в обоих режимах. При длинной выдержке - длительностью импульса, при коротких - скважностью ШИМ импульсов. Для индикации состояния вспышки, настройки режимов и т. д. планирую использовать LCD Nokia 3310/5110 (еще не пришли с АлиЭкспресс). Пока что, проектирую все в Протеусе и пишу прошивку. Специалистом в электронике не являюсь, поэтому хотел бы узнать мнение знающих людей на счет предполагаемой схемы. Возможно, мне укажут на очевидные ошибки или вообще отговорят от этой затеи))

Проект в Proteus 8.3 и прошивки для ATMega8 и ATTiny13 находятся в приложенном архиве:
https://impulsite.ru/ctlg/person/vvsector85/flash.rar

Пока что все очень сырое, интерфейс вспышки еще не написан, на LCD отображается лишь заряд конденсатора и аккумулятора. ATtiny используется только в качестве ШИМ-генератора для коротких выдержек. Выходы ШИМ на меге заняты дисплеем. По нажатию нижней кнопки, Мега8 передает Тайни13 два байта, в которых содержится значение сважности для правой и левой вспышки. Верхняя кнопка - синхроконтакт.

Основной проблемой, на данный момент, является отсутствие преобразователя для зарядки конденсатора. В идеале, хотелось бы сделать DC-DC 3.7-400В, как вот этот http://www.foar.ru/topic.php?forum=34&topic=28&p=1 , но к этой схеме нет моточных данных трансформатора. Я попытался собрать этот DC-DC на макетке, намотал трансформатор, получил нужное напряжение, но недостаточную мощность, далекую от заявленных параметров, что, думаю, связано с неверными расчетами трансформатора.
Пока что, для экспериментов, использую автогенераторный преобразователь от пленочной мыльницы, поэтому на схеме питание -400В (отрицательное, относительно земли), что очень неудобно при использовании n-канальных IGBT.


То, что оптопары PC817 не смогут работать с необходимой частотой, я знаю, но в моделей более скоростных оптопар для протеуса не нашел.
Для получения +18В затвор-исток (учитывая, что на истоке -300В, которые во время вспышки стремятся к 0) пока что приспособил вот такую схему, которая включается только в момент вспышки.



В этой теме планирую выкладывать прогресс в создании данного девайса, если таковой будет.

Буду крайне благодарен за любые советы и предложения. Особенно актуален вопрос с преобразователем. В крайнем случае, готов согласится на 2х18650, что проще для преобразователя, но хуже в плане габаритов.

[Impulsite]

Здравствуйте, vvsector85!
Первый вопрос: почему Вы предполагаете использовать батарею 3,7 В, а не, например, 7,2 В?
И давайте начнём с того, что поставим эмиттер IGBT транзистора и минус основного конденсатора с головы на ноги, на землю. Перерисуйте ваши схемы из нетрадиционной ориентации в нормальную, привычную. И пусть минус батареи окажется "в небе" - это пока не важно при использовании оптронов. Схемы управления IGBT имеются в большом количестве, можно их просто заимствовать из уже опробованных узлов, не изобретая велосипед.
Также нужно знать какие IGBT Вы предполагаете применять, и какие доступны. Есть ли такие, которые можно управлять напряжением логического уровня? Какая предполагается ёмкость основного конденсатора(ов)? Есть ли общая схема на 6 ламп?
Читали ли Вы сообщения в темах:
Вспышка 400 Дж.
Как отрезать пологую часть кривой светового потока?
Схема синхронизации на коротких выдержках
IGBT Tutorial (APT0201).
IGBT Application Note For Camera Strobe (AN-9006).
Switch-Mode Power Supply. Reference Manual.
Einstein E640 - замена IGBT транзистора.
Дракон-2 500Дж.
Тестовый стенд конструктора вспышек.
И, например, в теме Питание вспышек от аккумуляторов с повышением напряжения есть пара схем от коллеги A-Gugu, работоспособных от 3,7-вольтовых батарей.

Есть ли в продаже (с рук) б/у китайские Yongnuo, которые можно использовать, как источники деталей и узлов? Например, взять преобразователь можно и готовый или извлечь из вспышки или купить на аукционе.

[A-Gugu]

Преобразователь можно сделать по моей схеме:

http://www.impulsite.ru/viewtopic.php?f=15&t=1209

Если трансформатор поставите Coilcraft GA3459-BL, то для питания хорошо хватит 1 штуки модельной липошки на большой ток.

