|
Защита модулятора и передатчика по току и КСВ
| |
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Янв-02, 08:52 | Сообщение # 31 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Провёл сейчас второй эксперимент. Когда токовый резистор 0.1Ом стоял не до модулятора, а после:
Силовое питание так же 30В, нагрузка 15Ом (25 + 40), токовый резистор зашунтирован конденсаторами.
Сигнал на резисторе без силового питания:
Сигнал на резисторе при подаче силового питания 30В:
Сигнал на резисторе, при силовом питании и подаче 1кГц 700мВ на вход модулятора:
Такое подключение мне нравится гораздо больше). Меньше шумов и амплитуда выше.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Янв-07, 12:39 | Сообщение # 32 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Разработал схему и печатную плату для защиты модулятора по току.
В качестве токового шунта буду использовать константановый резистор на 10 мОм, толщиной 1.2мм, с расстоянием между ножками 10мм https://aliexpress.ru/item/1005001714361651.html
На таком резисторе будет мизерное падение полезной мощности, что повысит КПД передатчика. С другой стороны и падение напряжения на нём так же будет несколько милливольт, поэтому для усиления этого напряжения применю ОУ LM258AP. Это тот же самый LM358, просто 358 работает в интервале 0..70 градусов, а 258 в интервале -25..+80. То есть, более термостабильный.
Неиспользуемый второй ОУ правильно отключён. На выходе ОУ резистивный делитель R7 - R8. Регулировкой R7 от 0 до 5кОм, можно будет подобрать ток срабатывания защиты для силового питания модулятора 24 - 150В. Если силовое питание модулятора будет 12В, то R2 нужно уменьшить до 470-680 Ом. После резистивного делителя стоит стандартная триггерная защёлка, которой буду отключать транзистор задержки включения питания модулятора.
Размер платы 7х5см. Как приедет с завода, соберу, протестирую и выложу гербер архив.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2025-Фев-02, 05:42 | Сообщение # 33 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Плата приехала, собрал, спаял, промыл изопропанолом с двух сторон. Теперь всегда любую плату буду промывать после пайки. Схема заработала сразу.
Схема, версия 1.1
От версии 1.0 изменения незначительные. Все фильтрующие керамические кондёры поставил на 150нф, что были под рукой. Резисторы R5,6 c 2кОм увеличил до 2.7кОм. Фильтрующий резистор R4 со 100Ом уменьшил до 22Ом. И на плате сделал чуть шире пятачки всех деталей, а то мелкие получились.
Изначально подстроечный резистор R7.2 на 5кОм стоял в среднем положении, они всегда с завода стоят в среднем положении. На выводы токового шунта кратковременно коротнул 9В батарейку "Крона". Защита сработала, триггерная защёлка захлопнулась, светодиод загорелся. Подключил осциллограф на шунт и замерил токовый импульс:
Шунт на 0.01Ом, импульс тока 93мВ, следовательно ток КЗ был 9.3А.
Затем выкрутил подстроечный резистор в крайнее положение. На КЗ от "Кроны" схема больше не срабатывала. Коротнул на блок питания, защита сработала, токовый импульс получился такой:
462мВ, то есть 46.2А. Таким образом, регулировка тока срабатывания работает.
Гербер архив платы: https://disk.yandex.ru/d/Hznjc7hgQ7yL6g
К сожалению, доступа к гугл диску пока нет, так что ссылка только с яндекс диска. Если что, вот ещё хранилище файлов https://dropmefiles.com/7SHIG Файл хранится 7 суток с момента последнего скачивания.
Печатные платы делаю через этого продавца: https://aliexpress.ru/store/1103635205 Пишем в лс, автоответчик даст почту, туда пишем письмо. В письме на английском пишите нужный цвет платы, нужное кол-во (минимум 5шт), в какую страну отправить и прикрепляете гербер архив платы.
Детали.
1. Токовый шунт константановый брал тут, версия 10mR, 10мм, толщиной 1.2мм: https://aliexpress.ru/item/1005001714361651.html
2. Термостабильный SMD резистор 1кОм такой https://www.lcsc.com/product....05.html
3. Термостабильный SMD резистор 39кОм такой (39.2кОм) https://www.lcsc.com/product....98.html
4. Операционный усилитель такой https://www.lcsc.com/product....72.html
5. Качественный подстроечный резистор такой https://www.lcsc.com/product....43.html
Резисторы, ОУ и подстроечник заказывал через этого продавца https://aliexpress.ru/store/1103009080
Пишите в лс, автоответчик даст почту, туда на английском пишите письмо, в котором размещаете ссылки на нужные детали, пишите кол-во и в какую страну отправить.
