Tutorial - Fontes chaveadas

MOR_AL · 5 de novembro de 2014

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.

Você chegou a montar e testar o trafo?

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? Sim!

Nele também tem as formulas de calculo de indutor de saída? Sim!
...

MOR_AL

albert_emule · 5 de novembro de 2014

Não montei o trafo.

Preciso também calcular o indutor de saída, para depois comprar todas as peças juntas, numa só loja.

mroberto98 · 5 de novembro de 2014

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?

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

Nesse caso vai haver media polarizacao no trasistor, provocando aquecimento, ou então distorcao na parte de baixo do sinal!

albert_emule · 5 de novembro de 2014

Nesse caso vai haver media polarizacao no trasistor, provocando aquecimento, ou então distorcao na parte de baixo do sinal!

Não haverá média polarização. Muito pelo contrário.

Com um circuito mais sofisticado o chaveamento do mosfet pode ser feito no ponto zero da senoide. Daí a comutação será suave.

Comutação suave, sem perdas de chaveamento.

mroberto98 · 5 de novembro de 2014

So existe 1 momento em que a senoide estara em 0v, sao os 90°!

Como o mosfet ira manter 100W por exemplo chaveando num tempo estão curto?

Nesse casa e obrigatorio a distorcao da onda!

albert_emule · 5 de novembro de 2014

Não distorce, pois o circuito é Ressonante. Aquele indutor em série possui indutância tal que interage com o circuito tanque. O indutor série mantem certo atraso que permite o crescimento da senoide.

O mosfet então pode conduzir no ponto zero... Entrando em condução sem passar pela região de média polarização, permanecendo conduzindo até que a onda da senoide atinja o topo. Neste momento o mosfet deve desligar. O circuito tanque completará todo o ciclo restante da senoide. Logo após o mosfet reinicia tudo novamente.

Se ele acertar a freqüência de sintonia, o circuito funcionará com potência máxima e aquirimento mínimo.

mroberto98 · 6 de novembro de 2014

ja viu os osciladores com esses tanques? Ja deve ter visto que eles distorcem a ponta inferior da senoide.

albert_emule · 6 de novembro de 2014

Esta distorção não tem problema hehehe. O importante aqui é a potência.

mroberto98 · 6 de novembro de 2014

então agora você concorda que distorce? Kkkkkkkkkkk

albert_emule · 6 de novembro de 2014

Não estamos discutindo sobre áudio de alta fidelidade. Estamos discutindo sobre conversores de potência.

Não entendi porque você colocou o assunto distorção harmônica na conversa, já que as mesmas não são relevante para o nosso caso hehehe.

mroberto98 · 6 de novembro de 2014

Eu disse que, ou o transistor fica em media polarizacao ou ceifa a parte de baixo da senoide kkkkk

A realidade e bem diferente dessa animacao ai hehe

albert_emule · 7 de novembro de 2014

@MOR

este o livro?

http://d1.amobbs.com/bbs_upload782111/files_53/ourdev_725050HHOGA4.pdf

MOR_AL · 8 de novembro de 2014

@MOR

este o livro?

http://d1.amobbs.com/bbs_upload782111/files_53/ourdev_725050HHOGA4.pdf

Sim!

Baixei e deletei.

O que eu usava era um com versão antiga. Este possui mais alguns tópicos.

Primeiro você tem que calcular o valor do indutor. Depois, com a intenção de usar um núcleo de um determinado fabricante, parte para a segunda e última fase. As dimensões do núcleo e o valor do gap.

O problema com indutor é que exige um gap. Uma pequena variação no tamanho do gap, altera bem o valor do indutor.

O fabricante do ferrite (Thornton) fornece até núcleos já com gap na perna central, mas fica difícil, ou impossível você encontrar nas lojas. Tem que comprar diretamente deles, mas aí fica difícil vender em pequenas quantidades e para pessoa física. Eu consegui convencer um funcionário a me vender umas amostras, mas foi uma burocracia enorme.

Eles também tem uma fórmula simplificada para o cálculo do gap, mas aí não costuma dar muito certo.

Eu fiz um estudo de um "paper" (documento) de 1927. Ele trata das curvas Hanna (nome do autor do documento). Neste paper, ele mostra como chegar ao indutor (núcleo e comprimento do gap).

