|
Быстродействующая защита по току модулятора и передатчика
| |
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2025-Окт-24, 12:48 | Сообщение # 1 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1079
Статус: Offline
| Средняя частота ШИМ модуляторов около 100кГц, это 10мкс. Значит, если нам нужна быстрая защита, она должна отключить модулятор за время, значительно быстрее 10мкс. В идеале - быстрее 5мкс, то есть, чтобы в случае аварии, через силовой транзистор не прошло бы и половины периода ШИМ сигнала под током короткого замыкания.
Все схемы защит, которые ранее делал не обладали такой скоростью, поэтому разработал новую. При разработке старался сделать максимально просто, надёжно и из доступных деталей. Делать защиту по "минусу" отказался, поскольку в реальной работе это могло вызвать путаницу и ложные токовые петли через корпус, заземления, экраны проводов и проч. Сделал защиту по "плюсу".
Вариант 1, называется URB:

Вариант 2, называется B:

Обе схемы полностью одинаковые, отличие только в типе DC/DC изолированного модуля, а так же в нумерации некоторых конденсаторов.
Защита должна обладать самой максимальной надёжностью из всех узлов передатчика, поэтому экономить на деталях, особенно на качестве DC/DC модулей настоятельно не советую. Именно поэтому рекомендую ставить DC/DC модули только от проверенной компании Hi-Link, её сайт: https://www.hlktech.com/en/Product/c14/p4.html , её магазин на Али: https://aliexpress.ru/store/1103191418
Размещать прямые ссылки на модули из этого магазина не буду, т.к. Али в последнее время может блокировать ссылки для покупателей из наших стран. Смотрите сами по магазину, а если не найдёте, напишите в ЛС продавцу, он даст ссылку. Обычно он продаёт по 10шт, но, легко соглашается и на 5шт, если попросить.
Итак, в чём разница между модулями.
URB2405S-3WR3 и URB1205S-3WR3. Оба модуля выдают +5В, и могут стабильно работать от +9В на входе. 12-я версия имеет предел по входу до 18В, 24-я версия имеет предел до 33В. Главная же особенность - это наличие Y конденсатора 1нф между входом и выходом. Я просто не знал, что он в этих модулях есть, поэтому изначально делал защиту на них. Синфазные дроссели 50мГн по входу и выходу надёжно защищают компаратор U1 от высокого потенциала на выходе модулятора, и при 60В питании проблем не было. Но, всё же, я не рекомендую применять этот модуль, если вы подаёте на модулятор выше 60В. То есть, такой модуль можно применять в двухтактных и других, низковольтных передатчиках/модуляторах. Так же, у этого модуля есть стабилизация выходного напряжения.
B0505S-2WR3 и B0505S-3WR3. Оба модуля так же выдают +5В, но на входе нужны стабильные +5В, поскольку модули не имеют собственной стабилизации выходного напряжения. Однако, у них есть главный плюс - нет Y конденсатора между входом и выходом. Проходная ёмкость этих модулей около 30-40пф. Поэтому, с таким модулем питание передатчика и модулятора можно делать высоковольтным.
Обратите внимание на резистор R3. Он является нагрузкой DC/DC модуля. В URB версии он по сути не нужен, а вот в B версии нужен. Поскольку B модули не имеют выходной стабилизации, то без нагрузки, на выходе может быть около 5.5В. Компаратор U1 такое напряжение выдержит, но, для красоты, лучше подобрать такое значение R3, чтобы напряжение понизилось до 5.1-5.3В, это около 470-680Ом.
Фото начального варианта (URB версия)

