Piloter IGBT pour flash électronique

[Paquito]

Bonjour !
Certains reconnaitrons la continuité d'un précédent poste ou je voulais contrôler la charge d'un condensateur pour arriver à choisir l'intensité d'un flash au xénon.
Ça n'a pas marché aussi bien que ce que je voulais et j'ai reçu une vingtaine de transistors IGBT pour tenter le coup avec.

Donc :
Je cherche à allumer un tube au xénon et de fermer le circuit après une durée de quelques microsecondes.
Je sais allumer le tube sans l'IGBT, ça marche.
J'étais arrivé à le contrôler avec un autre IGBT mais c'était fragile, le prototype marchait mais une fois les PCB réalisés, ça cramait en deux secondes. Je reprend tout à zéro.
J'ai trouvé ce schéma sur le net, qu'en pensez-vous ?

QA_0506_Byersphoto_flash_IGBT3.jpg


J'ai les mêmes transistors g4bc40f et le pilote ir4427 (datasheets en liens sur les noms).

Afin de contrôler la durée du flash, donc ouvrir et refermer le transistor IGBT, j'utilise un microprocesseur type Arduino (qui marche bien dans les microsecondes, ça c'est testé et approuvé) pour envoyer une impulsion sur un optocoupleur qui active le driver, lui même déclenchant l'IGBT.

J'en suis arrivé à ce schéma. Un de mes doutes est pour fournir du 15v en partant de 320-330v, je sais pas si c'est safe comme circuit ce que j'ai fait.

Dans un soucis de clarté je n'ai pas mis la bobine d’allumage avec son condensateur

explications.jpg

Qu'en pensez-vous ?
Je suis assez débutant en électro et il me manque un bon nombre de bases, j’essaie de faire au maximum par moi même avec des recherches mais j'ai besoin qu'on m'aide quand même à un moment .

Merci beaucoup !
Paco
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[Antoane]

Bonjour,

- Cet IGBT est très lent... Pas sûr qu'il fonctionne bien ainsi.
- la connexion de l'opto-coupleur n'est pas bonne, voir par exemple : (source : https://microcontrollerslab.com/pc81...les-datasheet/)
- Il serait bon de remplacer la 100k par 2*47k en série pour diminuer la tension aux bornes de chaque résistance.
- Il serait bon d'ajouter un condensateur de découplage de ~1uF (plastique ou céramique) directement en parallèle des bornes d'alimentation du driver.
- La 100 kOhm ne permet de laisser circuler que 3 mA. Est-ce suffisant étant donné la fréquence de commutation de l'IGBT ?
- Il serait bon de mettre un circuit de limitation du courant d'allumage ("inrush current") apparaissant lors du branchement du circuit. Une résistance série de ~100 Ohm peut suffire.
- Il faut un circuit de décharge du condensateur, et éventuellement un circuit permettant de visualiser le fait que le condensateur est, ou non, chargé.
- la manière dont est routé le circuit importe... peut-tu poster le routage ou une photo du montage ?
- as-tu un oscilloscope ?
- je ne sait pas comment se comporte une telle lampe, en particulier s'il faut s'attendre à une sur-tension induite par le circuit de commande.

[Paquito]

Bonjour !

- Cet IGBT est très lent... Pas sûr qu'il fonctionne bien ainsi.

En effet, mais au pire j'en ai d'autres qui sont vraiment très rapides, je veux tester avec ceux-ci avant pour griller les moins précieux en premier

- la connexion de l'opto-coupleur n'est pas bonne, voir par exemple : Pièce jointe 441357 (source : https://microcontrollerslab.com/pc81...les-datasheet/)

J'avais vu des schémas qui faisaient comme moi mais d'après la datasheet tu as raison. Cela veut dire que la diode de l'optocoupleur doit être systématiquement allumée et s'éteindre pour activer le courant de l'autre coté ?

- Il serait bon de remplacer la 100k par 2*47k en série pour diminuer la tension aux bornes de chaque résistance.

D'accord. Le but est de moins faire chauffer les résistance ou d'éviter un arc ?

- Il serait bon d'ajouter un condensateur de découplage de ~1uF (plastique ou céramique) directement en parallèle des bornes d'alimentation du driver.

J'en ai rajouté un sur le nouveau schéma, mais le condensateur C1 ne joue-t-il pas ce rôle, car connecté au mêmes routes ?

- La 100 kOhm ne permet de laisser circuler que 3 mA. Est-ce suffisant étant donné la fréquence de commutation de l'IGBT ?

