SineWave Dimmer zelf maken: oplossingen naderen...

ok, ben weeral wat wijzer. Het uitgangsfilter welk ik gemaakt heb bestaat uit 2 kleine spoeltjes (niet symmetrisch) en 2 2X-condensatoren. Hij filtert de 78,125kHz perfekt weg. Er is zelfs niets meer van te zien op de scoop, zelfs niet op de kleinste tijds of spanningsinstelling. Mooi dus. De ADUM1230 MOET magnetisch worden afgeschermd en zo ver mogelijk van het uitgangs filter geplaatst worden, omdat de ADUM1230 met een soort "magnetische" koppeling werkt, en dus verstoord word door de hoogfrequente pulsen van het filter. Zonder dit ging bij belasting (of stroom door je filter) de driver (dat ADUM1230 geval) over zijn nek en spouwde rotzooi naar de gates van de FET's uit, waardoor deze teveel in lineair gebied werkten en dus flink heet werden. Een stukje aluminium tape rond de driver loste dit al op bij m'n proefmodel. Verder moet er nog een buffertrapje geplaatst worden. Er worden 4 N-channel FET's gebruikt, waarvan 2 voor de toevoer (Buck-trap) en 2 om de uitgang te kortsluiten (boost-trap) Telkens 2 stuks voor de stroom in beide richtingen te kunnen verwerken. De gate's hangen met 2 aan elkaar, welk de gate-capaciteit naar zo'n 2x1500 pF brengt. (factortje 15 teveel) De driver is geschikt voor 200pF, dus ik hoop dat dat buffertrapje veel gaat afdoen. Op de scoop las ik een uitschakeltijd van 400ns af, dus te lang in lineair gebied!
Het leuke is, door dit soort Buck-Boost combinatie te gebruiken worden zelfs de eventuele faseverschuivingen naar het net doorgesluisd!! Mooi toch? Er is alleen nog heel veel werk aan om alles op punt te krijgen, maar ik het vertrouwen in een heel goed resultaat. Miss post ik vroeg of laat eens een schema. Als controller is een PIC16F690 gebruikt, welke een ingebouwde "dead-time" heeft en geconfigureerd is als half-bridge.

Is er toevallig een FET-specialist in de buurt? Raar probleem. Als ik de eindtrap volledig uitstuur (100%) dan blijven de FET's koel, net zoals bij geen uitsturing. Maar ga ik dimmen dan worden ze heet. Voor de duidelijkheid heb ik een voorlopig schema gepost. Ik kan de gate-spanningen op de scoop zichtbaar maken. In en uitschakeltijd is nu 200ns, en de deadtime staat op 400ns, dat zou vlot tijd genoeg moeten zijn om geen shoot-through te krijgen. Het uitgangsfilter heb ik er ook eens uitgegooid, geen verschil. Als belasting gebruik ik een halogeenlampje. de FET's zijn IRFZ44N met een Ron van 22mOhm, wat zeer laag is. De dioden (D5, D6, D7 en D8) mogen in principe weg, omdat deze reeds in de FET's aanwezig zijn en de maximale Drain-Source stroom kunnen verwerken, zelfs op 100% belasting worden de FET's niet warm, dus de diodes kunnen het ook niet zijn. Zou het kunnen dat door het buffertrapje nog steeds 700mV op de Gate blijft staan waardoor de FET nog niet helemaal uit geleiding is?

http://www.uploadarchief.net/files/download/sinewave%20dimmer.pdf

D6 en D8 staan verkeerd om. Dus al sper je Q6/Q8, toch zal er veel stroom lopen via gnd ipv door de belasting.

Thanks voor je antwoord. Maar bekijk het schema nog eens aandachtig? Deze trap stuurt wisselspanning, en D5 tot D8 nemen de inverse stroom over die anders door de FET gaat. De FET's hangen met de Sources aan elkaar, dus D6 en D8 staan goed. Ik heb deze trouwens weggelaten, was niet nodig want er zitten prima dioden in de FET's. Maar de vraag blijft... Zou het beter zijn om de Gate's tot een negatieve spanning te trekken? En zo ja, hoeveel?? Zou het die 700mV kunnen zijn die op de Gate blijft staan wanneer de FET uit zou moeten zijn??? (ik denk dit omdat bij volle uitsturing of geen uitsturing de FET's koud blijven, zelfs bij een flink uitgangsvermogen)

[Bericht gewijzigd door Wiebo op vrijdag 11 mei 2007 19:28:43 ]

Maak me gek... Volgens mij is dit niet de methode.
Wat de fets betreft: Zie de datasheets.