[vvsector85]

Преобразователь можно сделать по моей схеме:

http://www.impulsite.ru/viewtopic.php?f=15&t=1209

Если трансформатор поставите Coilcraft GA3459-BL, то для питания хорошо хватит 1 штуки модельной липошки на большой ток.

Спасибо, A-Guru, за схемы, я их и раньше смотрел, но ни MCP1632 ни LM2588 найти не удалось. Заказывать готовый трансформатор Coilcraft - тоже не интересно, хотелось бы намотать самому. Идея вообще, в том, чтобы сделать надежную и отлаженную схему, доступную для повторения.
Полезными были бы данные по трансформатору - габариты сердечника, проницаемость феррита, индуктивности обмоток, количество витков, немагнитный зазор и т. д.

[vvsector85]

Здравствуйте, vvsector85!
Первый вопрос: почему Вы предполагаете использовать батарею 3,7 В, а не, например, 7,2 В?

Я согласен и на 7.2В, но это усложнит схему зарядки аккумулятора, без извлечения из корпуса (нужен будет балансир, на сколько я понимаю), увеличит габариты и общую стоимость устройства.

И давайте начнём с того, что поставим эмиттер IGBT транзистора и минус основного конденсатора с головы на ноги, на землю. Перерисуйте ваши схемы из нетрадиционной ориентации в нормальную, привычную. И пусть минус батареи окажется "в небе" - это пока не важно при использовании оптронов.

В смысле, просто перевернуть? Тогда "земля" вверху получается.

Также нужно знать какие IGBT Вы предполагаете применять, и какие доступны. Есть ли такие, которые можно управлять напряжением логического уровня?

IGBT планирую использовать такие, как на схеме, IRG4BC40W, уже купил две штуки для экспериментов. У этих транзисторов напряжение затвор-эмиттер 15В, так что от логического уровня управлять не получится. Сейчас, в протеусе, БТИЗ управляется напряжением +18 относительно отрицательного напряжения на конденсаторе. Если же питание будет положительным, буду использовать дополнительный маломощный преобразователь на МС34063, он же будет нужен и для ключа преобразователя.

Какая предполагается ёмкость основного конденсатора(ов)? Есть ли общая схема на 6 ламп?

Ёмкость основного конденсатора зависит от того, какую мощность преобразователя удастся получить, чтобы время заряда было комфортным (1-2 с). Предположительно, 1000 мкФ.
Также, хочу реализовать следующую идею: если вспышка работает, например, на 1/8 мощности, то можно делать несколько пыхоы подряд, не дожидаясь полного заряда конденсатора, но компенсировать снижение напряжения на конденсаторе большей длительностью импульса.

Общей схемы на 6 ламп пока не рисовал, т. к. там ничего "инновационного" не планируется. Схему поджига собираюсь позаимствовать здесь http://www.osipoff.ru/modules.php?op=mo ... &start=420 у Waldemar Szymanski. В любом случае, лампы придется соединять параллельно по три штуки, на правую и левую сторону.

Читали ли Вы сообщения в темах:
Вспышка 400 Дж.
Как отрезать пологую часть кривой светового потока?
Схема синхронизации на коротких выдержках
IGBT Tutorial (APT0201).
IGBT Application Note For Camera Strobe (AN-9006).
Einstein E640 - замена IGBT транзистора.
Дракон-2 500Дж.
И, например, в Питание вспышек от аккумуляторов с повышением напряжения есть пара схем от коллеги A-Gugu, работоспособных от 3,7-вольтовых батарей.

Спасибо за ссылки, просмотрю еще раз. Вообще, все что касается данного вопроса, на форуме уже перечитал

Есть ли в продаже (с рук) б/у китайские Yongnuo, которые можно использовать, как источники деталей и узлов? Например, взять преобразователь можно и готовый или извлечь из вспышки или купить на аукционе.

Конечно, можно использовать и готовые решения, но я хочу не просто сделать вспышку для себя (мне она действительно нужна, для работы, для дентальной фотографии), а проект, доступный для повторения всеми желающими без долгих мучений. А если привязываться к какому-то готовому преобразователю, это существенно снизит "повторяемость" устройства.

