Discussioni di carattere generale sull'elettronica analogica e digitale. Didattica e applicazioni pratiche.
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da Alegheno52
#8162
Buongiorno a tutti! debbo pilotare un SCR (2N4443) con un generatore di impulsi ad onda quadra avente un Duty Cycle molto piccolo (1-10%) in modo da non sovraccaricare l' utilizzo finale (valvola di potenza Bobina di Tesla). Un circuito basato sul NE555 mi fornisce un intervallo di Duty Cycle grande ( 50-99% ) per cui ho realizzato un invertitore di fase con un BJT PNP (BC 327) ed un paio di resistenze limitatrici di corrente. Purtroppo questo invertitore funziona ma mi deforma l' onda quadra soprattutto in fase discendente e non va molto bene in quanto perdo la compattezza dell’ impulso. Un altro circuito basato su un generatore di onde quadre PWM (0-100% di Duty Cycle) non ha la potenza necessaria per pilotare l' SCR in questione per cui debbo utilizzare l' invertitore BJT di cui sopra ma l' onda quadra mi risulta sempre deformata. Mi è venuto in mente di usare l'NE555 come invertitore di fase: mandando il treno di onde quadre ai piedini 6 e 2 uniti assieme ( threshold e trigger) ed essendo la sua ampiezza identica ai 12 VDC di alimentazione dell’ integrato, ad ogni rampa in salita, si supererebbe e si andrebbe sotto i +2/3 ed i +1/3 necessari per innescare i due comparatori e mandare l’ uscita 3 a 0 e 1. E viceversa. In Internet non trovo alcuno schema con i piedini 6 e 2 uniti e temo ci siano delle problematiche per me inaspettate. Grato in anticipo per eventuali suggerimenti su questa idea o su strade alternative per superare il problema. Cari Saluti
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da double
#8163
idea1)
aggiungi un secondo 555 comandato dal primo e configurato come MONOSTABILE che generi impulsi POSITIVI corti quanto vuoi: il primo 555 fornisce la cadenza ed il secondo l'impulso

idea 2)
per ottenere una onda quadra con dutycicle circa 5%~95% usa DUE resistenze per la resistenza fra pin 6 e pin 7 con due diodi in serie : una resistenza comanda l'ON e l'altra l'OFF, una cosa del genere
https://www.ne555.it/generatore-onda-quadra-con-duty-cycle-da-1-a-99/
https://www.nutsvolts.com/magazine/article/555-astable-circuits
Alegheno52 ringraziano
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da GioRock
#8164
Puoi tranquillamente collegare il segnale proveniente dal pin3 del primo 555 ai pin2/6 di quello successivo per squadrare il segnale, l'ho testato personalmente e funziona bene, Io però preferisco mettere un buffer invertente con un CA3130 che ha uno SLEW RATE elevato per definire bene i fronti dell'onda quadra...

P.S. Continui a parlare di Duty Cycle, ma a che frequenza???
Alegheno52 ringraziano
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da Alegheno52
#8165
Grazie GioRock, allora la mia intuizione non era poi tanto peregrina! Le frequenze degli impulsi di onda quadra da mandare all'SCR variano da 1 a 25 Hz. Immagino che nel NE555 squadratore il Reset pin 4 vada sempre collegato a +VDC, Il Control Voltage pin 5 a massa con un 100nF e il Discharge pin 7 lasciato libero. Giusto?
Ho pensato anch'io ad Buffer Invertente con un uA 741 in mio possesso ma mi son bloccato quando ho visto che la corrente max di corto circuito è di 25 mA temendo non ce la facesse ad innescare l'SCR.
Grazie anche a te Double: idea 2). Debbo ottenere degli impulsi positivi molto brevi 1-5% (max 10%) di Duty Cycle altrimenti l'SCR mi entra in conduzione per troppo tempo surriscaldando la placca della GU81M (valvolone di potenza) sovraalimentata per ottenere delle belle scariche dalla mia Bobina di Tesla; quindi l' intervallo 5-95% non va bene.
Idea 1) interessante. Se capisco bene potrei mandare l'impulso negativo al Trigger pin 2 e regolare con la costante RC del monostabile la larghezza (tempo) dell'uscita positiva al pin 3.
Proverò prima il suggerimento di GioRock...
Grazie ancora e a buon rendere
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da double
#8166
Alegheno52 ha scritto:. [CUT]Debbo ottenere degli impulsi positivi molto brevi 1-5% (max 10%) di Duty Cycle altrimenti l'SCR mi entra in conduzione per troppo tempo surriscaldando la placca della GU81M (valvolone di potenza) sovraalimentata per ottenere delle belle scariche dalla mia Bobina di Tesla; quindi l' intervallo 5-95% non va bene.[CUT]


