Tutorial - Fontes chaveadas

albert_emule · 28 de outubro de 2014

Complicado mesmo kkkkk

Melhor ele copiar fielmente o circuito de onde o Flyback foi retirado. E assim usar o 555 para acionar.

.if · 28 de outubro de 2014

Essas conexões saem da fonte e vão ao flyback...

Não seria isso a referência ou feedback que estávamos comentando?

Creio que este seja o controle de potência sobre o flyback talvez....

-Eletricamente falando saem do flyback e vão pra fonte

-Sim é um feedback mas de frequência. Era pra fonte oscilar na mesma freq horizontal do flyback. Isso evitava interferências no video

-Não nada a ver com potência do fly back

1/2 que off topic: antigamente aquela "meia espira" era usada pra gerar 1V e acender um filamento de uma válvula diodo retificador de alta tensão. Era pra isolar o filamento do circuito pois este ficava com mlihares de volts

Fly back: o retorno da mosca ou mosca retrógrada. (tava indo tão bem...rs)

albert_emule · 29 de outubro de 2014

@MOR

Estou com um projeto de fonte chaveada, cujo protótipo funcionou conforme o planejado. Segue um vídeo:

Pois agora quero desenvolver a placa e usar núcleos tipo EE comerciais da thornton.

Ex que tenho uma pequena dificuldade escolher o tamanho do núcleo ideal para 430 watts hehehehe. Assim como também tenho outra dificuldade para escolher o tamanho certo do núcleo do indutor de saída.

Eu poderia chutar, mas depois tenho medo que o fio não venha caber dentro do carretel. E com relação ao indutor de saída, que este venha a saturar quando na potência máxima.

Se o senhor puder, gostaria que me explicasse como achar o tamanho ideal do núcleo principal e do indutor de saída.

Minha fonte funcionará em 127Vac, half bridge, como dobrador.

Em 220Vac, sem dobrador.

Potência de 430 watts.

Freqüência de 36Khz

Estabilizada em 14.4V.

MOR_AL · 30 de outubro de 2014

@MOR

Estou com um projeto de fonte chaveada, ...

Se o senhor puder, gostaria que me explicasse como achar o tamanho ideal do núcleo principal e do indutor de saída.

Minha fonte funcionará em 127Vac, half bridge, como dobrador.

Em 220Vac, sem dobrador.

Potência de 430 watts.

Freqüência de 36Khz

Estabilizada em 14.4V.

Olá Albert!

Bom projeto, esse que você montou.

Eu não sou expert em half-bridge, mas seguem algumas considerações:

1 - Você usa um capacitor em série com o trafo? Esse capacitor serve para evitar descasamentos da relação volt-segundo, que costumam ocorrer no trafo. Sem ele o trafo pode migrar para a saturação. Os focos deste descasamento podem ser: assimetria nos mosfets e no período Ton dos mosfets.

2 - O cálculo deste trafo é semelhante a um trafo comum. A diferença é que a onda deixa de ser senoidal e passa a ser quadrada. Na expressão do trafo, há um valor constante. Ele depende da forma de onda. O outro fator é a frequência, que é muito maior. Na mesma equação do trafo tem o parâmetro frequência.

A expressão é:

Ap = [ (10.000 * Pt) / (K * Bm * f * Ku * Kj) ] elevado a [1 / (1 + x)], onde:

Ap - Área produto. É o produto das áreas da seção transversal do trafo (área da perna central) vezes a área da janela. Esse valor fornece o necessário para se dimensionar o trafo. (cm4)

Pt – É a potência aparente sobre o trafo. É a soma das potências de cada enrolamento. (W)

K – É o coeficiente da forma de onda. 4,0 para onda quadrada e 4,44 para senóide.

Bm – É a densidade máxima de fluxo, que o núcleo pode chegar (em Tesla).

f – É a frequência de trabalho. A fundamental, já que o valor de K foi considerado. (Hz)

Ku – É o fator de utilização da área da janela do trafo pelos fios dos enrolamentos. Ku = Área dos fios / área da janela. Um bom valor seria 0,35.

Kj – É o coeficiente da densidade de corrente nos enrolamentos. Kj = Corrente rms no fio / Área da seção transversal da parte condutora do fio.

x – É o fator que depende do tipo de núcleo. Para laminação (núcleos E) este valor é -0,12. Isso dá para a expressão [1 / (1 + x)] = 1,16.