J'avoue ne pas être sur, je me disais que le C1 de 100uf emmagasinait l'énergie petit à petit pour la restituer d'un coup si besoin. Sinon le tube n'est pas destiné à s'allumer plus d'un fois toutes les 1 ou 2 secondes.

- Il serait bon de mettre un circuit de limitation du courant d'allumage ("inrush current") apparaissant lors du branchement du circuit. Une résistance série de ~100 Ohm peut suffire.

Ah oui ! Je me suis trompé sur mon schéma, j'ai oublié la résistance, je l'ai mise. C'est une ampoule halogène de 60ohm qui joue ce rôle.

- Il faut un circuit de décharge du condensateur, et éventuellement un circuit permettant de visualiser le fait que le condensateur est, ou non, chargé.

Tu veux dire pour la sécurité ? Je ferais un tel circuit après, quand le principe marchera déjà, j'essaie de faire étapes par étapes, mais tu as raison, j'y penserais.

- la manière dont est routé le circuit importe... peut-tu poster le routage ou une photo du montage ?

Je suis repassé sur les breadboard du coup je peux placer mes composant où bon me semble. Il faut que la gâte de l'IGBT soit au plus proche du driver pour éviter l'inductance, c'est bien ça ?

- as-tu un oscilloscope ?

Un petit Dso-Shell DSO150, il fonctionne mais on ne va pas très loin avec.


Voilà mon schéma modifié selon tes conseils (résistance inrush, condensateur de découplage 1µf et changement du circuit optocoupleur)
Je ne sais surtout pas si c'est propre l'alimentation 15V du driver, en fait je voudrais ne pas avoir à utiliser un autre convertiseur DC-DC 320v-15v ou AC-DC 230-15v.





Merci encore !

[jiherve]

Bonjour,
Là ton IGBT est censé s'ouvrir pour éteindre le flash , amha cela va dépendre du tube utilisé car l'IGBT doit tenir le courant max de décharge.
Très jeune(il y a 1/2 siècle) j'ai fait des manip inverses (Thyristor pour souffler le flash) les pauvres ne tenaient pas longtemps, bon mon flash faisait 150 Joules, j'ai aussi le souvenir d'une châtaigne monumentale, comme si un immeuble m’était tombé dessus, j'ai survécu, donc fais vraiment attention!
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[Paquito]

Merci pour ta réponse
A priori avec un IGBT qui tient 200A en pulsé on peut utiliser jusqu'à 1500µf de ce que j'ai vu pour celui qui est utilisé sur les flash Yognuo. Ça devrait tenir le coup.
Je fais très attention, pour les prototypes j'utilise des petits condensateurs de 100µf (oui c'est toujours très dangereux quand même). C'est vrai que c'est bien de le rappeler parfois. Quand on fait un truc plusieurs fois, on fait de moins en moins attention jusqu'au drame.
Ça serait tellement plus simple en effet d'utiliser un Thyrsistor pour court-circuiter mais j'ai l'impression que même avec 56 J ça n'est pas une méthode très propre et que le condensateur serait mis à rude épreuve

[penthode]

+1 pour la châtaigne avec un flash !

j'en ai vu 36 chandelles

[Gyrocompas]

Bonjour,
Sans la connaissance de la ''résistance interne'' du tube lors du déclenchement, le courant circulant dans l'élément de commutation est inconnu jusqu'à pouvoir dépasser ses capacités.
Par exemple, si la résistance du tube fait 1 ohm, alimenté sous 320v, un courant de ... Ampères va circuler.
Idem, tenter de connaître les caractéristiques de la résistance interne de la capa qui accumule l'énergie. Un modèle pour alim à découpage est peut être à envisager.
Les anciens thyristor avaient une capacité de surcharge non répétitive importante.

La solution consisterait à mettre plusieurs Tr en // avec une répartition des courants.
Pour commuter rapidement, il faut des éléments capables de le faire, bien lire les caractéristiques on et off.