Sicuramente hai già messo in conto che l'SCR 2N4443 e' un SCR con una corrente di mantenimento nominale di 6mA (e 400 Volt di tensione di blocco) . Una volta innescato se la corrente del carico è maggiore di 6mA lui resta in conduzione finchè la tensione ai suoi capi (A/K) non si azzera (disconnessione del carico, mancanza di alimentazione, semionda positiva che passa per lo zero oppure somma di un impulso negativo sull'anodo che azzeri la tensione A/K).
http://www.digitroncorp.com/Documents/Datasheets/2N4441-2N4444.aspx?ext=.pdf
http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/motorola/2N4444.pdf
La necessità di avere un impulso dovvero breve vale solo se la corrente del carico è inferiore alla Holding Current di 6mA , in tal caso l'SCR si disattiva quando l'impulso cessa (lavora quasi come un mosfet di potenza). Se la corrente sul carico è maggiore di 6mA (nominali!) il carico resta sempre connesso fino alla verifica delle condizioni citate sopra e la tua placca non è contenta.
Alegheno52 ringraziano
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da Alegheno52
#8172
Sì esatto, l' alimentazione anodica della valvola, al cui catodo è collegato l' anodo dell' SCR, non è in continua ma a semionde positive a 50 Hz che si riducono a zero con la stessa frequenza disinnescando l' SCR 50 volte al secondo.
Comunque se esagero nel mandare in conduzione l' SCR aumentando la Frequenza o il Duty Cycle dei generatori di impulsi, la placca della GU81M diventa di un bel color rosso ciliegio che è come se gridasse.
Spero di non annoiare ma vorrei metterti al corrente che ho inserito nella scatola di controllo della mia Bobina di Tesla tre generatori di onde quadre.
Uno che segue lo schema riportato nel seguente link:
http://kaizerpowerelectronics.dk/wp-content/gallery/2008_11_06_-_kaizer_vttc_i/staccatosch.gif

Il secondo basato su un generatore ad un NE555 ed invertitore di fase con BJT, simile a
https://www.ebay.it/itm/NE555-Generatore-di-impulsi-onda-quadra-duty-cycle-variabile/173858630663?hash=item287ac82c07:g:qUMAAOSwgH1dfR3r

Il terzo con un PWM acquistato su Ebay munito anch'esso di invertitore di fase BJT, che funziona in questo caso da amplificatore di corrente, in quanto senza non mi innescava l' SCR.
https://www.ebay.it/itm/Generatore-di-Segnale-Pwm-Wave-frequency-Quadrato-Onda-Modulo-3-3V-30V-Durevole/184163891164?hash=item2ae105f7dc:g:~WcAAOSwsQlePmPO

Il primo mi crea degli impulsi molto netti, in sincronia con le semionde positive che vanno alla GU81M. La sincronia e gli spike nettissimi mi permettono di ottenere delle scariche in aria singole a forma di spada lunghe più di 40 cm molto belle da vedersi. Il secondo delle scariche dendritiche. Il terzo, su cui ho un controllo esatto della frequenza, degli andamenti temporali di scarica molto interessanti, che ho classificato come battimenti, visto che si manifestano a frequenze sottomultiple di 50 ovvero a 5; 10; 20 e 25.
Tutti questi circuiti prendono il nome di "Staccato" abbastanza noto nel mondo dei "Teslari" a cui credo di appartenere in questo periodo.

Purtroppo il primo a volte ha delle instabilità di segnale generato e uno scarso controllo del Duty Cycle (potenziometro da 22kOhm) che mi riprometto di esaminare in futuro. O di lasciare visto che la perfezione non è di questo mondo.