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?reload=true&arnumber=5061347

Há uma relação entre o número de espiras mostrado e o número de espiras para o valor da indutância desejada.

Os testes foram realizados com um circuito que eu fiz. Ele é um oscilador com Ton muito menor que Toff. Assim nada esquenta e se consegue ter a relação das indutâncias com o gap.

Com estas curvas você pode montar a tal curva Hanna, que vai fornecer o tamanho do núcleo e do gap. Esta curva é independente da geometria. Só depende do material do núcleo.

Segue fotos que fiz com o núcleo EE42/42/15. Talvez alguma configuração lhe seja útil.

http://www.4shared.com/photo/EolbTAtEce/Ferrites_10.html

http://www.4shared.com/photo/K1vzxD5iba/Ferrites_11.html

http://www.4shared.com/photo/0Brupm42ce/Ferrites_12.html

http://www.4shared.com/photo/sfkgBQ0zba/Ferrites_13.html

Caso você possua o valor máximo e mínimo de pico da corrente, assim como o seu valor médio, talvez você possa usar os dados de uma das fotos.

Notei que você que está realmente interessado no assunto. Então seria bom se você montasse o circuito de teste de indutores e trafos na sua potência de trabalho. Acho que até já postei o esquema dele aqui no fórum.

Bons projetos.

MOR_AL

albert_emule · 15 de novembro de 2014

@MOR

Você poderia confirmar para mim o Ap deste núcleo?

http://www.eletrodex.com.br/núcleo-nee-40-17-12-ip12r.html

MOR_AL · 15 de novembro de 2014

@MOR

Você poderia confirmar para mim o Ap deste núcleo?

http://www.eletrodex.com.br/núcleo-nee-40-17-12-ip12r.html

Confirmar pressupõe comparação. Para tal deveria ter sido fornecido o seu suposto valor.

O manual não fornece o valor da área da janela, logo, eu calculei e aí vai:

Ajanela = Aw = [(27,5mm - 12,05mm) / 2] * 10mm * 2 = 154mm² ou 1,54cm²

(<= Significa "Menor ou igual".)

Aperna central = Ae <= 12,05mm * 12,05mm <= 145,2mm² ou 1,45cm²

O manual fornece 148mm² ou 1,48cm²

Ap = Aw * Ae <= 1,54cm² * 1,45cm²<= 2,23cm⁴

Atenção:

O anúncio não informa os detalhes deste núcleo. O fabricante disponibiliza este núcleo com gap também. Vide "Código de Encomenda".

Entre NEE-40/17/12 e IP12R há o detalhe que define se o núcleo possui gap (inclusive seu tamanho) ou não.

Se você pretende usá-lo para o trafo, não tem que ter gap. Se for para fazer um indutor deve haver gap.

Antes de comprar, certifique-se com o vendedor se que é o que você deseja.

Acesse o endereço seguinte. lá confirma os valores calculados por mim.

http://www.electroncad.com.br/index.php/eletricidade/indutores-transformadores/75-parametros-núcleos-ferrite-ee

MOR_AL

albert_emule · 15 de novembro de 2014

O vendedor já havia me dito que todos os núcleos da loja são sem gap

Confirmar pressupõe comparação. Para tal deveria ter sido fornecido o seu suposto valor.

O meu valor era de Ap = 2,28.

Daí concluí que seria o ideal para a fonte.

Ainda preciso ver as formulas lá no livro para tentar calcular o indutor de saída.

Tenho dificuldades com matemática.

E com inglês.

MOR_AL · 15 de novembro de 2014

O vendedor já havia me dito que todos os núcleos da loja são sem gap

O meu valor era de Ap = 2,28.

Daí concluí que seria o ideal para a fonte.

Ainda preciso ver as formulas lá no livro para tentar calcular o indutor de saída.

Tenho dificuldades com matemática.

E com inglês.

Bom.

Como mencionei antes, o procedimento do livro exige que você acesse os capítulos anteriores, pois estão interligados. Fica um pouco mais difícil.

Quanto ao inglês, também não domino, mas entendo os termos técnicos. Com um dicionário inglês-português, destes on line, dá para entender.

Eu calculei o trafo para você. Já seria meio caminho andado. Tá legal que o trafo é maior que o necessário, mas você pode usar a minha dedução para fazer os cálculos com o seu núcleo.

Com as fotos e os respectivos dados na lateral, é possível fazer um indutor que sirva para você.

