Берегите себя

Берегите себя

6 сент. 2016 г.

Сага о ультразвуковой ванне 22л УЗВ-22 - новые ключи и драйвер.



Ультразвуковая ванна 22 литра, узв-22, производство какой-то полуоборонки, полукооператива "привет, 90е". Сапфир. Полкиловатта "дури". Затяжной ремонт.
Ба-бах!



День 1. Оценка масштабов бедствия
Большой железный ящик, на морде мозги, кнопки и индикаторы, в поддоне силовая электроника - генератор импульсов и выходной мощный каскад.
Они поставили внутри на слив Поливочный! Армированный шланг! На химию! На температуру! Герои!
Естественно он объелся виагры и задубел, от возбуждения сразу потек. Электроника такого охлаждения не оценила.
Две платы, стоят в нижней точке ящика. Одинаковые. Они дают переменное высокое напряжение частотой 35 кГц на пъезоизлучатели (померили, именно пьезо!).
На одной бадабум, аларм и пожар — взорваны кондеры пленочные на 250 вольт.
Плата хорошего не китайского качества, но схема даже на первый взгляд странновата.
Стандартный "пакет": TL494- драйвер IR2101 — два 600-вольтовых igbt ключа "разбавлена" какой-то требухой. Мультивибратор ! на двух транзисторах КТ315 ! Четыре! Подстроечника, какая-то дрянь в цепи ОС из диодов лепнина, явно перенапряженные резисторы МЛТ-2 в паре на первичной обмотке. И шоу! Транс с ферритовым сердечником и прокладками аж в миллиметр. Сечение такое, что тут не 500 ватт тащить можно, а киловатт с запасом. А прокладки такие могучие нафига? Провода тоже с запасом, добрые. А плат две, то есть, тут прокачивалось всего 250 Вт. Ладно.
Чтоб не мучать себя и свой мозг, пишу запрос:
-Дайте схему
Приходит ответ!
- схему не даем, платы не чиним, меняем только на аналогичные. Телефон…
Звоню.
-Продайте плату, лень ковыряться
-не продаем, э, привозите ванну на завод, тут каждая плата настраивается индивидуально.
Черт возьми! Жадные куркули. За копейку удавятся.
Саша реинжинирил схему, перевел ее в понятный вид. (Хороший он мужик, инженер от бога, но мировоззрение у нас полярное).







Почти типовой полумост, но нельзя же взять и просто слепить полумост! Мультивибратор уже стал местным мемом. Ну зачем модулировать какой-то 400-герцовой пилой хороший, годный тактовик тл-ки?
Частота 31 кГц. Мертвое время 10 uS. Прокладки в сердечнике — мера по снижению энергетики в трансформаторе, иначе транзисторы будут улетать на луну каждые полчаса. В полумосте им не место, магнитопровод не насыщается, это не флайбек!
Кондеры бахнули, потому что на них пришло слишком много вольтей. Транзисторы на выходе пробиты, но у нас есть еще более могучие! Мы же инженеры. Вроде все складывается. Меняем и больше ничего не трогаем. Но тут у танка "внезапно отвалилась башня".
У "родных" IGBT (даташит IRG4PC30UD) емкость затвора (была) 900 пик. У могучих IGBT (даташит APT75GP120B2) 7600 пик.
Этот недодрайвер тянет 230 мА, что явно мало. Получается вилка: у нас нет чахлых транзюков под имеющийся драйвер, но нет и драйвера под нормальные детали. Потому что полумост и нужен развязанный high side driver а еще лучше dual, как и стоял, с хорошими временными и токовыми характеристиками.
Полно лоусайдов всяких, даже опторазвязанных. Верхних нет! 
День 2. Исправление и восстановление

Разрываясь между основными делами и ванной, Собрал я драйвер трансформаторный.