[jiherve]

Re,

Ça serait tellement plus simple en effet d'utiliser un Thyrsistor pour court-circuiter mais j'ai l'impression que même avec 56 J ça n'est pas une méthode très propre et que le condensateur serait mis à rude épreuve

pas vraiment car le condensateur doit être un type flash et le but du jeu n’était pas de vider la capa mais de transférer la charge dans une autre capa normalement déchargée, cela se nommait flash à récuperation, certains utilisaient un tube auxiliaire pour shunter le tube principal.
JR

[Paquito]

Bonjour,
J'ai des petits tubes pour éteindre, ce sont en fait des tubes xénon mais plus petits,
Le manque de pièces disponibles de ce type étant limité (je n'en ai pas trouvé online), je ne préfère pas utiliser cela avec des gros capa.
Sinon j'ai des condensateur photoflash mais je ne sais pas si ça me permet d’arrêter instantanément l'éclair en cas de mis en charge de celui ci.

[Antoane]

Bonjour,

J'avais vu des schémas qui faisaient comme moi mais d'après la datasheet tu as raison. Cela veut dire que la diode de l'optocoupleur doit être systématiquement allumée et s'éteindre pour activer le courant de l'autre coté ?

Oui. Tu peux aussi faire l'inverse en mettant l'opto-coupleur à la place de la résistance (entre +15 V et l'entrée du driver) et vice-versa.

D'accord. Le but est de moins faire chauffer les résistance ou d'éviter un arc ?

A priori les deux (même si "éviter un arc" est un peu fort), mais en calculant la puissance dissipée par cette résistance tu verras que c'est surtout la 2nd raison qui importe ici.

J'en ai rajouté un sur le nouveau schéma, mais le condensateur C1 ne joue-t-il pas ce rôle, car connecté au mêmes routes ?

Théoriquement oui, mais C1 est gros et donc donc être soudé "loin" du driver. De plus, c'est un électrolytique de piètre performances dynamiques. Pour compenser cela, il faut un 2nd condensateur.
Ceci dit, en pratique, vu le driver et l'IGBT choisis, on pourrait s'en passer.

J'avoue ne pas être sur, je me disais que le C1 de 100uf emmagasinait l'énergie petit à petit pour la restituer d'un coup si besoin. Sinon le tube n'est pas destiné à s'allumer plus d'un fois toutes les 1 ou 2 secondes.

C'est l'idée... Mais il faut être sûr que le driver n'a pas besoin de puis que ce que peut fournir en continu la résistance de 100 kOhm. En particulier, avec le nouveau schéma, il faut 15 mA rien que pour alimenter R4 tandis que R1 ne peut délivrer que 3 mA. La tension disponible pour l'alimentation ne sera donc pas de 15 V et le circuit ne va donc pas fonctionner.
Il faudrait augmenter R4 (e.g. 10 kOhm) et/ou diminuer R1 et/ou inverser l'opto et R4.

Ah oui ! Je me suis trompé sur mon schéma, j'ai oublié la résistance, je l'ai mise. C'est une ampoule halogène de 60ohm qui joue ce rôle.

Quelle est ça résistance à froid ? le courant correspondant est-il compatible avec le pont de diodes ?

Tu veux dire pour la sécurité ?

Oui.

Je ferais un tel circuit après, quand le principe marchera déjà, j'essaie de faire étapes par étapes, mais tu as raison, j'y penserais.

De base, il s'agit d'une simple résistance telle que la constante de temps avec C2 est "raisonnable" (e.g. 10 s). Attention à la tension et la puissance dissipée par ce composant.

Il faut que la gâte de l'IGBT soit au plus proche du driver pour éviter l'inductance, c'est bien ça ?

Oui, et que le "-" de la source 15 V, le "-" du driver et l'émetteur de l'IGBT soient très proches.

Je ne sais surtout pas si c'est propre l'alimentation 15V du driver, en fait je voudrais ne pas avoir à utiliser un autre convertiseur DC-DC 320v-15v ou AC-DC 230-15v.

Il est bon sur le principe, si bien dimensionné (cf supra) .

[Gyrocompas]

Bonjour,
Une rapide description de la finalité de la chose guiderait.
Une solution pourrait être la capture de mouvement très rapide, explosion de ballon par exemple.

Le flash classique est un peu ancien, une solution à base de led a-t-elle été envisagée?
Il existe des modèles de puissance...

[Paquito]

Bonjour,
Merci Antoane, je prends en compte tes explications précieuse comme toujours.
Je vais surement passer à un autre IGBT ( G80N60 ultra fast diode ) et prendre un driver qui est aussi un Optocoupler (A3120), j'ai déjà réussi à faire marcher les deux ensemble comme je voulais il y a un moment mais plus maintenant.


