Преобразователи для часов на газоразрядных индикаторах

[Y.Y.]

Наверное кто-то это уже делал, ну и я написал свой простой эмулятор для экспериментов с преобразователями:

Можно раздельно изменять частоту (0..100kHz, практически линейно), и заполнение ШИМ (~1..99%).

Действительно, похоже, что для каждого набора элементов есть некая своя частота, позволяющая получить наибольшее выходное напряжение (и, наверное, кпд).
Причем зависит она от многих параметров и весьма "узкая".
Поймать ее на известных микросхемах, дискретно меняя задающий конденсатор, наверно не просто.

Так что начал писать "адаптивный преобразователь", который:
- ставит ШИМ на 50%
- меняет частоту снизу(от, скажем 5кГц с шагом 1кГц) до максимального (но не больше скажем 200В) выходного напряжения
- затем уже повышает/понижает напряжение ШИМом до заданного уровня и далее ШИМом же регулирует
- ну и постоянный контроль тока в нагрузке на предмет кз.
Вроде очень похоже на MAX, но здесь-то все для себя понятно, да и питание 5В, и не так дефицитно, и даже дешевле. Можно и еще чего-то своего добавить - скажем индикацию по кз, по снижению напряжения ниже порога...

Будет ли при таком алгоритме максимальный кпд? Или бог с ним, с кпд, а главное - наиболее широкий диапазон автоматического регулирования? Или главное - частота пониже (потери в индуктивности меньше)? Насколько важна не звуковая частота?
Или все-таки мерить потребляемый ток и ориентироваться на кпд? Но тогда - шунт со своим теплом, да и мерить оочень краткие большие токи непросто. Ставить большую емкость?
В общем, вопросы по "идеальному" алгоритму работы преобразователя есть. Что говорит бесценный опыт уважаемого сообщества? Спасибо за внимание.

[uldemir]

А вы когда искали "максимумы" никаких закономерностей не уловили? Вот теоретические "выкладки". Далеко неполные, но всё же.

[akl]

Собрал макет по схеме ниже, в надежде явно использовать канал токовой защиты Ipk, т. е. перевести MC34063 в режим генератора тока и обеспечить работу ГРИ более приближённой к её ВАХ . Вместо резистора на выходе поставил ИН-12. При напряжении питания 3V ток потребления ~50мА, при 4V - ~110мА. В качестве трансформатора использовался оный из этой схемы.

Спойлер

mc34063_Ipk.GIF

Спойлер

Газоразрядная характеристика.GIF

[uldemir]

IMHO ничего не получится. Токовый резистор ограничивает ток накачки дросселя, а питание то идёт при обратном ходе. А там уже никакого ограничения тока нет.

Хотя, нет - не обратил внимания, что на выходе нет конденсатора. Тогда ток действительно должен трансформироваться.

[akl]

IMHO ничего не получится. Токовый резистор ограничивает ток накачки дросселя... Хотя, нет - не обратил внимания, что на выходе нет конденсатора. Тогда ток действительно должен трансформироваться.

Добавил картинки. Напряжение питания 3,6V, ток потребления схемой 60 мА. Микросхема холодная. Испытания продолжатся.

Спойлер

nixie_mc34063_1.jpg

Спойлер

nixie_mc34063_Va.jpg

[kollaider]

На таком напряжении трудно будет что-то выжать по току. Ключ в микрухе никакой. Падение на нем посмотрите.

[uldemir]

Это амплитуда 25в или там делитель в щупе? А. Если по картинке щупа, то похоже делитель. Тогда 250в амплитуда. Но тогда время горения получается чертовски маленьким. Имхо, тут надо бы посчитать...

Если на горящей лампе падает 150в и хотим гнать 2ма, то в дросселе надо накачать 150*0,002*t = 0,3*t джоулей энергии. Тогда исходя из того что время прямого хода в 6 раз меньше, чем обратный ход надо выбрать ток и индуктивность, которые за это время смогут накопить такое количество энергии. При этом надо сделать так, чтобы отношение витков было пропорционально этим 2ма против амплитуды тока - раз и отраженное напряжение тоже не превышало 30в.

Тогда, может, эта индуктивность сможет гнать ток всё время обратного хода. Надо бы накидать это в экселе и покрутить цифири, но у меня сейчас другая шайзе с одними часами - глюк в софте. Надо разбираться с этим.

[akl]

Сегодня проверил ключ по Дарлингтону. Ток потребления упал до ~37 мА. Падение напряжения на открытом Дарлингтоне ~0.8V, против ~0.4V на ключе с драйвером.
uldemir 0.3[Вт]=0.3[Дж/сек], т.е. при частоте 32 кГц индуктивность за цикл (ton+toff) должна накопить и отдать всего лишь ~9,4 мкДж.