Infine i dati che hai riportato sull' SCR mi hanno fatto venire l'idea di collegare l' uscita del PWM direttamente al gate dell' SCR, senza la resistenza limitatrice da 330 Ohm che avevo inserito a suo tempo, e vedere se i 5-30 mA riportati nel datasheet sono sufficienti ad innescarlo. Immagino che l' uscita sia comunque protetta da sovracorrenti. Che ne pensi?
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da double
#8173
La resistenza sul gate la lascerei, magari abbassandola finchè' l'innesco non sia ben stabile. Non scenderei sotto i 100 ohm dato che sul gate 100 mA bastano ed avanzano. (12-0.7)/ 0.1 ~ 100 ohm

Un disegno vale piu' di cento parole: questo è quello che succede in un SCR quando l'alimentazione e' a 50 Hz raddrizzata ( e non livellata!) a doppia semionda
sscr_3.jpg


Ipotizzando che tu stia usando la doppia semionda raddrizzata i allora tre link da te postati fanno 2 cose ben diverse

1)
innesca il SCR in sincronia con la frequenza di rete praticamente all'inizio della semionda. Il primo 555 funziona da monostabile generando un impulso fra 0,2 e 4 msec, tale impulso innesca l'SCR. Il secondo 555 tiene bloccato il primo 555 per un tempo fra 10 msec e 500 msec , cioè per 1~50 semionde, quindi distanzia le scariche ma ogni scarica avviene sempre alla massima potenza (una semionda completa accesa)

2 e 3)
entrambi i circuiti generano una onda quadra a duty cicle variabile (chiamarla PWM è la stessa cosa) NON SINCRONIZZATA con la frequenza di rete. In tal modo gli inneschi avvengono con un ritardo casuale rispetto al passaggio per lo zero e ne consegue che la potenza erogata della valvola varia in modo casuale.
Se la frequenza dell'onda quadra è maggiore di 100 Hz allora la frequenza delle scariche è sempre di 100 Hz (o poco meno se l'innesco avviene vicino alla fine della semionda) perchè c'è sempre almeno un impulso di innesco all'interno di una semionda.
Se la frequenza è invece minore di 100 Hz anche la frequenza delle accensioni diventa casuale ma puo' essere periodica se le due frequenze hanno divisori comuni

Nei circuiti 2 e 3 e' importante avere sempre impulsi positivi molto stretti (duty cicle < 5-10%): la potenza erogata dalla valvola è indipendente dalla larghezza dell'impulso di innesco perchè dipende solo dal ritardo fra il passaggio per lo zero della semionda di rete e l'arrivo dell'impulso.

a) Se c'è il sincronismo con la rete per diminuire in modo controllato (invece che casuale) la potenza della valvola serve rendere variabile e controllato il RITARDO di innesco dell'SCR. Serve un ulteriore 555 monostabile che venga innescato da D1/Q1/Q2 e che attivi il primo 555 dello schema (quello che genera l'impulso di innesco) con un ritardo fra 0.5 e 9.5 msec . L'altro 555 continua a generare il ritardo fra le scariche come prima.

b) Se invece gli impulsi non sono sincronizzati con la rete serve qualche altro meccanismo per rendere controllabile la potenza della valvola, di certo puoi dimezzare la potenza MEDIA dissipata usando sola una semionda (un diodo) invece di due (quattro diodi) .
Bios ringraziano
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da Alegheno52
#8177
Mi fa un grande piacere avere delle spiegazioni dettagliate di funzionamenti che avevo solo intuito o vagamente immaginato.

Sperando sempre di non annoiare e non sapendo come inviare il mio schema FidoCad in questo forum, posto un link di una Bobina di Tesla con delle differenze (una GU81M invece di due 811A ecc.) rispetto alla mia ma con sostanziali somiglianze ed identicità di principio:
http://kaizerpowerelectronics.dk/wp-content/gallery/2008_11_06_-_kaizer_vttc_i/kaizervttcisch.gif

Per chi fosse interessato all'intero articolo di questo autore, uno di quelli che consultai a suo tempo, il link:
http://kaizerpowerelectronics.dk/tesla-coils/kaizer-vttc-i/

Ritornando a noi:
Tuo punto 1) Finalmente comprendo meglio le funzioni dei due NE 555.
Come accennavo, quando parlavo di instabilità, non capisco perchè R8, il potenziometro del "Duty Cycle", non operi con continuità tra le due tempistiche 0,2 - 4 msec da te indicate ma mi faccia scattare, ad un certo punto (variabile) dell' escursione, la larghezza dello spike ottenuto da un'estremo all' altro. La cosa strana è che le scariche a forma di "spada" lineare si ottengono solo con gli spike stretti. Appena questi si allargano un pò cominciano le scariche più dendritiche.
Tornando allo schema della Bobina, il circuito duplicatore di tensione alimenta la GU81M con un' alternata ( calcolati 3kV ) per cui la valvola può funzionare solo in semionda positiva il che accade 50 volte al secondo con intervallo temporale di 10 msec seguito da un intervallo temporale a zero sempre di 10 msc. Ora se si innesca l' SCR con uno spike di 0,2 oppure 4 msec purchè ad inizio semionda positiva non capisco perchè vari il risultato della scarica: l' SCR è on per tutta la restante semionda...