Прикрепляю гербер архивы печатных плат двух вариантов для заказа на заводе. Заказать можно через этого продавца: https://aliexpress.ru/store/1103635205 Пишите ему в лс, автоответчик напишут почту, на неё пишите письмо, в котором: - укажите нужное кол-во плат (минимум 5шт) - цвет платы и надписей (по умолчанию Green/White) - в какую страну отправить - и прикрепляете гербер архив платы
После чего продавец вас попросит что-то купить из своего магазина, что будет по цене равно производству плат + доставка, и за 10-15 дней (плюс минус) платы приедут.
В следующем сообщении продолжу.Добавлено (2025-Окт-24, 13:36) --------------------------------------------- Общая концепция работы.
1. Блок защиты ставится между выходом ШИМ модулятора и питанием передатчика, в разрыв "плюсового" провода.
2. В режиме ожидания, когда ток в порядке, на выходе блока защиты логическая 1, то есть +5В. Эти +5В поступают в модулятор, например, на затвор 2N7000 полевика, который управляет прохождением ШИМ сигнала. Либо же, эти +5В можно подать на какой-либо процессор, контроллер, если у вас что-то сложное.
3. В случае превышения тока передатчика, или же короткого замыкания, блок защиты срабатывает и переводит логическую 1 в логический 0. На выходе блока защиты появляется 0В, которые отключают 2N7000 в модуляторе или процессор, контроллер.
4. После срабатывания, блок защиты самоблокируется и зажигает красный светодиод аварии. Для сброса - нужно сбросить питание.
Прохождение логических уровней.
На схеме логические уровни подписал зелёным, 1(0). Первая цифра - режим ожидания, в скобочках - режим аварии.
1. Выход компаратора U1. Режим ожидания - 0В, режим аварии - 5В.
2. Выход оптологики U2. Режим ожидания - 5В, режим аварии - 0В.
3. Выход блок защиты, триггерная защёлка U3. Режим ожидания - 5В, режим аварии - 0В.
Принцип работы.
1. DC/DC изолированный модуль создаёт фантомные +5В для питания компаратора U1 и светодиода оптологики U2, синфазные дроссели 50мГн по входу и выходу дополнительно снижают высокий потенциал, повышая надёжность защиты.
2. Стабилитроны D1 и D2 защищают все микросхемы, если сгорит DC/DC модуль или 5В лм-ка, 1Вт резистор 100Ом R12 защищает эти стабилитроны от перегорания.
3. В микросхеме U1 два компаратора. Неиспользуемый правильно отключён с помощью резисторов R4, R5.
4. Изначально думал сделать дополнительный гистерезис компаратору, на фото можно увидеть пустые smd места под него, но, в реальности собственного гистерезиса микросхемы оказалось достаточно для стабильной работы.
5. Резистор R1 и R2 создают опорное напряжение, с которым компаратор сравнивает напряжение, приходящее с токового шунта 0.01Ом на константановом резисторе. Если напряжение на шунте ниже делителя, на выходе компаратора 0. Если превышает - 1. Резистором R2 осуществляется настройка нужного тока срабатывания. Если нужен более большой ток срабатывания - уменьшите R1.
6. Резистор R7 ограничивает ток через светодиод оптологики. На схеме показана возможная замена оптологики, и на сколько нужно изменить R7.
7. В дежурном режиме на выходе оптологики +5В (лог.1), они поступают на быстродействующую триггерную защёлку U3. R8 и С10(9) 1мкФ задают паузу, чтобы U3 ложно не защёлкивалась в момент подачи питания.
8. Когда происходит авария по току, триггер U3 переводит свой выход в 0 и самоблокируется. Транзистор Q1 закрывается, его сток-исток перестают шунтировать светодиод и тот загорается. Резистор R9 отрезает ёмкость затвора Q1 от выхода триггера, т.е., чтобы ёмкость затвора Q1 не снижала скорость срабатывания защиты. Сопротивление это может быть любое, 47к-150к.
Настройка тока срабатывания.
1. Изначально крутите R2 в такое положение, чтобы защита срабатывала, когда вы подаёте питание на модулятор ( с подключённым передатчиком).
2. Формируете максимальный сигнал с микрофона, например дуете в него. Крутите резистор R2, чтобы защита перестала срабатывать. Подкрутили, включили питание - защита не сработала. Дунули в микрофон - сработала. Значит нужно подкрутить ещё немного. Нужно добиться такого положение R2, чтобы при максимальной громкости в микрофон, и при работе передатчика на строго согласованную антенну (или 50Ом эквивалент) защита ложно не срабатывала.
3. Важно!! Слишком сильно уводить R2 от порога срабатывания нельзя. Это физика процесса!! Чем дальше вы уведёте резистор от порога, тем медленнее будет скорость срабатывания.
В следующем сообщении продолжу.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Пятница, 2025-Окт-24, 13:34 |
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2025-Окт-24, 14:01 | Сообщение # 2 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1079
Статус: Offline
| Тесты скорости срабатывания защиты.
На модулятор подано силовое питание 60В, частота ШИМ около 80кГц. Жёлтый луч - это выход модулятора до ФНЧ, то есть, в средней точке истока силового мосфета и катода силового диода. Как видите, амплитуда ШИМ сигнала 60В. Синий луч - это постоянное напряжение после ФНЧ модулятора, на нагрузке после модулятора. Поскольку скважность ШИМ сигнала 50%, то и на выходе 60/2 = 30В

