Выходной каскад нагревателя для ТЭНа

Пройден долгий путь с удачами и ошибками. Многое обсуждалось, часть - осуждалась . При регулировке мощности наиболее распространены фазовая регуляция мощности посредством мощного диммера или пропуск нужного количества полупериодов в нагреватель (типа Брезенхем). И у того и у другого метода есть преимущества и недостатки. Пытался регулировать мощность мосфетом, установленным в диагональ мощного диодного моста. Но и мост получался гиганмским (диоды В50 немаленькие) и так и не смог почему-то побороть высокочастотные наводки, от которых Ардуина сходила с ума. В конце концов пришел к довольно простому (известному в мире) решению регулируемой подачи энергии в ТЭН - ШИМ на встречно-последовательном включении мосфетов. В качестве "мозгов" в моем случае выступает Ардуино. Аналогичную задачу можно возложить и на другие процессоры (кому что больше нравится). Приведенная во вложении схема подает в ТЭН мощность, линейно зависящую от скважности ШИМ от 0 до 100%, что сильно упрощает расчеты и программирование (особенно, если имеется цель не только регуляции, но и стабилизации подаваемой мощности). Схема реализована "в железе", при испытаниях легко разгоняла 4500 вт (больше не пробовал - нет более мощного нагревателя). При этом транзисторы едва теплые. Правда, они посажены на процессорный радиатор с кулером. +/- 18 вольт - это отдельный источник питания, гальванически не связанный с микропроцессором. В моем случае - рассчитанный на 2А. Частота ШИМ - примерно 4КГц, писка не слышно (совсем), ни один из бытовых электроприборов признаков страдания не проявил. Так что, если кто-то заинтересуется выходным каскадом нагревателя - проверено, работает.[img]

+/- 18 вольт - это отдельный источник питания, гальванически не связанный с микропроцессором.Sonologist, 01 Дек. 24, 21:54

А общий провод этого источника куда подключать?
Или там просто питание 18 вольт?

"Земля" процессора с "общим проводом" каскада (-18v) НЕ СОЕДИНЕНА!!! Связь между процессором и драйвером гальванически развязана, обеспечивается оптроном драйвера HCPL3120. Источник питания каскада (отдельный) минусом на истоки транзисторов, плюс его питания (+18v) - на 8 ногу драйвера.

Ага, ясно.
И ещё вопрос.
Точно HCPL3210?
Может 3120?
А то я что-то 3210 никак не найду.

А мне нравится. IRFP460 транзисторы не самые дешёвые, конечно, но хорошие. Зависимость нагрева от выходной мощности сильная? Радиатор один, или для каждого транзистора свой?

как по мне так оверинжениринг, бессмысленный и беспощадный. Бонусов не просматривается. Ну разве что "я смог это сделать!" )))
4,5 кВт - не ошибка? Так то это примерно 20А, на которые типовая домашняя проводка и розетки не очень рассчитаны

и так и не смог почему-то побороть высокочастотные наводки, от которых Ардуина сходила с ума...пришел к ... ШИМ на встречно-последовательном включении мосфетовSonologist, 01 Дек. 24, 21:54

Помехи создают фронты/спады импульсов. Один и тот же мосфет в диагонали диодного моста и во встречно-последовательном ключе даст крутизну фронтов одного порядка, т.е. на помехи изменение схемы силовой части ключа не повлияет никак. Если помехи и снизились, то скорее из-за опторазвязки.
Если уж сравнивать с тиристором - при фазовом регулировании тиристором имеем один фронт на полупериод, 100 импульсов в секунду
При ШИМ 4 кГц мосфетами имеем за секунду 4000 фронтов и 4000 спадов.
В каком варианте помех будет меньше - вопрос риторический

Приведенная во вложении схема подает в ТЭН мощность, линейно зависящую от скважности ШИМ от 0 до 100%, что сильно упрощает расчеты и программированиеSonologist, 01 Дек. 24, 21:54

Стабилизировать сложнее. Полноценная стабилизация получается только с измерением подаваемого на ТЭН и петлей обратной связи. Измерить ШИМированую 4 кГц переменку можно, но НАМНОГО сложнее чем замерить полные полупериоды брезенхема или огрызки фазовой регулировки, с чем даже атмеговский убогий АЦП справляется

Точно HCPL3210?kvic, 02 Дек. 24, 19:41

Да описался, конечно:). 3120, естественно. Извини, друг.