Atenção para as unidades.

A referência é o livro “Transformer and Inductor Design Handbook” do autor Colonel Wm. T. McLyman.

Quanto ao indutor.

Primeiro você tem que saber qual é o valor médio da corrente com carga máxima. Depois o valor máximo (de pico) da corrente na mesma condição. Depois o valor da variação dessa corrente, quando em carga máxima. Aí, no mesmo livro, você encontra como calcular. Você chega aos valores do indutor, da energia que ele vai conter, do diâmetro do fio, etc. O número de espiras vai depender da geometria, material e do tamanho do núcleo e do tamanho do gap.

Depois de calcular o indutor, há alguns procedimentos para você chegar ao tamanho do núcleo, o número de espiras e do tamanho do gap.

Recomendo ler o livro, pois tem todas as dicas. O problema é que está escrito em inglês e cada detalhe sobre o cálculo vai te obrigar a ler outra parte dele. É tudo interligado, mas abrange quase que qualquer núcleo. Já vi o arquivo PDF desse livro circulando na internet. Não recomendo baixá-lo, pois é ilegal, mas eu recomendo comprá-lo, pois vale pelo conteúdo.

Se for permitido, poste o diagrama elétrico da fonte para a gente conhecer e comentar.

Uma última coisa; não se deve carregar uma bateria com uma fonte de corrente? Seu projeto é de uma fonte de tensão, certo?

É claro que você deve respeitar as regras para o layout de circuitos, que apresentam grandes energias sendo comutadas em tempo curto.

Bons projetos.

MOR_AL

albert_emule · 30 de outubro de 2014

@MOR

O esquema base do meu projeto é este:

http://320volt.com/wp-content/uploads/2012/08/60khz-smps-sg3525-smps-ir2110-smps-800w-42v-power-supply.png

Porém eu quis utilizar trafo driver conforme a publicação a seguir:

http://eletronicaedownloads.blogspot.com.br/2014/10/exemplo-de-um-transformador-driver-para.html

Em seguida mexi no RT do CI para abaixar a freqüência para 36Khz e substitui a fonte a transformador dos CIs por uma fonte capacitiva, conforme esquema a seguir:

Uma bateria do tipo chumbo ácida tem que ser recarregada conforme curva descrita o link a seguir:

http://www.hobbys.com.br/centraldeveleiros/Carregadores%20de%20bateria.htm

Talvez eu tenha que usar um microcontrolador para determinar os estágios de carga.

O livro que o senhor indicou complicou um pouco para mim, já que não domino inglês.

Por isso foi pesquisar por aí algo em português.

O melhor que achei foi este trabalha do link a seguir:

https://drive.google.com/viewerng/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxlbGV0cm9udGVjY29tYnJ8Z3g6NmJjOGMyOWUwYzBhZjE4

Segue Print das fórmulas:

albert_emule · 31 de outubro de 2014

@MOR Usei a fórmula que define o núcleo, daí no meu caso deu 5.01cm4

https://scontent-b-gru.xx.fbcdn.net/hphotos-xpa1/v/t1.0-9/10731199_614155755379068_885097405629357355_n.jpg?oh=9509f3161bacff7b89ae0d463d321ccd&oe=54DE18E3

Este valor obtido é o produto das áreas da seção transversal do trafo (área da perna central) vezes a área da janela, certo?

Não sei como achar um núcleo da thornton com este valor.

O pessoal do TCC utilizou como exemplo o seguinte projeto:

• Tensão de entrada : Vin = 180V ± 10% CC;

• Tensão de saída máxima: V0 = 30V CC;

• Corrente de saída máxima: I0 = 5A CC;

• Potência de saída máxima: P0 = 150W;

• Freqüência de chaveamento: fs = 50kHz;

• Rendimento mínimo: η = 0,9.

A fórmula deu o resultado de 1,27cm4.

Daí o núcleo de ferrite escolhido foi o EE42/15 com material IP-6 da Thornton, com as seguintes áreas:

Ae = 1,81 cm2 e Aw = 1,57 cm2.

Para ser sincero não tenho a mínima ideia de como chegaram a este núcleo com o resultado da fórmula (1,27cm4).

albert_emule · 31 de outubro de 2014

Acabei descobrindo aqui por conta própria:

Alguns fabricantes possuem tabelas que dispõe dos valores em cm4.