[uldemir]

Сначала начал сомневаться, но потом посчитал - вполне нормальная энергия. Если принять 30 мкс обратный ход и 5 мкс накачка, то при 100 мкГн дросселя и питании 8.5 В достигается ток 0.425 А, что получается равным 9 мкДж. Только тогда коэффициент трансформации должен быть 0.4/0.002=200.

[akl]

Прогнал схему по диапазону напряжений питания. Получил такие результаты.

Код: Выделить всё

	U,V	I,mA	ton	toff
	3,6	37	29	4
	4,0	36	29	4
	5,0	44	27,5	4
	6,0	46	25	5
	7,0	44	19	9
	8,0	42	16	12
	9,0	40	14	14
	10,0	39	12	15
	11,0	38	12	17
	12,0	36,5	11	19
	13,0	36	10	20
	14,0	34,5	9	23
	15,0	33,5	8	27

Т.е. MC34063 вполне может работать в режиме стабилизатора тока по каналу Ipk.

Спойлер

mc34063_Ipk_1.GIF

Если принять 30 мкс обратный ход и 5 мкс накачка...

По мне, для MC34063 строго наоборот.

[uldemir]

Ой, да - это я лоханулся. но.. если иначе, то это очень грустно.

[akl]

При индуктивности первички L=960μH и падении напряжения на ключе по Дарлингтону Usat=0,8V
T=L/R=L*I/U -> I=T*U/L. Для напряжения питания 4,0V i~29*3,2/960=96,6mA, e~4,48μJ, P~e*32000~0,144[W] -> I(индик)~0,144/150~0,95mA; для напряжения питания 15V i~8*14,2/960~118mA, e~6,72μJ, P~e*32000~0,215[W] -> I(индик)~0,215/150~1,43mA. Такая оценка показывает вполне комфортные условия работы индикатора.
17.09.2015
Добавил картинки

nixie_mc34063_17_09 002_1.jpg

nixie_mc34063_5V_Ipk.jpg

nixie_mc34063_9V_Ipk.jpg

nixie_mc34063_15V_Ipk.jpg

[akl]

Блин. Потерял возможность редактирования. В итоге, если нужно получить бюджетный, повторяемый, высокоэффективный, бесшумный, работающий в широком диапазоне питающих напряжений источник тока для ГРИ с динамической индикацией можно использовать MC34063 с каналом Ipk. В качестве недостатка можно отметить что для статической индикации схема вряд ли подходит.

[crocodil]

Может наоборот, схема подходит для статики?
Как переключать анодные ключи в динамике??

[akl]

По статике. Даже если удастся преодолеть ограничения по энергетике, допустим, повышением частоты коммутации, параллельное включение индикаторов приведет к включению только одного, имеющего наименьшее пороговое напряжение зажигания.
По динамике. Желательно синхронизировать работу анодных ключей переключением оных во время прямого хода. Хотя, по мне, проще подать лог. 1 на 5 лапу, чем обеспечить запрет генерации, переключить катодный дешифратор, переключить анодный ключ, и только затем разрешить работу подачей лог. 0.

[uldemir]

А что эти осциллограммы показывают? Если жёлтая - напряжение на аноде, а синяя на коллекторе ключа, то выглядит не очень. Получается лампа светит всего 1/6 времени и не с номинальным током. Хотя линия отражённого напряжения выглядит... Хм, почему она спадает линейно?

[akl]

Да жёлтый луч - напряжение на аноде. Синий луч подключен к 3 лапе микросхемы и показывает напряжение на конденсаторе. На коллекторе ключа тоже, что и на аноде, только в 4 раза меньше.
18.09.2015
Добавил картинки. Жёлтый луч (20V/деление) - напряжение на ключе. Синий луч (10V/деление==10мА/деление) - напряжение на датчике тока в виде резистора 1кОм между катодом и общим.

nixie_mc34063_15V_Usw.jpg

nixie_mc34063_9V_Usw.jpg

nixie_mc34063_5V_Usw.jpg

[akl]

Замечу, что импульс тока через индикатор практически не зависит от напряжения питания. См. картинки выше.

[Patriot123]

Не могу разобраться, почему ИН-14 постоянно горит и не гаснет!
Все делал по этой схеме:

Спойлер

Подключил МК, для теста МК дергал ногой каждые 5 секунд на включение\выключение ИН-14. Но лампа всегда горела. Стал разбираться. MPSA92 всегда открыт. Убрал из схемы для теста MPSA42, оставил только пару резисторов и MPSA92 PNP. Коллектор к +180, База к +180 через резистор на 10кОм, Эмитер через 13кОм к лампе - там получается +140. Лампу на прямую к минусу притянул, пока без к155ид1 (с ней все тоже самое). В общем, что не так то? Почему питание на лампу всегда идет? В полном варианте схемы все тоже самое - всегда горит.

[Patriot123]

И еще вопрос: почему на всех схемах к155ид1 не подключена к +5В на 5-ю ногу? Везде только 4-е входящих и 10 выходящик пинов. У меня без +5 не хотела работать. И надо ли 12-ю ногу на землю сажать?