humka.ru- про электронику

Электропастух ПИК-Альфа своими руками

Первая рабочая и проверенная версия. За счет применения микроконтроллера удалось сделать компактную схему с разумным минимумом деталей. Характеристики электропастуха приведены ниже:

  • Выходное напряжение от 6 до 12 киловольт (зависит от трансформатора);
  • Мощность от 1.8 до 9 джоулей (зависит от конденсатора);
  • Частота импульсов 1 раз в секунду (рабочий режим) или 0.8 раз в секунду (для приручения животных), выбирается.
  • Напряжение питания от 10.5 до 14 вольт, работает как от АКБ, так и от блока питания;
  • Защита АКБ от глубокого разряда (при снижении напряжения устройство полностью отключается);
  • Защита от переплюсовки;
  • Автоматическая настройка на применяемый конденсатор;
  • Световая индикация импульсов;
  • Световая индикация разряда АКБ.

Cхема электропастуха

Плата электропастуха

Плата пастуха в lay6:

pic-alpha.lay6
Размер файла 104,70 kB · Последнее изменение · Счетчик загрузок 34

Фотография собранной платы электропастуха

Пайка платы электропастуха

В среднем заняло около 30 минут времени. Плата немного отличается – на видео тестовая версия, но смысл, думаю, понятен. Не нужно бояться паять smd детали, это очень просто! Нужен лишь пинцет и флюс. Научиться буквально десять минут, зато не требуется сверлить миллион отверстий, что очень экономит время и место.

Принцип работы

В целом работа устройства заключается в зарядке конденсатора С8 до напряжения 600 вольт и его разрядке на первичную обмотку выходного трансформатора тиристором U4 через определенные промежутки времени (1-0.8 сек). Далее разберем схему подробнее:

Защита от переплюсовки реализована на P-канальном транзисторе Q1, что гораздо эффективнее диода за счет меньшего падения напряжения на открытом канале.

Питание в микроконтроллер поступает через линейный регулятор U2 и конденсатор С2. Блокировочный конденсатор С1 имеет низкий ESR и высокие токи (ripple current), крайне нежелательно менять его на нечто неизвестного происхождения.

Светодиод индикации LED подключается к выходной гребенке через резистор R1.

На резисторах R4, R5 со сглаживающим конденсатором С3 собран делитель напряжения для контроля напряжения питания на аккумуляторе.

Сигналы ШИМ и открытия тиристора с микроконтроллера через резисторы R2 и R3 поступают на драйвер. С драйвера на гейт тиристора сигнал поступает через резистор R8, на гейт транзистора Q2 через резистор R7. Быстрый разряд затвора транзистора обеспечивает диод D1. В случае затруднения пайки (из-за размера) диод можно взять в корпусе побольше.

На элементах R6, R9, C7 работает детектор, следящий за окончанием тока в трансформаторе высоковольтного преобразователя для обеспечения квазирезонансного режима работы.

Конденсатор С5 дополнительно обеспечивает ток первичной обмотки, тем самым разгружая С1.

На элементах R10, R11, R13, C6 собран делитель напряжения с разрядного конденсатора С8 для контроля окончания его заряда до 600 вольт.

Дроссель L1 мотается проводом 0.8-1.4 мм на воздушной оправке диаметром 10-15 мм в три слоя около 30 витков.

Параллельно первичной обмотке трансформатора стоит варистор на 680 вольт, например, FNR-20K681, FNR-20D681 (или подобные), и пленочный конденсатор С9.

Диод D2 выполняет функцию выпрямителя, диод D3 защищает тиристор, D4 – защита от обратных выбросов с индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора и дросселя.

Важный момент! Подстроечный резистор R10 перед первым включением необходимо установить на максимальное сопротивление 10 килоом, затем, с его помощью, следует установить напряжение до которого будет заряжаться конденсатор, т.е. 600 вольт. При настройке быть внимательным и осторожным, на дорожках и деталях платы будет присутствовать высокое напряжение которое может быть крайне опасным.

Ни в коем случае не заказывать транзисторы, тиристоры, драйверы, мощные диоды в Китае. 99.9% что придет подделка. Высокий шанс получить правильные детальки из магазинов типа Платан, Электронщик, Чипдип. Зато в Китае можно заказать наборы резисторов и конденсаторов типоразмера 0805, стоят они копейки, а хватит на долгие годы.

Некоторые нюансы работы

При включении первым делом выполняется проверка напряжения питания источника, которая должна быть в пределах ~10.4-14.4 вольт. Если данное условие не выполняется, прибор мигает светодиодом 6 раз и отключается.

Далее происходит проверка перемычки/кнопки/джампера на контактах «pulse speed». Если контакты разомкнуты, устройство будет работать с частотой импульсов один раз в секунду. Если замкнуты – с частотой один импульс каждые 0.8 секунд.

Если напряжение источника падет до ~10.9 вольт, светодиод мигает не с каждым разрядом, а в два раза чаще, сигнализируя о необходимости заряда/замены АКБ.