Contudo se o fabricante não informar o valor em cm4, tenho que calcular a área em cm² de Aw e Ae, depois multiplicar um pelo outro e ver se o valor é próximo ao que quero.

MOR_AL · 31 de outubro de 2014

@MOR Usei a fórmula que define o núcleo, daí no meu caso deu 5.01cm4

https://scontent-b-gru.xx.fbcdn.net/hphotos-xpa1/v/t1.0-9/10731199_614155755379068_885097405629357355_n.jpg?oh=9509f3161bacff7b89ae0d463d321ccd&oe=54DE18E3

Este valor obtido é o produto das áreas da seção transversal do trafo (área da perna central) vezes a área da janela, certo?

Certo! Mas eu considero a fórmula que eu postei. Pode até dar o mesmo, mas não posso afirmar.

Não sei como achar um núcleo da thornton com este valor.

É simples. Pegue dois núcleos EE e posicione-os como vão ficar juntos. Um E apontando para o outro e alinhados, como mostra o manual.

Meça e calcule a área da seção da perna central e multiplique pela área de uma das janelas. Se o valor der maior que o calculado então o núcleo serve. Caso dê muito maior, então refaça para um núcleo menor, até encontrar um valor menor que o desejado. Aí escolha o imediatamente superior. OU... Baixe o catálogo da Thornton. Vá até a parte dos núcleos EE SEM GAP. O valor Ae é a área das DUAS janelas. Não sei se a sua equação calcula o produto Ae * Aw considerando a área das duas janelas. No catálogo o valor Ae é para as duas janelas. Multiplique o valor Ae (ou Ae / 2) pela área da perna central (espessura * largura). Este será o valor de Ae * Aw.

Engraçado que baixei dois manuais em tempos diferentes e não constam o núcleo NE42/15. Só consta em meu manual impresso, fornecido por volta de 1980.

O pessoal do TCC utilizou como exemplo o seguinte projeto:

• Tensão de entrada : Vin = 180V ± 10% CC;

• Tensão de saída máxima: V0 = 30V CC;

• Corrente de saída máxima: I0 = 5A CC;

• Potência de saída máxima: P0 = 150W;

• Freqüência de chaveamento: fs = 50kHz;

• Rendimento mínimo: η = 0,9.

A fórmula deu o resultado de 1,27cm4.

Daí o núcleo de ferrite escolhido foi o EE42/15 com material IP-6 da Thornton, com as seguintes áreas:

Ae = 1,81 cm2 e Aw = 1,57 cm2.

Nas minhas contas, (dois núcleos E juntos) Aw dá 2,56cm2 e Ac * Aw = 4,84cm4. Verifique!

Para ser sincero não tenho a mínima ideia de como chegaram a este núcleo com o resultado da fórmula (1,27cm4).

Este núcleo é muito maior que o necessário.

Esqueça o que os outros fizeram. Se atenha ao que o seu projeto necessita e calcule o valor de Ap = Aw * Ae.

Mas eu consideraria o valor de Ku entre 0,3 e 0,35. O valor de 0,4 é para quem tem máquina de enrolar transformadores ou que já é tarimbado com o processo.

Em tempo.

No tal livro, há um exemplo mastigado. Inclusive fornece as dicas. Acho que os outros livros se basearam neste, pois além de ter sido o primeiro, já foi testado. Em meu antigo emprego tinha acesso ao livro da edição de 1978. Daí tive que fazer muitos exercícios com ele e tenho quase tudo documentado.

O inglês técnico não é tão difícil assim. Eu mesmo não falo inglês, mas com o tempo você passa a conhecer os termos técnicos e aí, junto com um dicionário (Google) dá para entender a coisa toda.

MOR_AL

mroberto98 · 31 de outubro de 2014

núcleo NEE 42 para 150W?

Usei o NEE 42/21/15 para um indutor de 200uH de 10A!!! Kkkkkkk

E um núcleo bem grande para so isso de potencia! Ja vi fontes de 3KW com um núcleo de tamanho semelhando ao NEE 42/21/15, era pouca coisa maior apenas!

Embora essa mesma fonte de 3KW trabalhasse a 120Khz... Mas ainda acho absurdo para apenas 150W hehe

MOR_AL · 31 de outubro de 2014

Os núcleos IP6 da Thornton geram grande aquecimento na medida que a frequência supera os 20kHz.