Из неразрешенных проблем еще - регулировка мощности в HSS режиме. Логично управлять мощностью скважностью ШИМ, но тут узким местом является частота БТИЗ - 150кГц, т. к. если ШИМ будет около 50кГц, то частота транзистора должна быть 50кГц * количество градаций ШИМ, т. е. при 8 бит ШИМ получается больше 12 МГц, что нереально.

Вот что получается в протеусе:
ШИМ с контроллера:

осциллограмма с эмиттера БТИЗ:

как видно, транзистор не успевает закрываться.

[Impulsite]

В смысле, просто перевернуть? Тогда "земля" вверху получается.

Завязывайте с нетрадиционной ориентацией. Вам и нам это зачем, ломать голову над вашими схемами, где всё с ног на голову поставлено? В конце-концов есть определённые правила...

Посмотрите управление IRG4BC40 вот здесь: схема с внесенными изменениями (красным цветом). Т.е. IGBT имеет драйвер, которым можно управлять непосредственно с МК.
И как альтернатива для обсуждения. Если вместо одного конденсатора в 1000 мкФ применить 6 ёмкостью 160 мкФ - по одному на каждую лампу, то можно применить IGBT, управляемые напряжением 4-6 В (список).

[vvsector85]

Если вместо одного конденсатора в 1000 мкФ применить 6 ёмкостью 160 мкФ - по одному на каждую лампу, то можно применить IGBT, управляемые напряжением 4-6 В (список).

Думал об этом, но тогда понадобится 6 БТИЗ-транзисторов и, из списка, не нашел ни одного транзистора с низким напряжением затвора, доступного в Харькове.

[Impulsite]

ни одного транзистора с низким напряжением затвора, доступного в Харькове

Сейчас многие вещи выгоднее покупать на аукционах.

И, поскольку Вы предполагаете раздельно управлять левыми и правыми лампами, то потребуется, как минимум 2 IGBT. А наделение каждой лампы своим IGBT и своим IGBT-драйвером дает новые возможности, например, в режиме HSS можно увеличить втрое паузы между импульсами, т.е. снизить частоту для каждой лампы и транзистора тоже втрое, но сдвинуть фазы импульсов каждой лампы так, чтобы в итоге иметь необходимую частоту импульсов.

[Impulsite]

Низковольтные IGBT можно "наковырять" из б/у цифровушек. Вот, скажем, просто длиннющий список фотоаппаратов, где имеется RJP4002. И в каждом из них есть конденсатор на 80-160 мкФ.

[vvsector85]

Сейчас многие вещи выгоднее покупать на аукционах.

Как раз таки IGBT очень часто бывают поддельными на ибее или Али.

И, поскольку Вы предполагаете раздельно управлять левыми и правыми лампами, то потребуется, как минимум 2 IGBT. А наделение каждой лампы своим IGBT и своим IGBT-драйвером дает новые возможности, например, в режиме HSS можно увеличить втрое паузы между импульсами, т.е. снизить частоту для каждой лампы и транзистора тоже втрое, но сдвинуть фазы импульсов каждой лампы так, чтобы в итоге иметь необходимую частоту импульсов.

идея интересная, но организовать 6-канальный ШИМ не так-то просто, особенно на Меге8. Я пробовал в протеусе делать софтовый ШИМ, но допустимой частоты удается добиться лишь при разрядности ШИМ в 4 бита. Хотя, учитывая, что IGBT не осилит больше 150кГц, то в большем разрешении ШИМ и смысла то нет. Но, в любом случае, у Меги ног уже может не хватить.
К сожалению, я ограничен не только наличием деталий в магазине, но и их наличием в базе Протеуса, хотя, многих деталей можно поставить какой-то эквивалент

[A-Gugu]

Все детали которые использую я, широкого применения и можно купить в практически любом магазине радиодеталей (ну может кроме трансформатора). И трансформатор мотать самому не рекомендую - просто посмотрев качество заводского, вы такой сделать не сможете никогда, без обид

[Impulsite]

Вот схемка автоматического стабилизатора на 15-18 В для питания IGBT-драйвера от основного конденсатора. Аналогичная схема применяется во вспышках Nikon, Yongnuo...