Если продавец более двух-трёх суток не отвечает, напишите ещё раз. Если всё равно молчит, тогда попробуйте через этого, правда дороже будет: https://aliexpress.ru/store/2383059
Преимущество данной схемы защиты - высокий КПД. На 0.01Ом шунте практически ничего не теряется. Плюс шунт стоит в цепи массы между модулятором и передатчиком, гальванически ничего не разъединяется.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2025-Фев-02, 05:54 | Сообщение # 34 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| p.s. Попробую прикрепить гербер архив платы прямо сюда. Ух ты, получилось) Добавлено (2025-Фев-02, 06:33)
---------------------------------------------
Записал короткое видео процесса срабатывания защиты на рабочем модуляторе. К выходу модулятора подключены резисторы нагрузки. Замыкал пинцетом нагрузку, защита срабатывала и выключала модулятор.
Ссылка на видео, если у кого Ютуб медленно работает https://disk.yandex.ru/i/7b9sEeTtKheLxA
Сообщение отредактировал kotrad78 - Воскресенье, 2025-Фев-02, 05:55 |
| |
|
|
| rw6bw73 | Дата: Вторник, 2025-Фев-04, 19:43 | Сообщение # 35 |
 знающий
Группа: Пользователи
Сообщений: 160
Статус: Offline
| Собрал плату защиты. От батарейки работает отлично. Теперь нужно выставить ток в реальной схеме.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2025-Сен-19, 06:39 | Сообщение # 36 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 (  ) Схема, версия 1.1
Внимание!! Важно!!
Данная схема защиты работает только при следующих условиях:
- надёжно срабатывает на плавное превышение тока во время модуляции, то есть, когда говорим или музыка.
- на резкое короткое замыкание в передатчике или на выходе модулятора, только если в модуляторе стоят мощные ТО-247 транзисторы, а силовое напряжение на модуляторе не превышает 60-70В.
Если напряжение выше 80В, и в модуляторе стоят ТО-220 транзисторы, то при резком коротком замыкании, транзисторы в модуляторе могут выйти из строя.
Сейчас снова занялся системой защиты и обнаружил, что нынешняя конструкция слишком медленная, средние и слабые по мощности транзисторы могут выйти из строя.
Это реальное время срабатывания самой схемы защиты. Синий луч - выход модулятора, после ФНЧ, на резистивной нагрузке.Жёлтый луч - ШИМ выход модулятора, то есть сигнал в точке соединения истока силового мосфета и катода силового диода Шоттки, то есть до ФНЧ. Развёртка 200мкс. Когда синий луч резко пошёл вниз, это я пинцетом замыкал контакты нагрузки, имитируя короткое замыкание.
Как видим, с момента КЗ и до выключения силового транзистора проходит примерно 650мкс. За это время транзистор нещадно пекут током короткого замыкания примерно 12 ШИМ импульсов, при частоте ШИМ 80кГц. Мощные ТО-247 мосфеты такой режим выдержат, поэтому я и не обратил на это внимание с самого начала, т.к. раньше у в меня в модуляторе стояли ТО-247 карбиды, и им пофиг на такой перегруз. Но, сейчас в модуляторе ТО-220F кремниевый, и ему уже не пофиг, сгорел.
Стал шаг за шагом изучать вопрос, какие узлы и элементы влияют на скорость срабатывания защиты.
1. Убрал С9 и С10 по 100нф на схеме (33 сообщение), триггерная защёлка сохранила работоспособность:
Время срабатывания заметно сократилось, с 650мкс до 450мкс
2. Убрал фильтрующие конденсаторы С1, С2, С3 параллельно 0.01Ом шунту. Стабильность срабатывания сохранилась, время срабатывания не изменилось, 450мкс.
3. Всё это время у меня плата защиты стояла по массе между силовым блоком питания и силовой массой модулятора. Это просто проводил эксперимент. Теперь же, установил плату, согласно начальной схемы: - Между выходом силовой массы модулятора и массой нагрузки:
Время срабатывания уменьшилось с 450мкс до 230мкс. Почему так резко, непонятно.. Видимо играет роль индуктивность силовых проводов и монтажа массы.