Схема однотактного драйвера получилась избыточной, но технологичной в изготовлении и с очень хорошими характеристиками. TL494 управляет двухканальным драйвером low side IXD604 (который сам по себе могуч, 4А/канал). Тот в свою очередь рулит парой независимых мосфетов. Можно было обойтись без них — лучшая деталь та, которой нет! — но припаивать драйвер к массивному полигону (он с пузиком), чтобы отводить тепло, очень не хотелось. Поэтому добавились ключи. Можно было вообще без лепнины с драйвером и мосфетами, а тупо сделать закрывашку на p-n-p, но нафиг.
На мосфетах — два отдельных трансформатора импульсных, с коээфициентом 1,2. Будучи нагруженные на резистивную нагрузку 100 Ом они дают прекрасные импульсы на затворы IGBT, амплитуда этих импульсов на затворах ограничена до 18,7 В двумя встречными стабилитронами. В железе все работает как по учебнику. Максимум напряжения даже с этими емкими затворами в 7 нан достигается через 500 нс, ярко выражена отрицательная закрывающая составляющая. Хоть сварочник лепи, навстречу транзюки не откроются.
Заменил и 250-вольтовые конденсаторы на 400-вольтовые. Стянул трансы полиамидкой. Завтра пуск!

День 3

Сегодня, в действующее полнолуние, я запустил-таки это разбитое корыто. Сначала оно не запустилось вообще. Не бегают электроны, не открываются транзисторы, ничего не происходит. Просто Предохранители на плате были сработавшие.
Потом я позабыл, что один из сетевых проводов это и есть общий провод и дважды вырубил УЗО в офисе. Первый раз осциллографом, второй раз буквально руками. Было больно, немного потряхивало, но больше обидно — ну как же так!
Пришлось менять концепию пусконаладочных работ. Взяв вторую плату я включил ее, через 40-ваттную лампу и поммотрел, как оно вообще работает.
Потом пришлось притащить большой сундучило — источник питания на 200 Вольт независимый ни от чего.
Включаю отдельно управление — глядь на ток потребления и охреневаю, боже мой! Драйвер не работает! 25 мА вместо 150, а это говорит что работает только генератор импульсов. Тыкался тыкался, все равно не работает. Дошел до стадии прозвонки монтажа, и вот он, косячило! Косячилище!
Я не туда прилепил слаботочную землю! Ставлю ее на положенное место, оп, появились 86 мА. Один канал проснулся. Тыкался тыкался и понимаю, что землю я прицепил совсем не туда, а вовсе даже в высокое и предоконечный драйвер все.
Анекдот: умирает Моисей Амбрамович, вдали от дома. И родственники не знают как сообщить домой что Моисей Свет Абрамович на 76 году жизни, долго мучившись все-таки на исходе сентября скончался, чем вызвал жалость и слезы всех, кто его знал. Такая телеграмма выйдет дорого. Пишут: "Моня всё тчк" Приходит ответ: "Ой".
Так вот, мой "Моня" ixdd604 тоже все. Заменил его и появились и 150 мА, и импульсы.
Позвали цыган с медведями, начали праздновать
Заменил сгоревшее и запустил. Кондеры пришлось набирать пачками.

.
День 4
После долгого изучения всяких сайтов и схемных решений, принятия факта отсутствия оптики я нашел клад!
вот здесь


Трансформаторный драйвер силовых ключей с отрицательным смещением на затворе управляемого транзистора 

Это многим известный драйвер с трансформатором гальванической развязки "от Мультика". Естественно я его немедля и применил вместо той схемы что выше, все что после трансформаторов обновил радикально.
Прикидываю компоновку


День 5


Схема приняла почти окончательный вид.