Mas no tal livro que mencionei, há uma expressão que permite calcular a elevação da temperatura, tanto do núcleo, como do ferrite.

MOR_AL

mroberto98 · 31 de outubro de 2014

Eu nao sei que material é! Mas e uma fonte profissional de 3KW! Tirei foto dela e do trafo!

Veja que o trafo e pequeno para 3kW!

A fonte possui rendimento de 96%!

albert_emule · 1 de novembro de 2014

@MOR

Baixe o catálogo da Thornton. Vá até a parte dos núcleos EE SEM GAP. O valor Ae é a área das DUAS janelas.

Fiquei confuso. Num PDF aqui Ae é a área da perna central:

Página 10:

http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/yales/materiais/transf_flyback.pdf

No caso do núcleo do lik a seguir:

http://www.thornton.com.br/produtos/nee.htm..

Pego a área de Ae (Espessura vezes largura) e multiplico pela área de Aw (Espessura vezes largura, certo?

MOR_AL · 1 de novembro de 2014

@MOR

Baixe o catálogo da Thornton. Vá até a parte dos núcleos EE SEM GAP. O valor Ae é a área das DUAS janelas.

Ops! Falha minha. Ae é a área do núcleo!!!

Fiquei confuso. Num PDF aqui Ae é a área da perna central:

Página 10:

http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/yales/materiais/transf_flyback.pdf

Na fig. 3 consta que, para o núcleo EE-42, o Aw vale 1,57cm2.

Na figura do manual, a janela de apenas um dos núcleos E mede [(29,5 - 12,2) / 2] por 14,8, ambos em mm. Fazendo a conta, tem-se para a metade da área da janela total:

Aw / 2 = 8,65 * 14,8 = 128,02. Logo, para dois núcleos E, um de frente para o outro.

Aw = 128,02 * 2 = 256mm2 = 2,56cm2

Já calculei diversas vezes e em épocas diferentes e continua dando o mesmo valor.

No caso do núcleo do lik a seguir:

http://www.thornton.com.br/produtos/nee.htm..

Está dando página não encontrada.

Pego a área de Ae (Espessura vezes largura) e multiplico pela área de Aw (Espessura vezes largura, certo?

MOR_AL

albert_emule · 1 de novembro de 2014

Eu estava verificando alguns núcleos:

NEE-40/17/12 = 2,28 cm4

NEE-42/21/15 = 2,84 cm4

NEE-42/21/20 = 3,768 cm4

NEE-55/28/21 = 13,3 cm4

A fórmula que usei me forneceu 5,01cm4.

Nos núcleos acima mencionados, qual deles teria a melhor aproximação?

Teria como você calcular usando a sua fórmula para fazer um comparativo?

MOR_AL · 1 de novembro de 2014

Bom.

Calculei parte do trafo.

Não considerei a elevação da temperatura.

Não conferi. Pode haver erros tanto nas contas como no conceito. É necessário conferir.

É um trabalho didático, não me responsabilizo por prejuízos obtidos devido ao uso dos valores calculados.

http://www.4shared.com/zip/LhKF5AOHce/Clculo_Trafo_Half_Bridge.html

A senha para descompactar é MOR_AL

Bons estudos!!!

MOR_AL

albert_emule · 1 de novembro de 2014

@MOR

O arquivo não abre. Não pede a senha.

Cita que não há arquivos para extrair.

MOR_AL · 1 de novembro de 2014

Clique em Download, em Free download. Escolha um dos casos que você possua cadastro (Facebook, Twitter, Google, ou Instagram). Eu sempre seleciono o Google. Aparece uma página para fazer login. No meu caso via Google.

Fiz isso e baixei normalmente.

Em algum momento. Ou em Download, ou Free download, aparece uma página separada do navegador. Pode deleta-la.

Tente e me diga se deu certo.

MOR_AL

De qualquer modo, seguem as imagens. Baixando os arquivos JPGs ficam mais visíveis.