4. Теперь жёлтый луч стоит на 2 ноге микросхемы, то есть на входе ОУ, синий луч - так же на нагрузке модулятора:
Как видим, в момент кроткого замыкания, длительность импульса на входе ОУ равна длительности импульса самого замыкания. Развёртка тут 50мкс.
Таким образом, основная задержка срабатывания схемы защиты, это ОУ и триггерная защёлка на комплементарной паре биполярных транзисторов.
В следующем сообщении продолжу.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2025-Сен-19, 07:10 | Сообщение # 37 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| После этого начались очень долгие мытарства, чтобы понять, что именно влияет на скорость срабатывания ОУ и триггерной защёлки... Очень, очень долго пытался разобраться.
1. Сначала снизил R3 39к до 6.8к. Время задержки сильно увеличилось.
2. Вернул обратно 39к. Затем отключил R9 1кОм, то есть отключил транзисторы от выхода ОУ. Время задержки чуть-чуть уменьшилось.
3. Затем отключил R8 1кОм. Время задержки ещё уменьшилось.
4. Затем перерезал дорожки и подключил ОУ напрямую к 12В питанию, оставив 5В только на триггер. Время задержки ещё уменьшилось.
5. Затем подключил 47пф параллельно к R3, т.к. была мысль, что ОУ возбуждается на ВЧ, из-за чего повышается время задержки. Результат никак не поменялся. Убрал.
6. Затем увеличил R3 с 39кОм до 75кОм, то есть, существенно увеличил Кус ОС. Время задержки ооочень сильно уменьшилось. Подключил обратно транзисторы триггера через R9 и проверил скорость срабатывания защиты:
Скорость срабатывания снизилась с 230мкс до 40мкс. Результат потрясающий. После КЗ через транзистор течёт всего 1 импульс, вместо 12 начальных. Это выдержит любой полевик.
Схема на текущий момент экспериментов выглядит так:
Но, радовался не долго.. На вход ШИМ модулятора подал синус 1кГц и стал постепенно повышать сигнал. При 200мВ на входе сработала защита. R7.2 был выставлен в 1.8кОм. Выкрутил в 5кОм. Теперь защита срабатывала при 300мВ на входе.. Заменил R9 c 1кОм на 10кОм. Теперь защита срабатывала при 400мВ (из 600мВ максимальных).
Между базой и эмиттером Q1 поставил резистор 1кОм. И... опять пошли те же самые задержки в 200мкс...
Поэтому, вердикт такой.
1. Буду делать другую схему.
2. Биполярные транзисторы открываются током, поэтому они хорошо срабатывают на резкий импульс при КЗ, но при рабочем сигнале - нет, слишком чувствительны.
3. LM258 (как и 358) имеет очень низкую скорость нарастания выходного напряжения, SR - Slew rate, всего 0.5В/мкс. То есть, как ни старайся, всё равно она будет медленнее реагировать, чем время нарастания импульса короткого замыкания.
В общем, почерпнул много новых знаний в этом вопросе, очень доволен))). Следующую схему защиты буду разрабатывать:
- на очень быстром и современном ОУ
- никаких биполярных триггерных защёлок больше, только высокоскоростная логика с полевыми транзисторами по входу.
p.s. осталось только дурацкий грипп побороть, две недели уже как овощ, всё не получается вылечиться(
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2025-Сен-21, 07:40 | Сообщение # 38 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) Следующую схему защиты буду разрабатывать: - на очень быстром и современном ОУ
- никаких биполярных триггерных защёлок больше, только высокоскоростная логика с полевыми транзисторами по входу.
Разработал первый вариант схемы:
1. От концепции "шунт в минусовом проводе" решил отказаться. В реальной конструкции и микрофонный усилитель может быть на корпусе, а корпус заземлён. И антенна подключается штекером к корпусу, а корпус заземлён, в итоге может появиться путаница, куда и через что, и какой ток будет течь через токовый шунт. Т.е. масса для всего пусть остаётся неделимой массой.
2. В самом начале теме была схема с токовым шунтом в сигнальном проводе. Схема проста. Но, на токовом шунте должно падать напряжение, достаточное для открытия Б-Э транзистора, то есть не ниже 0.6В. В реальной работе, особенно на мощных передатчиках, на 0.1Ом шунте будет выделяться очень большая мощность тепла. Особенно для двухтактных передатчиков. Поэтому токовый шунт решил взять 0.01Ом. И вот тут проблема, на нём выделяется в 10 раз меньшее напряжение, которое уже недостаточно для открытия транзистора.