[Impulsite]

Из неразрешенных проблем еще - регулировка мощности в HSS режиме. Логично управлять мощностью скважностью ШИМ, но тут узким местом является частота БТИЗ - 150кГц, т. к. если ШИМ будет около 50кГц, то частота транзистора должна быть 50кГц * количество градаций ШИМ, т. е. при 8 бит ШИМ получается больше 12 МГц, что нереально.

но допустимой частоты удается добиться лишь при разрядности ШИМ в 4 бита.

Чувствую, что здесь есть какое-то непонимание. Интересно, каким образом Nikon, Canon, Yongnuo и другие обеспечивают в HSS регулирование в 7 ступеней диафрагмы? viewforum.php?f=39.

Просветите, пожалуйста, как Вы считаете частоту работы IGBT для обеспечения HSS. Я с этим очень поверхностно знаком.

[vvsector85]

Чувствую, что здесь есть какое-то непонимание. Интересно, каким образом Nikon, Canon, Yongnuo и другие обеспечивают в HSS регулирование в 7 ступеней диафрагмы? viewforum.php?f=39.

Просветите, пожалуйста, как Вы считаете частоту работы IGBT для обеспечения HSS. Я с этим очень поверхностно знаком.

Частота ШИМ зависит от длительности одного периода. Допустим, что длительность периода 1000мкС, значит, частота 1кГц, значит, в секунду мы получим 1000 импульсов. Рассмотрим случай, когда заполнение ШИМ=50%: (П_ ) половину периода IGBT закрыт, половину открыт, т.е. по 500мкс. Если же мы хотим получить 1/255 заполнения ШИМ (разрешение 8-бит), то у нас получится (I__) импульс длиной меньше 4 мкс. Т.е. за 4 мкс транзистор должен успеть открыться и закрыться, а значит, должен работать на частоте 250 kГц (1кГц*255 ~250кГц), что уже много для этого IGBT. Если транзистор может работать с частотой 150кГц, значит минимальный полупериод ШИМ может быть 6.67 mсек. Если нам нужна частота ШИМ 1кГц, значит разрадность ШИМ нужно уменьшить до количества ступеней до 128 (7 бит). Но, т. к. реальная частота во вспышках - десятки килогерц, то разраядность нужно уменьшить до (длительность периода)/(минимальный период, который может дать транзистор) что, для 30кГц будет 33мкс / 6.6мкс ~ 5 ступеней. Так что все верно, так и получается, что ступеней в Hss мало. Возможно, Nikon, Canon, Yongnuo и другие используют более быстрые IGBT или меньшую частоту, но, в любом случае, речь о единицах ступеней.

Кстати, а какая частота в Hss? Где то на форуме встречал 60кГц, но не уверен, что нужно так много. Судя по скоростным видео, найденным в Интернете, время прохождения шторок на коротких выдержках около 4мс и всегда одинаково, а значит, вспышка успеет выдать 240 импульсов. Думаю, можно обойтись и меньшим количеством.
Выше я приводил осциллограммы из протеуса, где IGBT не успевает за ШИМом:
ШИМ:

IGBT:

т.е. заполнение получилось больше, чем должно было быть.

Хотя, я тут подумал, ступеней может быть существенно, больше, если они будут неравнозначные. Т.е. микроконтроллер может давать шим в десятки кГц с 255 ступенями заполнения, т.к. сам работает на частотах в 10+ мГц, а значит, скважность можно регулировать с шагом в 1/255, но только в среднем диапазоне. Т.е импульс не может быть короче чем 6.6мкс (для IGBT 150кГц) и не может быть длинее чем (период ШИМ) - 6.6мкс, а посередине - пожалуйста, кучу ступеней можно сделать, только смысла в этом мало.

[Impulsite]

Ещё по преобразователю. Есть ли у Вас детали, трансформаторы от одноразовых фотоаппаратов? Преобразователь из одноразового фотика.
И, если не трудно, попробуйте просчитать в Протеусе возможности такой схемы, подобрать оптимальные частоту и скважность управления ключевым транзистором:

[vvsector85]

Преобразователь из одноразового фотика

Да, спасибо, эту ветку читал, понял, что преобразователь от мыльницы можно переделать под положительное питание. Кстати, экспериментировал с этими преобразователями, пробовал ставить два в параллель, но прирост мощности получил небольшой. Не думаю, что узкое место - аккумулятор. Ток КЗ у банки 18650 около 30А, а от двух преобразователей потредляемы ток с аккумулятора был меньше 2А.