Tuo punto 2 e 3) le frequenze dell' onda quadra che applico non superano mai i 25-30 Hz per l'effetto ottico di continuità apparente delle scariche che si percepirebbe a frequenze superiori. I range di frequenza più spettacolari dal punto di vista audiovisivo vanno da 1 a 15 Hz. Non essendo la generazione delle onde quadre sincronizzata con le semionde della valvola di potenza, come anche tu sottolineavi, si generano delle frequenze piuttosto ampie di funzionamento anch'esse spettacolari ( battimenti ).
Stavo anche pensando che potrebbe non servire (anche se probabilmente ci proverò) squadrare le onde quadre ottenute con gli invertitori di fase BJT: ad esempio a 10 Hz e 1% di Duty Cycle avrò degli impulsi positivi di 1 msec; è vero che potranno capitare dove gli pare rispetto alle semionde di anodica della valvola ma durando solo un decimo di esse non dovrebbe contare molto se hanno la "spalla di discesa morbida".

Tuo punto a) Interessante. In teoria se lo spike fosse generato con un ritardo di 1-4 msec da inizio onda potrei mandare in conduzione l' SCR (ovvero la valvola) poco prima del picco a 5 msec generando così la scarica più lunga possibile minimizzando la potenza dissipata. L' ideale sarebbe tagliare anche la coda ma non credo che sia fattibile...

P.S.: Riguardo al collegare il generatore PWM (3) direttamente al gate dell' SCR tu suggerisci:
"La resistenza sul gate la lascerei, magari abbassandola finchè' l'innesco non sia ben stabile. Non scenderei sotto i 100 ohm dato che sul gate 100 mA bastano ed avanzano. (12-0.7)/ 0.1 ~ 100 ohm"
Purtroppo questo generatore ha un'uscita dichiarata con corrente di 5-30 mA (sic!) ben differente dall' NE555. Per questo pensavo di collegarlo direttamente sperando in una protezione interna corto circuiti.

P.P.S.: Non mi dispiacerebbe condividere un paio di video con scariche lineari e dendritiche, ma non so come si possa fare in un forum come questo.

P.P.P.S.: Bello ragionare di Onde Quadre e Bobine di Tesla rifugiati a casa mentre fuori imperversa il Coronavirus!
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da double
#8185
Alegheno52 ha scritto: [CUT] L' ideale sarebbe tagliare anche la coda ma non credo che sia fattibile [CUT]

E' possibile spegnere un scr innescato, ci sono vari metodi ben noti.
https://www.electronicshub.org/scr-turn-off-methods/
Il più semplice è usare un SCR ausilario ed un condensatore
A_SOFF4.jpg

Secondo il gran manuale degli SCR, edito dal gruppo Jackson, la corrente nell'SCR ausiliario deve essere circa 1/10 di quella dell'SCR principale,

Tuttavia nel tuo caso l'SCR ausiliario sarebbe collegato alla tensione di un paio di KV e questo è un problema. Spesso si usa una tensione ausiliaria piu' bassa tipo questo altro circuito meno semplice da pilotare
A_SOFF6.jpg
A_SOFF6.jpg (10.11 KiB) Visto 640 volte


SI potrebbe sostitire il SCR con un MOSFET di potenza, si guadagna in flessibilità (ON/OFF della valvola gestibile a piacere) ma si perde molto in sicurezza . Con l'SCR la valvola si spegne sempre da sola ogni decimo di secondo e non c'e' pericolo di mandarla arrosto se il msofet resta ON troppo a lungo senza una qualche sicurezza
Forse mettendo in serie SCR e MOSFET, chissà... c'è da divertirsi!

ps. il gran manuale degli SCR si trova ancora essendo vetusto ma sempre attuale!
Alegheno52, Bios ringraziano
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