Se usar as curvas Hanna, pode-se fazer o indutor que você quiser.

Você pode também, para facilitar sua vida, usar os núcleos com gap da Thornton. Eles já vem com o gap.

MOR_AL

albert_emule · 15 de novembro de 2014

O primeiro arquivo trata do indutor para fontes chaveadas. O indutor é usado em fontes do tipo step up, step down e flyback. Aliás, estas serão as fontes tratadas aqui.

Neste tutorial serão mostrados:

1 - O que ocorre com a corrente em um indutor, quando se aumenta o período de condução sobre ele. É importante para determinar até que corrente de pico se pode aplicar no indutor, antes que ele sature.

2 - Como calcular o valor do indutor em função do período Ton, da corrente de pico e da tensão aplicada sobre ele.

3 - Como medir o valor do indutor. Exemplos.

4 - Circuito para medir o valor do indutor.

5 - Gerando a curva Hanna.

Essa curva permite que se construa o indutor que use o mesmo material, independente da geometria do núcleo, número de espiras e afastamento (gap) do núcleo.

Basta que se use apenas o material do núcleo que será usado nos projetos.

http://www.4shared.com/web/preview/pdf/IC5MLGR-ba

MOR_AL

Vou dar uma olhada no seu material.

albert_emule · 16 de novembro de 2014

Este material é baseado nais tais curvas Hanna?

MOR_AL · 16 de novembro de 2014

Este material é baseado nais tais curvas Hanna?

O tutorial ensina sobre indutores na prática, ou na aplicação.

Se baseia na teoria.

Da teoria, simplifica as duas equações para o caso de fontes chaveadas.

Apresenta um circuito para teste de indutores e trafos em fontes chaveadas.

Junto com o circuito de teste de indutores e trafos, mostra como usá-las na prática para medir se o indutor, ou trafo se encontra de acordo com o esperado.

Além disso, o circuito permite montar as curvas Hanna. De posse dessas curvas é possível se determinar qual o núcleo mais apropriado para o indutor, o número de espiras e o tamanho do gap.

Basicamente a curva Hanna é composta por pontos.

Esses pontos são obtidos dos testes com indutores com diversos gaps. São os pontos da curva B x H, imediatamente antes de entrarem no joelho, ou seja o aproveitamento máximo do núcleo.

Assim, se você unir esses pontos, obtidos para diversos gaps, você terá a curva otimizada para qualquer valor de gap.

Como os eixos horizontal e vertical são formados por expressões, a curva não vai depender da geometria, do formato do núcleo e nem do número de espiras.

Você só precisa ter uma curva Hanna para cada material do núcleo. No caso da Thornton, que se consegue os núcleos, seriam do tipo IP6 e IP12.

Enfatizo que é primordial a leitura e o entendimento deste documento.

Sem falsa modéstia, depois de ler muito sobre fontes chaveadas, este documento é o que mais leva o iniciante a compreender e testar indutores com as condições reais de utilização.

Até o presente momento ninguém veio com alguma dúvida sobre o documento. Então considero que:

1 - Ninguém leu o tal documento.

2 - Alguém leu, teve dúvidas, mas não as apresentou aqui. Portanto continua com elas.

3 - Alguém leu e compreendeu tudo. O que seria ótimo.

É isso aí!

Bons projetos.

MOR_AL

albert_emule · 16 de novembro de 2014

@MOR

Me desculpe o incômodo, mas tenho dúvidas quanto ao método Hanna.

Sua citação:

"Com estas curvas você pode montar a tal curva Hanna, que vai fornecer o tamanho do núcleo e do gap."

Eu entendi como se chega ao GAP ideal:

Para cada Ton, observa-se a corrente de pico no indutor. Se esta ultima for muito elevada, diminui-se o espaçamento do GAP, observando-se também o tal joelho onde o núcleo começa a saturar.

Também entendi que se a diminuição do espaçamento do gap não for suficiente para se obter a corrente de pico desejada para determinado Ton, deve-se aumentar o número de espiras.

Eu só não entendi como a curva me forneceria o tamanho do núcleo.

xyko-2020 · 17 de novembro de 2014

Pra quem possa interessar

http://www.mag-inc.com/design/software

MOR_AL · 17 de novembro de 2014

Pra quem possa interessar

http://www.mag-inc.com/design/software

Pois é!