На одну неделю пришлось забросить изыскательские работы по ванне. Коллега ушел в отпуск, бросив свою работу на мои хрупкие, неподготовленные плечи. Но к выходным он вернулся и проблема с отсутствием моечной установки встала в полный рост. Еще в эти длинные выходные руки до ванны не дошли.
Оставалось отстроить режим одного, больного канала и поставить защиту от музыки БАХа. Которая была в первозданном виде вообще никакой.
В NiMH-аккумуляторах нашелся необходимый элемент, разрывной термопредохранитель. Их у нас в конторе овер 9000 шт. Резистор R42 надежно подтягивает вход Enable драйвера к земле, небольшой ток через этот резистор, 15 мА, не мешает никому. Термопредохранитель, нагревшись, размыкается, работа драйвера запрещается низким уровнем на входах EnA и EnB, а ключи VT3.1 и VT4.1 надежно закрыты. Температура отслеживается на резисторе 0,4 Ом, который стоит в разрыве общего провода по "силе". Если ванна выходит из режима, этот шунт моментально раскаляется. По падению напряжения на нем я отстраивал мощность на выходе. В нормальном режиме напряжение на нем 0,15В, в плохом до 0,9В и он буквально растекается.
Кстати говоря, отстраивается механизм двумя регулировками: по частоте ловим резонанс (но смотрим милливольтметром, чтобы резистор-шунт не стек от усердия), а "мертвым временем" выравниваем выходную синусоиду и добиваемся устойчивости работы и пуска. Золотая середина — 0,16В на шунте, а можно и 0,2 поставить, но ощущение, что сейчас случится нечто непоправимое.
Знал бы прикуп, жил бы в Сочи — говорили мудрые. Собрал, работает.
Полез греть термозащиту паяльником. <хренакс>, не работает. IXDD604 ушла в атсрал и стала генератором импульсов! Оба на! Потом выяснилось, что это все-таки была самая удачная схема а вынесло ее потому что у меня по столу гуляют какие-то наводки и похоже разные приборы подключены к разным землям и потенциал, наведенный паяльником, убил драйвер!
Я тогда всего не знал и всю среду <перекраивал> схему с IXDD604 (даташит) на еще более крепкие драйверы MIC4452 (даташит). Они не кузявые совсем. Входа запрета нет, только один канал в одном корпусе, а не два. Дурацкая топология. А терморазрывной предохранитель наитупейшим образом врезал на питание VCC +15В. Ибо просто оторвать питание MIC4452 не помогает, они замечательно тырят электричество через свои выходные мосфеты!
Эх, знал бы прикуп, жил бы в Сочи — говорили мудрые. Собрал, работает.
Даже чуть-чуть стали лучше фронты на затворах. Как-то IGBT решительнее включаются.
Быстро, без лирик воткнул всю требуху в корпус ванны. Настройки больше не трогал. Терроризировал ее. Включал-выключал. Включал нагрев. Выключал. Коллеги от жужжания жаловались на зубную боль и приступы простатита. Фольгу разбивает в винегрет, на поверхности маленькие фонтанчики, моща так и прет.
И что вы думаете. Оттаскиваем испытанную, закрытую на все винты подопечную, МАрьВанну на место несения службы, в подсобное помещение. Ставим, заливаем 20+ литров моющего реагента. Радость конструктора то есть меня, прет через штаны. Победил!
Втыкаем в розетку. Ставим таймер на 30 минут. Электронный мозг дает ток на излучатели.
Бдыщ.
Табло гаснет. Ванна не работает.
Финита ля комедия. Слив реагента, мат, непонимание, несем обратно. Работала же!
Теперь выбило предохранитель в цепи управления, там где мозг включает ультразвук. Всего в недрах ванны пять предохранителей. И ко всем нет доступа без разбора девайса. Факен руссиш инжинирен!
Теперь я снова выкрутился, надолго ли?
Поменял предохранитель. А чтобы как бы чего не вышло, нашел в закромах NTC-терморезистор 6,8 Ом от старого БП. Он, паразит, слишком маленький, 8 мм, и ток ему показан до 3А. Врезал его в фазный провод по ультразвуку. Если и будут броски пускового тока, он их сгладит.
Знал бы прикуп, жил бы в Сочи — говорили мудрые. Собрал, работает.


Подключить провода и вперед!


Наблюдения коллеги по несчастью.
Я Вас приветствую!
Во-первых, хочу извинится за глубокий некропостинг, так как самого припекла та же проблема.
Возможно это уже не актуально, и гидроцефалы (Я смотрю народная любовь к Сапфиру просто фонтанирует! - прим. Сергей Кулагин) из сапфира уже сделали свою работу за малую мзду… и глубоко сочувствую, что схему Вы так и не нашли.