Перепробовав массу вариантов, пришёл к последнему. На первый взгляд схема кажется сложной, но, если её разобрать, то она очень проста.
1. К токовому шунту подключается очень быстрый компаратор. Либо китайский клон, либо более дорогой американский (оба попробую). Принцип работы элементарный. Если на шунте напряжение ниже опорного, на выходе компаратора 0. Если выше - 5В.
2. Компаратор питается от 5В, которое создаёт изолированный DC/DC модуль. Эти модули отлично себя показали в ШИМ модуляторах класса D, дешёвые и доступные. То есть, питание компаратора - фантомное, не связанное с общей массой модулятора и передатчика.
3. Нагрузка компаратора - быстрая оптологика. Типа 6N137. Но, 137-я медленная и с открытым коллектором, поэтому нашёл более быструю замену с пуш-пул выходом, и не очень дорогую.
4. После оптологики - очень быстрая триггерная защёлка на двух элементах. В микросхеме 4 элемента, используются только 2.
5. После триггерной защёлки - индикатор аварии на полевике и выход на полевик в модуляторе.
Принцип действия.
После подачи питания на выходе компаратора 0. Когда на оптологике на входе 0, на выходе +5В, т.е. она инверсная. Когда эти 5В поступают на триггерную защёлку, на её выходе тоже +5В. Транзистор индикации открыт, шунтирует светодиод, он не горит. Одновременно +5В идут на модулятор, на транзистор, который стоит в разрыве светодиода оптодрайвера. Он так же открыт, модулятор работает.
Происходит КЗ в передатчике или превышение тока. На шунте появляется напряжение, компаратор переводит свой выход в +5В. Оптологика срабатывает и +5В на выходе переводит в 0В. Триггерная защёлка включается и на выходе тоже устанавливает 0В и самоблокируется. Транзистор индикации закрывается, светодиод загорается. Одновременно с этим, закрывается и полевик в модуляторе, модулятор выключается.
Время реакции (теоретическое):
Компаратор - 10-15нс (зависит от С4, который стоит в цепи гистерезиса и предотвращает самовозбуждение на ВЧ)
Оптологика - 25-52нс (максимальное время по даташиту, к примеру у 6N137M около 120-150нс)
Два элемента триггерной защёлки - 14нс
Разряд двух затворов транзисторов (индикатор аварии + в модуляторе) - 10нс. (у BS170 ёмкость затвора около 30пф, у 2N7000 около 50-60, чем меньше ёмкость, тем быстрее закроется)
Итого: 15 + 52 + 14 + 10 = 91нс.
Учитывая паразитную индуктивность монтажа и другие факторы, расчётное время срабатывания защиты около 150-200нс, или 0.14-0.2мкс. Даже если в реальности, в железе время срабатывания будет 0.5-1мкс, это уже будет просто отличный результат.
Немного отдохну и если не найду ошибок, буду разрабатывать плату.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2025-Сен-21, 20:41 | Сообщение # 39 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) Немного отдохну и если не найду ошибок, буду разрабатывать плату.
Разработал плату
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Четверг, 2025-Окт-23, 06:31 | Сообщение # 40 |
|
мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1081
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) Разработал первый вариант схемы:
Платы, детали приехали, всё спаял, проверил, протестил. Результат - супер!
Чуть позже всё подробно распишу, пока сразу к результатам.
1. Синтетический тест.
Осциллограф стоит на выходе логики защиты, то есть 5В, которые в нормальном режиме поступают на модулятор и модулятор работает. В случае перегрузки или КЗ 5В падают до 0, отключая транзистор 2N7000 в модуляторе, тем самым выключая модулятор.
Горизонтальная развёртка 1 большой клетки 160ns. При коротком замыкании, 5В падает до 0В за 80нс. Но, поскольку 2N7000 отключится уже ниже 2.5В, то реальная скорость срабатывания защиты около 40-50ns.
2. Реальный тест:
Силовое питание на модуляторе 60В, скважность ШИМ 50%, на выходе модулятора под нагрузкой 30В (синий луч). Жёлтый луч - ШИМ сигнал на выходе модулятора до ФНЧ, то есть в средней точке истока силового мосфета и катода диода. Частота ШИМ около 80кГц.
Пинцетом замкнул контакты нагрузки - модулятор мгновенно выключился. Даже 1 периода под коротким замыканием не прошло.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Четверг, 2025-Окт-23, 06:33 |
| |
|
|
|