BTW, wat concept betreft ga ik met Freddy mee.

Die fets doen al niks meer bij 2Volt UGs dus dat is het probleem niet.
Fets aansturen met een BC547/BC557 is geen goed idee. Die kunnen de piekstroom voor de gates niet leveren.
Neem een echte fet-driver.

@ Henry S:
Hierover staat niets in de datasheet, wel dat de gate max. 20 volt mag hebben, maar bij 10 volt haal je er al het maximum uit. Ik heb het zo vroeger toch geleerd (in theorie) dat je een FET enkele volts onder de source-spanning mag "Afknijpen".

@ Zonnepaneeltje:
Het probleem zit het hem niet in de driver of die BC transistoren, maar in de opbouw van het trapje welk de gate's aanstuurt... Enfin, ik pruts nog even verder De gatedriver die Freddy gebruikt werkt heel goed, voor motorsturingen ja, maar voor licht... :s

Op 11 mei 2007 19:34:16 schreef Henry S.:
Maak me gek... Volgens mij is dit niet de methode.
Wat de fets betreft: Zie de datasheets.

Het werkt!!! 12 doorgebrande FET's en 8 zekeringen verder werkt het! (weliswaar nog achter een transfo :s)
Idd, je had gelijk, ik heb het uitvoerig getest en ze hebben maximale Drain-Source weerstand bij 3,4 volt, dus er was geen shoot-through. Het probleem zat het hem in de dead-time. De PIC kan minimaal 200ns hebben, wat veel teveel is. De induktiespanningen van de spoel van het uitgangsfilter staan in serie met de ingangsspanning (netspanning) en de spanning over de FET's werd veel te hoog waardoor ze kapot gingen. Nu heb ik de dead-time op 0 gezet, geen problemen meer! Een onbelaste tranformator kan je ook perfekt dimmen, evenals belast, en alles blijft redelijk koel. Morgen als ik tijd heb ga ik meten of de faseverschuiving netjes naar de netspanning word doorgesluisd, dat zou deze trap toch moeten doen. Het lag dus niet aan de driver of de buffertrapjes met BC547-BC557 transistoren. (deze worden in het uiteindelijk ontwerp vervangen door sterkere types, zoals de BC639 en de BC640, ook al volstaan deze)

Nu nog iets anders... Het uitgangsfilter, hier ben ik echt niet goed in. De PWM frequentie is 78,125 kHz en ik gebruik 5Amp spoelen van 100µH. Welke condensator ga ik moeten nemen om tot resonantie te komen, zodat de FET's zo weinig mogelijk inductiespanningen over hun nek krijgen?
Fr = 1 / 2 x pi x wortel(LxC) en Fr = 78125 Hz en L = 100µH
C=?
=> wortel(LxC) = 1 / 2 x pi x Fr
=> (wortel(LxC))² = (1 / 2 x pi x Fr)²
=> LxC = (1 / 2 x pi x Fr)²
=> C = (1 / 2 x pi x Fr x L)²
=> C = (1 / 2 x 3,1415tralala x 78125 x 0,0001)²
=> C = 415 µF???? Waar gaat het fout?

[Bericht gewijzigd door Wiebo op woensdag 16 mei 2007 23:34:39 ]

Sorry voor 't schopje, maar ik ben benieuwd of Wiebo tot een werkend prototype is gekomen.

Op 2 augustus 2007 17:33:53 schreef Zonnepaneeltje:
Sorry voor 't schopje, maar ik ben benieuwd of Wiebo tot een werkend prototype is gekomen.

Yup!

Wiebo, dead-time zou niet uit mogen maken, ook niet bij inductieve last. Daarvoor heb je nl de blusdiodes. Zolang het hele zaakje maar niet tegelijk in geleiding gaat, gaat alles goed.

Het probleem zit 'm dus in je blusdiodes. Die je nu hebt toegepast zijn veel-en-veel te langzaam! 1N5405 zijn normale 50Hz rectifier diodes. Je moet iets veel snellers hebben. Dan zou eea niet mogen sneuvelen.