Добавлено через 3мин.:

IRFP460 транзисторы не самые дешёвые, конечно, но хорошие. Зависимость нагрева от выходной мощности сильная? Радиатор один, или для каждого транзистора свой?Весельчак Ы, 02 Дек. 24, 20:07

Они надежные как топор. Можно использовать один радиатор, но это морока с изоляцией мосфетов. Я поступил так: распилил радиатор на две части и соединил их через прокладку из стеклотекстолита. И вернул эту "котлету" на место. Это оказалось проще, нежели возиться со слюдой и т.д. Да и эффективность теплоотбора лучше.

Добавлено через 28мин.:

Владимир (Volum), спасибо за комментарии!
1. 4500вт - не ошибка: у меня трехсекционный ТЭН 3х1500вт. Этого достаточно для всех моих задач. Проводка на даче была изначально заточена на 30А. Так что, держит:)
2. Насчет помех - все ты правильно сказал. Но парадокс в моем случае! Когда я пытался регулировать мощность мосфетом в диагонали диодного моста, помехи шли в "промышленных объемах", Ардуина сходила с ума. Тут (вроде бы, аналогичная ситуация) - ан нет, все работает нормально. Специально проверил на той же плате микроконтроллера старый девайс - та же история - все уходит в непонятки. А при встречно-последовательных мосфетах работает штатно. Как писал: и Ардукина не глючит, и телевизор работает нормально (специально припёр его в подвал поближе к устройству и запитал от той же розетки). Честно сказать, ни желания ни времени разобраться с парадоксом нет, но факт остается фактом. Кстати, в устройстве с мостом тоже была опторазвязка...
3. Когда речь идет о стабилизации мощности в условиях фазовой регулировки, то я сразу столкнулся с двумя нежелательными вещами.
А). Фазовая регуляция связана с синусом, каждый раз его считать влом.
Б). Встает проблема определения момента зеро-кросс. Тут требуется экспериментально его определить, вводить переменные в таймер, учитывать температурные девиации, опять связываться с синусами... Брр...
В). Раз предложенная в топике система обеспечивает линейность мощности от скважности, то многое упрощается. Самое простое - определять с некоторой частотой RMS напряжения и пересчитывать его изменения в мощность (пардон, просто возводить разницу в квадрат). Можно контролировать процесс через датчик давления. Да много разных путей. Однако, есть одно соображение. Тепловая инерционность 25 литров жидкости (на мой взгляд) настолько велика, что колебания напряжения в сети (если они не зашкаливающие, чего у меня нет) мало влияют на процесс ректификации. Или не влияют вовсе. Если, конечно, не впадать в махровый перфекционизм. Так что, меня прельстила именно линейность системы управления. Дальше посмотрим. Если сочту нужным, сделаю обратную связь, скорее всего, через датчик давления. Но это тоже несложно: та же Ардуина выполнит эту задачу без усилий.

Sonologist, Михаил, главное достоинство предлагаемой схемы регулирующего элемента не линейность, она и у брезенхема отличная. Основной бонус ШИМ мосфетами в быстродействие. Которое, например,позволяет корректировать исходную корявую сеть (сильно отличающуюся от синуса в наше время, с массой импульсных БП), в синус, корректируя ее "на лету". Для этого обычно и применяется, там где нужна хорошая синусная сеть.
Применительно к ректу, как сам же правильно говоришь, в этом нет никакой необходимости из-за огромной инерционности.
Поэтому - оверинжениринг
Что касается "упрощения расчетов" - так ведь с петлей обратной связи не надо ничего считать, ОС автоматически компенсирует ошибку. По граблям с попытками обсчета регулирующей функции фазорезки и применением ее для стабилизации многократно топтались (к примеру, см. [сообщение #12647191]), в итоге пришли к логичному выводу - а)реальная сеть совсем не синус, б)с ОС это нафиг не надо

а)реальная сеть совсем не синус, б)с ОС это нафиг не надоVolume, 03 Дек. 24, 07:28

Да все правильно:). ТЭНу абсолютно пофиг форма поступающего напряжения: хоть постоянка, хоть какая-нить экспонента, хоть еще чорт знает что. А форма обратной связи - кому что нравится - тут простор для хотелок и возможностей их реализации огромный. Хотя еще раз подчеркну: по моему мнению (ИМХО!) стабилизация подачи мощности - вещь малонужная. Впрочем, гиганты могут меня в этом опровергнуть. А всю ветку, что по ссылке - я уж давно прочитал. Только из меня математик как из козьей жопы тромбон. Увидал там эту формулу:

и плохо мне стало. Кроме того, перепробовал кучу схем зеро-кроссов (это же "печка", от которой фазорез танцует) - тоже ничего идеального не нашел. То есть, большинство из них работает, но:
1. Опережение или отставание от истинного нуля надо определять в реале: теоретически расчеты далеко не всегда соответствуют практике.
2. Опережение или отставание от истинного нуля довольно лихо плавает в зависимости от условий, например, температуры.
Поэтому и пошли поиски чего-то линейного и от "расположения звезд" не зависящего. Очень много мне в этом помог Zapal (очередное искреннее ему спасибо!).