(разве? - прим. Сергей Кулагин). Силовые транзисторы к драйверу IR2101 подходят следующие: IRG4PC30UD; IRG4PC50UD
Мультивибратор, конечно портит "красивую картинку" меандра, но это вынужденное решение, так как нет одинаковых пьезокерамических элементов, резонанс которых может отличаться от друг-друга в килогерц, поэтому чтобы сделать некое подобие девиации, для эффективной работы всех излучателей в составе группы генератора был внедрён этот костыль.
Про то, что можно было бы прокачать киловатт на этих лементах…
Увы и ах, на емкостной нагрузке, чем и являются пьезокерамические преобразователи, емнип, в резонансе обратные токи в восемь раз больше прямого, поэтому несмотря на огромный запас в магнитопроводе, обмотки трансформатора выбраны с малым сечением, чтобы вписаться в габарит.
Такое решение приводит к перегреву ВЧ трансформатора, особенно на вторичной обмотке, как следствие, обратный ток "уходит в небо". Последствия, перегрев диодного моста на 220В и МОПов, что в совокупности приводит к такому низкому КПД. Боюсь что 250 Ваших ватт, это оптимистично, 180-190 будет хорошим результатом в таком исполнении.
В принципе сама схема не так уж и плоха, на ней вполне можно вытянуть 600Вт на практике и (пока) в теории 900Вт без значительных переделок.

8 комментариев:

  1. Спасибо большое за статью.
    конструирую схему для УЗ ванны 30 литров 300 Вт. с огромным интересом прочитал Ваш труд.

    ОтветитьУдалить
  2. УЗВ-4,0 Сапфир.
    Трансформатор Т2: I - 31 виток, II - 70 витков. Намотка многожильным проводом диам. 1,1 мм с оплеткой, на МГТФ не похож - оплетка вся спеклась на обмотке II. I обмотка намотана на нижней (от пайки) половине каркаса, II обмотка на верхней. Сторона с 3 ножками - конец I, начало I, начало II; другая сторона - конец II, пустой.
    По деталям отличие от приведенной схемы:
    С20-23 - 0,5 mF;
    VT3,4 - G4PC20 UD;
    R25/27 и R26/28 - МЛТ-2 по 120 Ом по 1 шт.;
    FU1,2 - 2A.
    Плата одна, управляет 3-мя излучателями. Общая емкость излучателей ок. 15,0 nF.
    Спасибо за статью и особенно схему!

    ОтветитьУдалить
  3. Спасибо за статью, А ЗА схему ВЕЛЬКI ДЯКУЙ!

    ОтветитьУдалить
  4. Спасибо за статью и особенно схему!

    ОтветитьУдалить
  5. Пришло это говно в ремонт. Провода все одного цвета, конечно и МГТФ не пожалели. Никаких разъёмов только хардкор - на винтовых клеммах!. В общем я понял что не смогу открутить ручки от переменных резисторов (которые сами прокручиваются с трудом только плоскогубцами) и решил всё это дело вернуть клиенту с пожеланием поскорей выкинуть в мусор.

    ОтветитьУдалить
  6. Можно увидеть сигналы на GDT? У меня при точно таких параметрах при питании +15V по первичкам до 120вольт с последующими звонами, на вторичке неподключенной около того. нагрузка в виде последовательной RC-цепочки картины не особо меняет. Схема точно правильная??

    ОтветитьУдалить
  7. В общем здесь неправильно реализована схема управления GDT. Необходимо добавить P-канальный мосфет чтобы реализовать комплементарный выходной каскад, подключить на выход этой сборки через конденсатор ~2мкФ один конец первички GDT.
    Тогда всё работает отлично.
    Естественно не забываем о правильном расчёте GDT под свои кольца. Информация есть в калькулятории у BSVI https://tqfp.org/calculatoria/gdt/ (для РФ с "некоторых пор" стало недоступно, однако через VPN всё работает).

    ОтветитьУдалить
  8. Коллеги! Схемы данной темы не высвечиваются.
    Как можно их найти .
    Я ремонтил похожую ванную с 4 платами и 16 пьезоэлемента и которые отклеивались со дна ванной и замыкали платы раскачки.

    ОтветитьУдалить