Nog even over het temperatuur verhaal (sorry, als natuurko vind ik dat nou eenmaal mooi):

De kern van het verhaal zit 'm in
1) de eindige warmtegeleiding IN het koellichaam
2) warmteweerstand tor <=> koellichaam

Stel, het contactoppervlak van de tor is 1cm2. Dan wordt bij 10 torren 100W over 10x1cm2 verdeeld, terwijl bij 1 tor die 100W door slechts 1cm2 moet. De weerstand tor <=> koellichaam is dus al 10x zo groot en alleen al daarom wordt de tor een stuk heter.

Daarnaast is slechts bij grove benadering de temperatuur van het koellichaam overal gelijk. Dat is echter zeker niet zo. De *gemiddelde* temperatuur van het koellichaam moet echter wel ongeveer gelijk blijven in beide gevallen. Er moet nou eenmaal 100W getransporteerd worden.

Merk op dat ik de vrije convectie verwaarloosd heb. De lucht rond het koellichaam gaat alleen maar harder stromen bij hogere temperaturen. Hierdoor neemt de warmeweerstand zelfs af (en dat is zeker een significant effect)! De *gemiddelde* temperatuur van het koellichaam bij 1 tor zal dus zelfs iets lager zijn dan de gemiddelde temperatuur bij 10 torren

Op 2 augustus 2007 22:22:41 schreef Wiebo:
[...]
Yup!

Wil je 't definitieve schema posten?
Wel leuk om te zien hoe 't uiteindelijke schema eruit ziet.

Hoi,

een definitief schema is er nog niet. Hij werkt wel, maar ik wil de efficiëncy nog boven de 97% krijgen. Ook volgen er nog enkele verkleiningen voor de print, zoals een trafo welke de hulpspanningen voor de FET/IGBT sturingen voorziet, te vervangen door 2 DC-DC converters. Momenteel ligt dit project even stil, maar er komt zeker nog een staartje aan

Mag ik even informeren hoever je nu zit, ik ben ook geinteresseerd geraakt hierin, maar ben zelf nog niet zover geraakt! Is er al een nieuw schema van het werkende circuit?

Op 31 maart 2008 20:04:11 schreef koenb:
Mag ik even informeren hoever je nu zit, ik ben ook geinteresseerd geraakt hierin, maar ben zelf nog niet zover geraakt! Is er al een nieuw schema van het werkende circuit?

Hoi, ik ben een kameraad aan 't helpen met zijn bouw, dus geen tijd meer...
Er is wel een verbetering gemaakt waardoor de dimmer goedkoper en kleiner word. Ik heb de trafo die voor de hulpspanningen zorgt weg kunnen laten dmv enkele diodes en elco's. De spoelen van het uitgangsfilter moeten een serieuze inductie hebben, maar 't werkt. Heb nog geen nieuw schema gemaakt... Succes!

Ok, dus zijn er nog geïnteresseerden? Het huis van m'n kameraad is af, ze wonen er intussen in en hebben een dochtertje gekregen. Tijd om de draad hier weer op te nemen...
Ik ben het schema aan 't optimaliseren om het zo goedkoop en klein mogelijk na te kunnen bouwen. (geen transformatoren meer) Tot nog toe geen problemen, op het uitgansfilter na. Ik had hiervoor een LC kring gebruikt waarvan de L in serie staat en de C parallel over de belasting. FOUT! De FET's werden redelijk heet bij geringe belasting: maw, bij een bepaalde belasting kwam de LC (serie-)keten in resonantie en rara, veel te grote stroom door m'n FET's...
Wie kan een goed en klein filter bedenken met volgende eigenschappen:

50 Hz AC moet doorgelaten worden en de PWM moet eraf gefilterd worden. (19,531 kHz PWM bij 10 bits resolutie, 39kHz PWM bij 9 bits resolutie en 78,12 KHz bij 8 bits resolutie bij een Processor op 20 MHz)

Ik dacht aan een LC parallelketen die in serie met de uitgang hangt, en resoneert op de PWM frequentie. (bij voorkeur 78 kHz) De 50 Hz netfrequentie word gewoon doorgelaten. Evt. hierachter nog een LC parallelkring parallel erachter plaatsen en die resoneert op 50 Hz. (die 50Hz doorlaat dus)

Iemand?

http://www.uploadarchief.net/files/download/sinewave%20dimmer.pdf

hier de link nog eens met het schema. Het filter op dit schema is dus hoe het NIET moet... )

Zo wordt het in frequentieregelaars anders wel gefilterd.
Zou goed moeten gaan.