по моему мнению (ИМХО!) стабилизация подачи мощности - вещь малонужнаяSonologist, 03 Дек. 24, 09:43

с логикой как-то не очень. Зачем схему регулятора выложил? Вкл-выкл делает обычное реле, без мосфетов.
Или это заявка на флуд "нужна/не нужна стабилизация?"

с логикой как-то не очень.Volume, 03 Дек. 24, 09:56

Здрассьте! А где я утверждал, что в топике представлена схема стабилизации? Это же выходной каскад регулятора. И всё, не более того. А как им управлять - со стабилизацией или без - разговора не было. Это все сидит до клеммы пина ШИМ и исполняется в зависимости от собственных хотелок.

Добавлено через 1мин.:

Вкл-выкл делает обычное реле, без мосфетов.Volume, 03 Дек. 24, 09:56

Ой, нет. При токах 20А реле...

Ой, нет. При токах 20А релеSonologist, 03 Дек. 24, 10:14

гы гы гы 20 ампер, то же нашли токи так для малолетних

Как то для меня не очевидно что это решение будет меньше гадить чем фазовый регулятор, да и его спектр заметно расширится сместившись в более высокочастотную область. Борьба с помехами что от этой схемы , что от фазового регулирования одинакова - дроссель перед нагрузкой после регулирующего элемента ну и снаберы, варисторы. Всё это описано в апликухе. Ну и общепринятые сетевые фильтры (синфазные и противофазные) не только на силовых цепях но и на питании сигнальных цепей обязательны. У меня тоже тэн 4,5 кВт и никаких помех с фазовым регулятором.
И что бы не было холивара что эта схема не гадит - просто разложите в ряды Фурье прямоугольник 100 гц, и 4 кгц, хотяб до пятой гармоники

Спасибо за комментарии! За пдэф спасибо, попробую разобраться, но мне будет трудно - совсем не моя область, увы. Когда я регулировал мощность "фазогрызом" на симисторе - тоже никаких очевидных наводок приемником и телевизором не ощущалось (специально телевизор использовался старый, с кинескопом). Но там (у меня, неграмотного) были проблемы (хотелось регуляцию попрецизионнее): точное определение перехода через ноль, пересчет времени открытия через синусы... Что касается рядов Фурье, то я про это только слышал:). Опять же, повторюсь: когда я ваял регулятор на мосфете в диагонали моста - наводок было столько, что ардуина затыкалась. В данном случае - все отрабатывается штатно, и приемник с телевизором не жалуются. Понимаю, что такого контроля недостаточно, но что есть... То есть, схема, разумеется, гадит, но негативного влияния (по крайней мере, на ардуину) не отмечено. Мостовая старая схема все еще валялась, соединил ее в качестве эксперимента с той же Ардуиной, что работает в описанном регуляторе - тут же начались старые пляски с бубнами. Причину разницы в поведении я, как абсолютно не профи, выяснить не смог, но, видимо, она есть. Только вот глубоко погружаться в не свойственную мне область, увы, нет времени. А если честно, то и желания ("не мешай машине работать").

Почитай статейку о помехах, там основное описано, и если выполнить все этапы - поверь помех не будет совсем.

4,5 кВт и никаких помех с фазовым регуляторомqwest_ans, 08 Дек. 24, 06:30

А куда они деваются ?!

Их поглощают дроссели, снаберы, варисторы. почитайте всёж статейку о помехах там для начинающих много полезного.

Снабберы и варисторы не защищают от помех.

С точки зрения лингвиста да.
Подумав. Но это не точно.

А как должны проявлять себя вот эти помехи? И какие бытовые приборы они убьют? Это я вот к чему: несколько лет нещадно эксплуатировал "фазорез" на симисторе (он же создает помехи!). Потом перешел на алгоритм Брезенхема, причем, "моська" без зерокросса. Значит, симистор врубался в любом месте синусоиды. Те же помехи. При этом ни один из бытовых приборов не скончался, приемник и телевизор как пахали, так и пашут. Сеть по нагрузке 4500 вт держит (слава Богу!) без мерцаний. Последний девайс - тоже при нем ничего не мерцает, всё в доме не жалуется. Подскажите, чего мне стоит бояться?