Детали устройства

Список деталей:

  1. U1: Микроконтроллер PIC16F18326 I/SL – 1 шт.
  2. U2: Линейный регулятор напряжения LM7805 (типоразмер ТО-220) – 1 шт.
  3. U3: Драйвер IR4427 или TC4427 (типоразмер SOIC-8) – 1 шт.
  4. U4: Тиристор VS-40TPS12A-M3 (для конденсаторов 50 мкФ и менее) или BTW69-1200 (для конденсаторов 50 мкФ и более) – 1 шт.
  5. Q1: Транзистор IRF5305 – 1 шт.
  6. Q2: Транзистор AOT298L или IRF540N или IRF3710 – 1шт.
  7. D1 Диод 1n4148 – (типоразмер SOD123) – 1 шт.
  8. D2, D3: Диод US5M – 2 шт.
  9. D4: Диод 10A10 – 1 шт.
  10. LED: Светодиод синий диаметр 3 мм (именно такой обеспечивает наиболее яркие вспышки) – 1 шт.
  11. R1: Резистор 2к, (типоразмер 0805) – 1 шт.
  12. R2, R3: Резистор 1к, (типоразмер 0805) – 2 шт.
  13. R4: Резистор 100к, (типоразмер 0805) – 1 шт.
  14. R5: Резистор 22к, (типоразмер 0805) – 1 шт.
  15. R6: Резистор 1к, (мощность 1-2 ватт) – 1 шт.
  16. R7: Резистор 12-30Ом, (типоразмер 0805) – 1 шт.
  17. R8: Резистор 100Ом, (типоразмер 0805) – 1 шт.
  18. R9: Резистор 10к, (мощность 1-2 ватт) – 1 шт.
  19. R10: Подстроечный многооборотный резистор 10к – 1 шт.
  20. R11, R13: Резистор 1М (мощность 2 ватт) – 2 шт.
  21. R12: Варистор – 1 шт.
  22. C1: Конденсатор 560 мкФ 16 вольт, A750KS567M1CAAE013 / KEM – 1 шт.
  23. C2, C4: 1 мкФ, (типоразмер 0805) – 1 шт.
  24. C3: 220 нФ, (типоразмер 0805) – 1 шт.
  25. C5: 2.2-4.7 мкФ 100 вольт, (пленочный) – 1 шт.
  26. C6: 1 нФ, (типоразмер 0805) – 1 шт.
  27. C7: 100 нФ 100 вольт, (пленочный) – 1 шт.
  28. C8: 50 мкФ 450 вольт, (пусковой) – 1 шт.
  29. C9: 1 мкФ 630 вольт, (пленочный) – 1 шт.

Трансформатор преобразователя

Сердечник E 25/13/7 N87 (B66317G0250X187) с зазором 0.25 мм в каждой половинке. Диаметр провода (по изоляции) первички 0.6мм, вторички 0.294мм. Параметры намотки: сначала первичная обмотка 12 витков в два провода в один слой, вторичная обмотка 210 витков. Минимальный диаметр провода первичной обмотки 0.5, максимальный 0.6мм. Минимальный диаметр провода вторичной обмотки 0.2, максимальный 0.3мм. Ширина скотча для изоляции между обмотками 15мм, ширина скотча, стягивающего половинки сердечника, 5мм. Индуктивность первичной обмотки при измерении на частоте 1кГц должна получится ~22.3uH, вторичной 6,724mH.

Пояснения к картинке:

  1. Обе обмотки мотаются в одну сторону, начало каждой обмотки отмечено пластилиновым шариком;
  2. Провод первичной обмотки равномерно распределяется по всей длине каркаса;
  3. Витки считаются с противоположной от выводов стороны;
  4. Первичная обмотка изолируется скотчем в один слой, по краям делаем отступы специальным скотчем шириной 1.5-2мм;
  5. Все слои вторичной обмотки мотаются с отступами 1.5-2мм от краев каркаса;
  6. Каждый слой изолируется скотчем в один слой с нахлёстом ~4мм;
  7. Витки на последнем слое равномерно распределяем по всей длине каркаса с учетом зазоров.

Мотать следует аккуратно, виток к витку, не допускать «завалов» провода по краям, соблюдать отступы и т.п. При некачественном изготовлении снизится КПД устройства и увеличится нагрев трансформатора и транзистора.

Калькулятор выходного напряжения и мощности электропастуха

В статье Как работает электропастух можно посмотреть таблицу параметров пастухов «Olli». Из нее видно, что типовое выходное напряжение составляет от 6500 до 9500 вольт. Более низкие значения подходят для животных с короткой шерстью, высокие – для животных с длинной шерстью. Не забываем, что, чем выше напряжение, тем меньше ток, и наоборот. Так как выходной трансформатор электропастуха изготавливаем самостоятельно, можно рассчитать любое необходимое напряжение. В расчете следует учесть, что минимальное количество витков первичной обмотки не должно быть меньше 25, оптимальное около 35-40. Трансформатор делаем согласно статье Трансформатор для электропастуха.

Также следует учесть, что сердечники меньшего размера требуют большего количества витков первичной обмотки, за счет более низкой индуктивности. Ниже приведен калькулятор расчета выходного напряжения трансформатора электропастуха, с помощью которого можно подобрать необходимые значения.

Калькулятор запасаемой энергии в конденсаторе в джоулях

Пастух заряжает конденсатор до 600 вольт и гарантированно работает с емкостями от 10 до 60 микрофарад. Примерное соотношение заряда конденсатора и мощность выходного импульса, в джоулях, можно посмотреть в таблице параметров пастухов «Olli», ссылка на которую приведена выше. Следует понимать, что время работы прибора от автомобильного аккумулятора будет сильно зависеть от ёмкости конденсатора, с применением блока питания об этом можно не думать.

Благодарность

Хочу поблагодарить firelander с телеграмм-канала ru_electronics за схему детектора, который обеспечивает квази-резонансный режим работы и Satellite2000 за помощь с языком «С» и нюансах работы прерываний микроконтроллера.

P.S. 29.09.2021, статья в процессе написания!