Die 1N5406 diodes zijn veel te traag voor deze toepassing.

Jah, het was een oude versie van Proteus, deze had geen snellere types in de library staan. Maar geen probleem, de meeste FET's (ook de IRF740) hebben Reverse Current Protection diodes tussen de drain en source, welke meer dan sterk en snel genoeg zijn voor de belasting. Op het nieuwe schema zijn deze dus ook weggelaten.

Dat filter zou kunnen kloppen. Miss zijn de waarden gewoon niet goed. Hier kan een willekeurige belasting op aangesloten worden (R, L of C), en dat maakt het moeilijk. Het filter kan in resonantie geraken bij een bepaalde belasting. Dit al eens gesimuleert met Proteus. Met een elektronische trafo (capacitief) ging er 17Amp door m'n FET's, om de trafo met 280mA te voeden...

Ik zie dus enkel heil in zuivere, niet-variabele LC parallelle kringen welke in serie of parallel geplaatst worden aan de uitgang/belasting... Enkel hierdoor kan een willekeurige belasting aangesloten worden.

De transformatoren zijn jammer genoeg niet weg te laten door de eisen die ik wil...

btw, het laatste schema. Tis nog niet af, maar het vormt toch al een beter beeld: http://www.uploadarchief.net/files/download/sinewavedimmer_2010.pdf

Aangepast Filter: LC parallelkring spert 27,7 kHz.

http://www.uploadarchief.net/files/download/sinewave-dimmer_2010.pdf

Dit is de enige frequentie waarbij de LC seriekring in resonantie is en kortsluiting zou kunnen veroorzaken. Zou opgelost moeten zijn zo. Binnekort testen of de FET's nog warm worden en of 'k het rendement van 98% haal, en een vermogen van 1 of 2kW/dimmer. (slordige 10A)

Hallo

Ik ben nieuw op dit forum, en zag deze post. Ik zou graag binnen een aantal maanden in ons nieuwe huis dimmmers inbouwen voor de verlichting, maar ook de stekkers.

Is dit circuit hiervoor bruikbaar?

Gr
Steven

[Bericht gewijzigd door Henry S. op maandag 30 december 2013 15:50:31 (52%)]

@Wiebo Het schema klopt niet helemaal.

Wat ik zie zijn twee halve bruggen die in serie met elkaar staan.
Ook de manier waarop dit getekend is is fout.
Voor Q5 teken je een N fet en voor Q6 teken je een P fet, maar er staat bij dat het type IRF740 is, en dat is toch een N fet.
Datzelfde doe je ook bij Q7 en Q8, bovendien is de manier van aansturen helemaal fout als je N fets zou gebruiken.

Een ge-intregreerde mosfet driver zou wellicht makkelijker zijn, zeker voor de lage Qg van de IRF740.

MartinV: Je moet het anders zien, het is een AC PWM chopper met filter erachter, niet echt twee keer een halve brug. De gebruikte FETs zijn alleen van het type N. Er zijn ook alleen N-FETs getekend, de drain en source zijn alleen verwisseld!

Heb je toevallig ook de source code van de PIC?

Ik wil ook niet moeilijk doen, maar is er iemand die het schema wat kan uitleggen? Ik ben nl. nog nieuw in het hele elektronica gebeuren.

Welkom. Het is ongebruikelijk een oud topic te schoppen met een nieuwe vraag. Open liever een nieuw met een linkje naar het oude.

"Bruikbaar" is het allicht wel, maar het is ongebruikelijk dit voor zo een toepassing zelf te bouwen, want duur ten opzichte van gekochte oplossingen en het vereist veel kennis en kunde qua veiligheid.
Reken op een paar prototypes en een paar dure oepsen.

Full-wave dimmen is natuurlijk mooi, is maar moderne (LED-) spots veroorzaken zelf ook harmonischen. En kilowatt's aan verlichting thuis is alweer ongebruikelijk. Wat is de situatie ?

@StevenDR: Open even zelf een topic, en laat deze rusten.