Interruptor lateral alto para tubo Nixie de alto voltaje

Version corta:

Estoy buscando un circuito de interruptor lateral alto (20mA, 400V) para red eléctrica rectificada de media onda, que podría controlar con GPUO de 5V.

Versión larga:

Estoy construyendo un reloj Nixie con controladores 74141 y un microcontrolador. Los tubos Nixie se alimentan de una red eléctrica de media onda rectificada de 230 V 50 Hz. Me gustaría apagar los tubos Nixie por completo durante 400 ms (es decir, parpadearlos). Me parece que los controladores 74141 no ofrecen ninguna forma de apagar Nixies por completo (todos los dígitos a la vez), así que pensé en agregar un alto interruptor de transistor lateral, controlado por 5V GPIO.

¿Cuál es el mejor interruptor para esta aplicación? PNP o PMOS o tal vez algo diferente? tiristor? (Los requisitos son: 20 mA máx., 400 V.)

Puedo pensar en dos soluciones. Creo que con PMOS hay un problema al mantener Vgs dentro de los límites hasta la mitad de la onda sinusoidal, debido a la variación de voltaje.

Circuito de aplicación:

PNP:

pnp

SGP:

pmos

Precisamente, ¿qué quiere decir con que PNP parece aceptar más variación de la corriente base, permaneciendo en saturación ?
Ok, he editado la pregunta. En general, estoy confundido, porque no puedo calcular las resistencias de ajuste de voltaje de puerta / corriente base, ya que el suministro varía de 0 a 325V pico. Quise decir que pnp tiene algo de juego en la corriente base, ya que podría llevarse a una saturación fuerte, cuando el voltaje alcanza su punto máximo.
¿Por qué no agregar un capacitor de retención de CC (también conocido como capacitor de suavizado) en el cátodo de D1 a GND?
¿Es realmente una buena idea apagar su circuito de la red eléctrica? ¿Cómo puede depurarlo de manera segura y mucho menos operarlo?
Los tubos @Kartman Nixie requieren voltajes peligrosos para funcionar en primer lugar. Será solo marginalmente seguro hacerlos funcionar con una fuente de alto voltaje separada galvánicamente.
@Andyaka, el efecto estroboscópico en Nixies es parte del aspecto "vintage".
@Andyaka No probé eso, pero creo que la media onda da suficiente potencia. Más de 300 V CC harían que la resistencia del ánodo dejara caer mucha potencia.
@fraxinus. Salir de la red implica que el neutro se convierte en el riel de 0V. ¿Realmente desea que el neutro de la red vuelva a la tierra a través de su PC?
Me retracto de mis palabras. Parece que la red eléctrica medio rectificada es una simplificación equivocada.
Lo sentimos, pero ¿por qué no emitir un código no válido para el 74141, de modo que quede en blanco el nixie? para mí, parece mucho más simple que agregar un circuito HV.
@MarioVernari En realidad, ya probé esta solución. Esto destruye el controlador (SN74141, kd155d1) o el controlador muestra "8" cuando se conduce así (MH74141). Mira esto: electronics.stackexchange.com/questions/469483/…
@Kartman No necesito ni quiero conectar el depurador cuando trabajo con la red eléctrica. Acabo de depurar antes con oled.
@Michal. Siempre y cuando seas consciente de los peligros potenciales. Personalmente, usaría un pequeño convertidor flyback. Bastante fácil de modular a la frecuencia de la red o simplemente hacerlo en su código de multiplexación.

Respuestas (5)

Puede aumentar la potencia en la resistencia de 47K a 1W y simplemente desviar el tubo a tierra con un NPN BJT (por ejemplo, 500V PMBTA45 ) o un MOSFET de canal N.

La disipación real de la resistencia con el tubo en derivación sería de 0,56 W.

1mA de unidad base sería suficiente.

¡Gracias! La solución más simple. Creo que incluso hay algo de espacio para reducir la disipación de energía. Dado que los nixies se apagan a 110 V ( youtu.be/ggVu_U-CsAk?t=467 ), intentaré desviar el tubo con 13k y NPN BJT. Estoy cambiando la resistencia de ánodo de 47k a 33k, 13k en paralelo con el tubo debería dar <100V.
Eso puede funcionar, aunque puede tomar hasta el próximo medio ciclo en blanco para apagarse una vez que se haya ionizado.

Esta es una de esas situaciones en las que un controlador de fuente de corriente tiene mucho más sentido que un divisor de voltaje. De esta manera, todo el cambio de nivel de voltaje ocurre a través del transistor controlador, y el segundo transistor obtiene un control constante en una amplia gama de voltajes de suministro.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Q1 se convierte en una fuente de corriente conmutable, donde la corriente del colector está determinada por el voltaje base y R1.

Para el caso de BJT, esto se convierte en la corriente base de Q2, y R2 sirve para reducir los efectos de la corriente de fuga a través de Q1, manteniendo Vbe para Q2 por debajo de 0,65 V.

Para el caso de MOSFET, la corriente conmutable desarrolla un voltaje a través de R3 para impulsar M1 con menos de 0,1 V (que se supone que está muy por debajo de su voltaje de umbral) o 10 V, que debería estar muy por encima.

En cualquier caso, Q2 o M1 obtienen la misma cantidad de "impulso" independientemente del valor del bus de CA rectificado, al menos hasta que cae tan bajo que Q1 se satura. Pero si es tan bajo, los tubos Nixie no conducen de todos modos.

Tenga en cuenta que con una potencia de media onda de 400 V, Q1 disipará alrededor de 400 mW de pico y 125 mW de promedio.

Creo que su mejor y más rápida solución es simular una solución como esta: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Tengo la fuente V2 (en el nodo V4) encendiendo y apagando un BJT a intervalos de 40 ms. La entrada (azul en V1) y la salida (roja en V2) se ven así: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

No veo ningún problema en absoluto. Si quisiera mantener el MOSFET encendido incluso cuando la forma de onda del suministro de entrada cayera cerca de 0 voltios, podría colocar un capacitor de 330 nF en R1: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

¡Gracias por tu esfuerzo @Andyaka! ¿Qué simulador estás usando? Para ayudarme a entender mejor: ¿está R1 allí para cargar la puerta antes de que Zener comience a conducir? ¿Se determina de alguna manera la relación R1 y R2?
Estoy usando micro cap (gratis). R1 descarga la puerta mosfet cuando el BJT está apagado. R2 limita la corriente en el zener. El zener protege al mosfet.

Las hojas de datos 74141 que encontré indican que los valores de entrada 0xA a 0xF apagan todas las salidas, lo que debería ser suficiente para parpadear. Si maneja el 74141 desde un microcontrolador, debería ser fácil de lograr.

Sé que esta no es una solución de ingeniería eléctrica, solo una pequeña tarea de programación :-)

En realidad, ya he probado esta solución. Lo probé con los controladores SN74141 y KD155D1. Cuando se conduce al estado ilegal (0xF), su protección zener se activa y varios dígitos brillan a la vez (incluso de forma permanente, por lo que ic se vuelve inútil). Tesla MH74141, por otro lado, muestra "8", cuando está fuera de rango. Consulte este hilo: electronics.stackexchange.com/questions/469483/… Desearía que se dijera claramente en la hoja de datos … Se podrían guardar muchos controladores. :-)
Oh, eso me enseña a confiar en las hojas de datos :-(

¿Qué tal usar un optoacoplador como interruptor lateral alto?

50mA suena razonable para un opto, y manejarlo desde un GPIO de 5v es trivial.

Interruptor lateral alto para tubo Nixie de alto voltaje
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