Gyrocompas
La finalité c'est avoir des flash de portrait. La durée du flash m'est utile pour définir sa puissance (comme pour les speed-lite actuel et certains flashs studio hauts de gamme)

La led c'est cool, mais pas assez puissant, si on veut fermer à f.7 par ex.
Mes flash que je fais sont hybrides, il y a déjà une led de 40w à un peu plus de 5000 lumens, 5700k et avec un CRI > 95, mais le flash viendra appuyer la led au moment du cliché.

Je veux l'IGBT car je n'arrive pas à obtenir le degré de contrôle que je voudrais en régulant la charge du condensateur.

[Paquito]

Bonjour,
En suivant les conseils, je suis arrivé à cela (avec l'IGBT G80N60) :




Qu'en pensez-vous ?
Merci encore

[jiherve]

bonjour,
avec deux 68k/1W (70k n'est pas normalisé) en série il n'y a pas de risque car :
((230*1.414)-18)²/136k = 0,7W donc 0,35W/resistance.
JR

[Paquito]

bonjour,
avec deux 68k/1W (70k n'est pas normalisé) en série il n'y a pas de risque car :
((230*1.414)-18)²/136k = 0,7W donc 0,35W/resistance.
JR

Oui, mais je voulais surtout doubler le courant avec deux couples "68k+68k" en parallèle (soir 4 résistances en tout) (même si je ne suis pas sur que cela soir nécessaire)

[jiherve]

re
pourquoi veux tu doubler le courant puisqu'au final ce que tu désires c'est couper ton IGBT?
Tu n'es tout de même pas trop contraint par le temps de récupération de l'ensemble.
JR

[Paquito]

Pour recharger plus vite le condensateur C1 qui alimente le driver mais ça n'est probablement pas nécessaire alors.

[jiherve]

re
Il ne se déchargera pas trop car le RC fait environ 14s ce qui est très long vis à vis de la durée du flash, mais tu peux placer une diode en série (1N4007)avec tes résistances.
JR

[Antoane]

Bonjour,

Lorsque le circuit est au repos (C1 chargé et ne commute pas), le courant dans R1 vaut la somme du courant d'alimentation du HCPL et du courant dans la zener.
Or, le HCPL3120 consomme 5 mA en continu, il faut donc que le courant dans R1 soit > 5 mA. Avec une tension de bus de 325 V, il faut donc limiter (R1+R3) : (R1+R3) < (325 V -18 V)/5mA ~ 60 kOhm.

Ne pas oublier la résistance en série avec la led de l'optocoupleur.

[Gyrocompas]

Bonjour,

Question du soir : en supposant un court circuit sur C2, comment réagit 'l'ampoule' R3? Eclairage plein pot ou décès?
Lors d'un déclenchement, comment le courant de C2 via le flash et le commutateur est-il limité?
Une résistance faible en série permettrait d'avoir un ordre de grandeur, mesure oscillo à mémoire.
Attention, une mesure référencée sur secteur nécessite des précautions, à commencer par un fusible sur la ligne 230v.

[Paquito]

Bonjour,
L'ampoule à toujours bien fonctionné, lumineuse au départ puis de moins en moins au fur et à mesure que le condo se charge.
Je n'ai pas de vrai oscillo, donc je le peux pas connaitre la résistance du tube, mais je sais que l'IGBT le tient puisque sur mon ancien proto il en a encaissé des centaines.

[jiherve]

bonsoir
en fait un tube flash c'est quasiment un court circuit avec une densité de courant dépassant les 1000A/mm² la seule limitation c'est l’impédance des fils , l'ESR de la capa et l'IGBT lui même; Aussi ce dernier doit il être correctement dimensionné sinon pouf!

JR

[zibuth27]

hello,

Pourquoi ne pas rallonger l'impulsion comme sur les flashs électroniques, avec une self en série dans le tube. L'énergie totale est peu affectée, et on coupe un courant plus faible.

saluts

[Paquito]

Bonjour !
Si je comprends bien zibuth27, tu propose de rajouter une bobine pour que la durée de l'éclaire soit plus longue et moins intense pour soulager le transistor ? (et par exemple couper le flash u bout de 150µs à la place de 50µs pour la même intensité lumineuse ?) Je suis encore plus nul en ce qui concerne l'inductance, quels seraient un dimensionnement idéal de la bobine (en millihenry)

je suis tombé sur ce PDF
avec l'image ci-dessous :



Pourquoi y-a t il deux circuits pour couper l'éclair ?
L'IGBT arrête l'éclair mais il y a aussi un circuit d'aide à l’extinction.

Merci encore !