[Impulsite]

а какая частота в Hss? Где то на форуме встречал 60кГц

Не измерял, но встречал сообщения и о 30 кГц. В конце-концов нижний предел ограничен тем, какую неравномерность освещения по высоте кадра принять допустимой.

[vvsector85]

Ещё по преобразователю. Есть ли у Вас детали, трансформаторы от одноразовых фотоаппаратов?
И, если не трудно, попробуйте просчитать в Протеусе возможности такой схемы, подобрать оптимальные частоту и скважность управления ключевым транзистором:

Детали от преобразователей мыльниц все есть, а вот такую схему в протеусе нормально эмулировать не получится, боюсь. Он хорош для цифровых схем, а для аналога больше подойдет MicroCap или LTSpice, но нужно знать все параметры трансформатора. Могу попробовать собрать на макетке, разве что.

[Impulsite]

пробовал ставить два в параллель, но прирост мощности получил небольшой. Не думаю, что узкое место - аккумулятор. Ток КЗ у банки 18650 около 30А, а от двух преобразователей потребляемый ток с аккумулятора был меньше 2А

Тут вопрос в подборе оптимальных параметров преобразователя под иной источник питания.

все параметры трансформатора

Числа витков есть в схемах, а другие параметры можно "усреднить"

[vvsector85]

Нарисовал в протеусе 555, частота 78кгЦ, заполнение чуть больше 50%. Надо попробовать собрать. Смущает, что на схеме конденсатор 160мкФ, а значит, схема не рассчитана на большие мощности.

[Impulsite]

За какое время заряжается 160 мкФ? Как увеличение ёмкости основного конденсатора влияет на скорость заряда в симуляторе?
Пробовали менять частоту и заполнение? Увеличение частоты, по идее, должно увеличивать скорость заряда.

[vvsector85]

Тут вопрос в подборе оптимальных параметров преобразователя под иной источник питания.

ну, самый очевидный путь - это Flyback, что я и пытаюсь сделать на феррите Ч22, но, пока, безуспешно. Сейчас еще выпаял трансформатор дежурки БП АТХ, попробую замерить индуктивности обмоток, чтобы разобраться в структуре трансформатора, хотя выводов много - это головоломка.

[Impulsite]

Все детали которые использую я, широкого применения и можно купить в практически любом магазине радиодеталей (ну может кроме трансформатора). И трансформатор мотать самому не рекомендую - просто посмотрев качество заводского, вы такой сделать не сможете никогда, без обид

Вот тут бы я плюсов наставил 100500!
Самостоятельная намотка трансформаторов - это задача с массой неопределённостей, которые всяк решает по своему. И как тут получить однообразие? Чтобы сделать повторяемую конструкцию, надо положиться на покупные изделия. В том числе брать готовые трансформаторы. Тут коллега A-Gugu, с его большим опытом создания преобразователей, полностью прав. Тогда хоть можно быть уверенным, что преобразователь начнет работать.
Вот тут есть импульсные трансформаторы. Вообще, поищите в сети и на аукционах по словам "pulse transformer", "step up pulse transformer", "high-frequency switching pulse transformer", "yellow inverter transformer", "ferrite inverter transformer".

[vvsector85]

Все детали которые использую я, широкого применения и можно купить в практически любом магазине радиодеталей (ну может кроме трансформатора). И трансформатор мотать самому не рекомендую - просто посмотрев качество заводского, вы такой сделать не сможете никогда, без обид

Ну, не знаю... делал я паяльную станцию


вообще с нуля, даже корпус, так вот к схеме этой станции на Радиокоте были даны подробные описания, как и на чем мотать и т. д. и никаких трудностей не возникло. Обратноходовый преобразователь ~220 - 24V@3A завелся с пол-оборота, потому что была подробная документация. А кто-нибудь заказывал трансы с Coilcraft? Сколько они идут почтой?

Спасибо, что поправили картинки.

[vvsector85]

Попробовал собрать преобразователь по этой схеме, только питание NE555 и ключа от дополнительного преобразователя на МС34063, 13В

Толку мало. Потребляемый ток при зарядке конденсатора 270мкФ - 0,8А, т. е. чуть больше 3Вт, время заряда до 300В - 21 с. На одном автогенераторном от мыльницы и то быстрее. Пробовал постепенно понижать частоту, вплоть до слышимой, толку нет.