MOR_AL

cooler98 · 4 de novembro de 2014

Pessoal, meu driver de flyback está ficando cada vez melhor, comparilhando os resultados e esquema do circuito aqui com vocês... Um MOSFET de apenas 55V (IRFZ48N) não queimou em 36V!! Creio que os surtos reversos do flyback estejam sendo bem filtrados com a quantidade de capacitores e diodo reverso que coloquei na etapa de potência... Observem o circuito, vou deixar um vídeo do circuito em funcionamento, lembrando que quanto mais capacitor, menor a tensão de saída e maior a corrente no secundário!

https://www.youtube.com/watch?v=3q2EJ6__L2Q

mroberto98 · 4 de novembro de 2014

Esse esquema ai ta pior q antes!

cooler98 · 5 de novembro de 2014

Porque? Bom... O MOSFET não queimou (IRFZ48N de 55V funcionando em 36V), pode ver como o arco ficou bom no video (arco menor porém mais gordo, como quero que fique, só preciso de mais potência pra aumentar o tamanho e manter ele "gordo"). A filtragem creio estar bem eficiente, nem com 6 espiras o MOSFET queimou, aqueceu um pouco, mas não queimou por conta dos surtos reversos... Não tenho os equipamentos de medição, mas o fato do MOSFET não queimar já é um bom começo...

albert_emule · 5 de novembro de 2014

Sem querer ele colocou para ressonar.

Porém D1 e C4 são inúteis hehehehe,

FelipeZ. · 5 de novembro de 2014

Você precisa de um circuito snubber para proteger o seu mosfet, esses capacitores ai não vão adiantar muito não, a teoria por trás de um snubber é mais complicado que isso... O fato de ele não queimar não quer dizer que ele esta funcionando corretamente, só que não há nada terrivelmente errado com o circuito.... Se ele estivesse funcionando de modo correto um transistor de 50A e 50v não iria nem esquentar...

Da uma estudada nesses links:

http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/yales/materiais/snubber.pdf

Aqui tem uns 2 designs com calculadoras para adequá-los com o seu circuito especifico:

http://www.daycounter.com/Calculators/Snubbers/Snubber-Design-Calculator.phtml

cooler98 · 5 de novembro de 2014

O Real intuito dos capacitores é fazer com que o secundário do flyback tenha maior corrente e os surtos sejam absorvidos também (mais corrente no secundário)... Vou ler esses links que me mandou! O transistor aqui não foge das especificações que disse, 64A x 55V... E aquece pouco, nada exagerado mas aquece hehe

MOR_AL · 5 de novembro de 2014

Pessoal, meu driver de flyback está ficando cada vez melhor, c....

Quando o mosfet conduz, C4, C5 e C6 são curto circuitados por ele. Passa uma enorme corrente neste instante. Grande parte da geração do calor no mosfet deve estar vindo deste fato.

E aí Albert França!

Aguardo seus comentários sobre o meu cálculo do trafo....

MOR_AL

albert_emule · 5 de novembro de 2014

E aí Albert França!

Aguardo seus comentários sobre o meu cálculo do trafo....

MOR_AL

Os seus cálculos deu as dimensões de um núcleo que é equivalente aos núcleos que vemos em fontes desta faixa de potência.

Porém penso que o número de espiras do primário ficou um tanto exagerado.

Mas pelo que vejo, aliando a minha experiência prática de manutenção, a fonte funcionaria bem.

Já aquela outra fórmula que eu estava usando, deu 43.5 espiras no primário, porém indicou núcleo demasiadamente grande: 5cm4.

Esta sua fórmula é daquele livro em inglês né?

Nele também tem as formulas de calculo de indutor de saída?

O Real intuito dos capacitores é fazer com que o secundário do flyback tenha maior corrente e os surtos sejam absorvidos também (mais corrente no secundário)... Vou ler esses links que me mandou! O transistor aqui não foge das especificações que disse, 64A x 55V... E aquece pouco, nada exagerado mas aquece hehe

Seu esquema deveria estar conforme o esquema do anexo.

Este esquema não necessita de snubber, pois a onda no primário é ressonante devido ao circuito tanque.

Segue uma animação:

O indutor em série com o positivo é um elemento de corrente constante, que justamente evita aquele curto-circuito citado pelo @MOR

Quando o IGBT fecha, a corrente nele sobe em rapa. Já a tensão em L e C sobe em forma senoidal. IGBT deve abrir quando a tensão em L e C tiverem próximo ao topo da onda. Como é um circuito tanque (Circuito oscilante) ele reproduzirá o restante do semi-ciclo senoidal.

Segue no link abaixo uma calculadora online que calcula a ressonância de L e C:

http://www.deephaven.co.uk/lc.html