Затем уменьшил развёртку осциллографа, чтобы можно было успеть нажать Stop для записи показаний, после чего пинцетом закоротил выход модулятора:

Осциллограф записал показания, после чего снова стал увеличивать развёртку, чтобы более детально увидеть скорость срабатывания:

Развёртка 10мкс. Как видите, после короткого замыкания и падения синего луча в 0, модулятор выключается мгновенно. Не проходит ни одного периода 80кГц под нагрузкой короткого замыкания.
А это синтетический тест. Жёлтый луч подключён к выходу U3, то есть к логическому выходу блока защиты:

Развёртка 160 наносекунд. В режиме ожидания на выходе 5В, при коротком замыкании выход защиты падает до 0В за 80нс. А поскольку 2N7000 или прочие, типа BS170 закроются уже ниже 2-2.5В, то реальная скорость срабатывания защиты составляет около 40-50нс.
Таким образом, данную схему защиты можно применять не только в составе с модулятором, но и в передатчиках, для аварийного отключения их драйверов, работающих на частотах до 12..15МГц.
В следующем сообщении продолжу.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2025-Окт-24, 15:27 | Сообщение # 3 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1079
Статус: Offline
| Перечень деталей и где брать.
1. Токовый шунт 0.01Ом, константан: https://aliexpress.ru/item/1005001714361651.html
Размеры: толщина 1.2мм, высота 7мм, ширина между выводами 10мм.
2. R2 1кОм, Bourns https://www.lcsc.com/product-detail/C57089.html Напомню, что блок защиты должен обладать максимальной надёжностью, поэтому ставить ноунейм детали крайне не рекомендуется!
3. Компаратор U1: американский: https://www.lcsc.com/product-detail/C131165.html китайский клон: https://www.lcsc.com/product-detail/C19269867.html
В своих тестах использовал и американский и китайский, разницы вообще никакой не заметил, ну прямо совсем никакой. Так что, буду использовать китайский.
4. Оптологика U2: На сайте LCSC закончились: https://www.lcsc.com/product-detail/C22427584.html Но, есть на сайте Mouser, более 1500шт https://cn.mouser.com/Product....Q%3D%3D
На схеме так же написаны полные аналоги, от компании Toshiba, есть на сайте LCSC
5. Триггер U3: На сайте LCSC, 70шт: https://www.lcsc.com/product-detail/C484738.html Или чуть более скоростной, 2100шт: https://www.lcsc.com/product-detail/C2682115.html
6. Синфазные дроссели, типоразмер EE12, индуктивность 50мГн: 5шт. https://aliexpress.ru/item/1005009404727407.html Рекомендую взять штук 15-20, т.к. они и для модулятора пригодятся, и, к сожалению - возможен брак, один раз обнаружил обрыв одной обмотки.
7. 5В "лм-ку" рекомендую ставить только от компании ST, например такую https://www.lcsc.com/product-detail/C111840.html
8. 100нф везде ставить только с диэлектриком C0G, например такие: https://www.lcsc.com/product-detail/C405303.html
9. Резисторы можно любые, только R1 бы рекомендовал с минимальным ТКС, например такой: https://www.lcsc.com/product-detail/C870815.html Это нужно для того, чтобы опорное напряжение компаратора было стабильным и не плыло от температуры.
10. Нагрузочный резистор R3. Если 1206 smd будет сильно греться, можно поставить любой выводной, на 0.5-1Вт, и припаять его в любом месте. Например, прямо на ноги стабилитрона D1

