В предыдущей статье была представлена схема и конструкция самодельного электропастуха на микроконтроллере. Помимо неё у меня есть электропастух собранный на шим-контроллере uc3843 + 555, и, безусловно, будет интересно провести сравнение их работы.
Итак, фотография платы электропастуха на uc3843 + ne555:
Фотография платы электропастуха на микроконтроллере:
Сравнение:
По фотографиям видно, что плата на микроконтроллере имеет меньшие габариты за счет применения смд компонентов. Помимо этого, плата на uc3843 + ne555 имеет большее количество деталей за счет требуемой обвязки чипов, чего в случае с микроконтроллером удалось избежать.
Теперь поговорим о режимах работы. В моей схеме реализован режим квазирезонанса, который, при работе на заряд конденсатора, имеет массу преимуществ перед обычным ШИМ с фиксированной частотой. На картинке выглядит это так:
А в работе так (красный щуп на gate транзистора, желтый на drain):
Теперь посмотрим на работу ШИМ контроллера с фиксированной частотой, начало заряда (желтый щуп на gate транзистора, красный на drain):
В самом начале заряда из-за низкого сопротивления разряженного конденсатора возникает ситуация, в которой первый импульс (t-on) загоняет энергию в трансформатор (дроссель) преобразователя, но за время t-off, отведенное на передачу этой энергии в нагрузку (конденсатор), полностью перейти она не успевает, и, к моменту подачи следующего импульса t-on, сердечник остается намагниченным.
Соответственно, при следующем импульсе срабатывает токовая защита ключа, обрубая поступивший импульс, и ситуация повторяется снова и снова, что хорошо видно по вышеприведенной картинке.
С некоторого момента и до конца заряда ситуация выглядит обратным образом. Энергия успевает передаваться за гораздо меньшее чем t-off время:
По фотографии видно, что время передачи энергии в нагрузку составляет ~10uS, а пауза, во время которой не происходит полезной работы, ~15us.
Далее займемся сравнением КПД преобразователей. Нам известно, что работа преобразователя заключается в заряде конденсатора ёмкостью 50uF до 600 вольт за некоторое время. Для минимизации помех на осциллографе устанавливаем режим 1000 измерений в секунду и подключаем каждое устройство через шунт-резистор 0.22 Ом, с которого и будем снимать показания. Далее на картинках цена деления 50mV 100mS.
Вычислив площадь фигуры, мы сможем получить количество энергии, затрачиваемой на работу. На первой фотографии показана работа преобразователя на микроконтроллере, на второй, uc3843. Можно заметить более ровную линию потребления тока преобразователем работающим в квазирезонансном режиме. Показатели на второй фотографии придется усреднить. Высокие броски тока здесь вызваны, в частности, небольшим электролитическим конденсатором, который явно не справляется со своей работой и греется, что будет видно в дальнейшем. На плате пастуха «Олли» таких конденсаторов установлено несколько штук параллельно.
Для сравнения, с помощью фотошопа берем некоторую область, в нашем случае показания шунта, и считаем количество закрашенных пикселей. Понятно, что полученные данные будут иметь погрешность, но это совершенно не критично. Итак, плата на МК: 75379, плата на uc3843: 91828 пикселей.
Вывод: КПД платы на МК выше на ~17.9 процентов. Условно говоря, если взять некую батарейку, от которой электропастух на МК проработает 100 часов, то от неё же, плата на uc3843 проработает 82.1 часа, т.е. на 17.9 часов меньше.
Посмотрим тепловой режим. Оба устройства перед съемкой проработали около 40 минут. Первой будет плата на микроконтроллере:
Транзистор – древний IRF3710, фактически не греется, если поставить что-то приличное, радиатор не потребуется вообще. Резисторы по одному мегаому в делителе напряжения обратной связи тоже не вызывают опасений, сперва думал поставить три последовательно, но хватило и двух. Дроссель намотан проводом 0.6, если мотать как положено, более толстым проводом, температура будет гораздо ниже. Виден нагрев диода 10А10, который гасит обратный импульс. При работе с подключенной изгородью нагрев будет меньше, максимальный нагрев у него как раз на холостом ходу. На последней фотографии немного тёплый выходной трансформатор. Фото со стороны смд не делал, всё холодное, кроме выпрямительного диода, температура которого ~40C°.
Нагрев трансформатора преобразователя небольшой. Как писал когда-то Starichok:
Далее рассмотрим плату на ШИМ контроллере.
Судя по общему виду, нагрев элементов значительно выше. Рассмотрим подробнее:
Нагрев трансформатора преобразователя в пределах нормы. Транзистор, несмотря на отсутствие радиатора, также не вызывает опасений. Гасящих диода здесь две штуки, в целом порядок. А далее то, чего нет в плате с МК.
Диод защиты от переплюсовки, 56 градусов. Применение диода далеко не очень хороший вариант. Нагрев вызван падением напряжения и протекающим через него током около одного ампера. Полевой Р-канальный транзистор (в схеме с МК) хоть и стоит рублей на ~30 дороже диода, имеет намного лучшие параметры.
Далее идет шунт, его температура 79С°, это уже палец не удержит, кипяток. Ну и последним идёт блокировочный конденсатор. Применение обычных электролитов не оправдано из-за их высокого внутреннего сопротивления и плохого показателя пульсаций тока. Единственный плюс, стоят они копейки, но в таких схемах их устанавливают по 2-3 шт. параллельно.