Общие рекомендации.
1. Блок защиты, собранный из исправных деталей не нуждается в наладке и начинает работать сразу.
2. После запайки всех деталей и проводов - обязательно промыть плату с двух сторон!!
3. Блок защиты соединять с управлением модулятора только экранированным кабелем, чем короче, тем лучше.
4. Транзистор Q1 можно любой 2N7000 или BS170, только обязательно перед запайкой прозванивайте расположение его выводов. Сток-исток могут отличаться.
5. Выход модулятора нужно подключать на левый вывод шунта, выход на передатчик - на правый, на плате они подписаны. Если поменять местами - защита работать не будет.
Заказать детали с сайта LCSC и Mouser во все наши страны можно через этого продавца: https://aliexpress.ru/store/1103009080
Пишите ему в лс, автомат напишет почту, туда пишите письмо:
- указываете название нужной детали и ссылку на неё с сайта - указываете нужное количество - указываете страну, в которую отправить
В течение 1-2 дня продавец ответит и напишет, что делать дальше.
|
| |
|
|
| rw6bw73 | Дата: Суббота, 2025-Ноя-01, 21:55 | Сообщение # 4 |
 знающий
Группа: Пользователи
Сообщений: 160
Статус: Offline
| Пожалуйста выложите по новой гербер архивы печатных плат двух вариантов для заказа на заводе.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2025-Ноя-02, 12:01 | Сообщение # 5 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1079
Статус: Offline
| Цитата rw6bw73 (  ) Пожалуйста выложите по новой гербер архивы печатных плат двух вариантов для заказа на заводе. Хм, странно, почему-то гербер-архивы вложены в 1 сообщение темы, но имеют 0 байт размер. Попробую ещё раз.Добавлено (2025-Ноя-02, 12:06) --------------------------------------------- Для 150В питания подходит только "B" версия, где применяется DC/DC изолированный преобразователь без Y конденсатора внутри. Больше ничего особого делать не нужно. Ну, а так:
1. Силовой провод от выхода модулятора до платы защиты делать покороче. 2. Управляющий сигнал с платы защиты до затвора транзистора в модуляторе передавать только через экранированный кабель. 3. Плату модуля защиты после запайки всех деталей тщательно промыть изопропанолом и потом бензином калоша.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2025-Ноя-02, 15:02 | Сообщение # 6 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1079
Статус: Offline
| rw6bw73, Обратите внимание ещё на сам модулятор. Вот, для примера:
Если в вашем модуляторе стоит оптодрайвер, то между катодом светодиода оптодрайвера и массой нужно поставить любой полевик, 2N7000 или BS170, на схеме он подписан как Q5. В затвор небольшой резистор, 20..50Ом, R14, для защиты от помех. И уже к этому резистору подключать экранированным кабелем выход управления с платы защиты.
Алгоритм работы.
1. Перегрузки или КЗ нет. С выхода управления платы защиты поступает 5В на затвор Q5. 2. Q5 открыт, ШИМ сигнал проходит через светодиод оптодрайвера, модулятор работает. 3. Происходит перегрузка или КЗ, на управляющем выходе платы защиты 5В падают до 0В. 4. Q5 очень быстро (за десятки наносекунд) закрывается, отрубая ШИМ сигнал от светодиода оптодрайвера, модулятор выключается, спасая силовой транзистор на выходе.
Практически во всех ранних версиях модуляторов, на транзисторе Q5 я делал систему плавного пуска. Поэтому к затвору могли идти резисторы, диод, конденсатор. Это всё нужно отключить, оставив только антипомеховый R14.
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2025-Ноя-03, 00:38 | Сообщение # 7 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1079
Статус: Offline
| rw6bw73, размер платы 83,658мм на 58,148мм.

Задержка включения модулятора осуществляется благодаря ёмкости между движком подстроечного резистора и массой. Резистор, которым регулируется начальная ШИМ скважность.
|
| |
|
|
| rw6bw73 | Дата: Вторник, 2025-Ноя-04, 20:24 | Сообщение # 8 |
 знающий
Группа: Пользователи
Сообщений: 160
Статус: Offline
| Какой номинал резистора R7 ставить для TLP2366 ?
|
| |
|
|
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2025-Ноя-04, 22:33 | Сообщение # 9 |
 мастер
Группа: Пользователи
Сообщений: 1079
Статус: Offline
| Для TOSHIBA TLP2366 изменение номинала R7 не указано, значит он остаётся прежним.
Вот обоснование.
R7 служит для ограничения тока через светодиод оптологики. Для TOSHIBA TLP2366 рабочий интервал от 4.5ма до 15мА

Среднее значение 10мА. При 5В питании для получения 10мА нужен резистор 470 Ом
|
| |
|
|
|