Projete um indutor. O aplicativo vai lhe fornecer todas as informações, inclusive com o núcleo fabricado por eles. Aí é que a coisa pega. Tem que importar e em pouca quantidade.

Geralmente não se fica satisfeito com o primeiro projeto, aí tem que se importar outro núcleo.

Problemas:

1 - Tempo entre o pedido e o recebimento do núcleo.

2 - Idem para o segundo núcleo.

3 - Compra em pequena quantidade, pois ainda é um protótipo.

...

É melhor comprar por aqui, na e-loja.

Salvo núcleos com aplicações em mais alta frequência, ou toroidais com material diferente.

MOR_AL

xyko-2020 · 17 de novembro de 2014

@MOR

ehehe

A intenção (deles) é essa mesmo. Vender o próprio peixe!

MOR_AL · 17 de novembro de 2014

@MOR

Me desculpe o incômodo, mas tenho dúvidas quanto ao método Hanna.

Não é incômodo nenhum!

Sua citação:

"Com estas curvas você pode montar a tal curva Hanna, que vai fornecer o tamanho do núcleo e do gap."

Eu entendi como se chega ao GAP ideal:

Para cada Ton, observa-se a corrente de pico no indutor. Se esta ultima for muito elevada, diminui-se o espaçamento do GAP, observando-se também o tal joelho onde o núcleo começa a saturar.

Também entendi que se a diminuição do espaçamento do gap não for suficiente para se obter a corrente de pico desejada para determinado Ton, deve-se aumentar o número de espiras.

Eu só não entendi como a curva me forneceria o tamanho do núcleo.

Você está misturando as coisas.

Vamos lá!

Sobre o indutor.

1 - Ao diminuir o gap em um indutor, o valor da indutância aumenta. Se for mantido o mesmo Ton, então a inclinação da corrente vai diminuir, diminuindo o valor de pico ao final de Ton.

Ok! Você pode ter retirado o tal início do joelho, mas a energia no indutor também diminui.

2 - Se aumentar o número de espiras, mantendo o resto sem alterar (gap e núcleo), a indutância aumenta e ocorre o mesmo efeito do item anterior.

O procedimento é o seguinte:

1 - Pelo livro, ou por outro cálculo qualquer, você chega ao valor do indutor L.

2 - Caso de uma fonte flyback. Você também chega ao valor da energia armazenada em cada ciclo e com isso o valor de pico da corrente Ip (ao final de Ton).

No caso de indutor de filtragem em fonte half bridge, o que vai importar é o valor do nível CC da corrente e o valor do nível CA da corrente (Ipmáx - Ipmín).

Mas em ambos os casos você tem o valor máximo de pico da corrente (Ipmáx)e o valor da indutância (L).

Certo? (Responda se estiver acompanhando..)

3 - Agora falta encontrar três parâmetros para poder montar o tal indutor.

3.1 - O número de espiras N.

3.2 - O tamanho do núcleo. Ele está intimamente ligado ao seu volume magnético, que é dado no manual. Então você precisa encontrar o volume do núcleo (V).

3.3 - O tamanho do gap.

Com estes três parâmetros conhecidos, você monta o indutor.

Certo? (Responda se estiver acompanhando..)

Agora é que entra a curva Hanna.

A curva foi obtida, usando-se um núcleo e diversos valores de gap. Para tornar a curva independente do tamanho do núcleo usado, tem-se que usar um fator de correção, que será mostrado mais adiante.

Ela tem no eixo horizontal os valores da seguinte fórmula: L * Ipmáx² / V

Como você já tem os valores de L e Ipmáx só falta o valor de V

Bom. Pelo livro, você já teria o tamanho do núcleo. É a partir de Aw e de Ap. Então bastaria consultar o manual e identificar o núcleo.

Certo? (Responda se estiver acompanhando..)

Se você não calculou o núcleo pelo livro, ainda tem uma solução, mas aí é no chute.

Aí você chuta um núcleo. Por exemplo EE-xx/yy/zz.

Ou calcule o volume V do núcleo, ou veja o valor no manual.

Com isso você calcula L * Ipmáx² / V e tem o valor do eixo horizontal da curva Hanna.

Observe as dimensões. L em Henries (H), Ipmáx² em amperes ao quadrado e V em METROS CÚBICOS (m³).

Com este valor, você tem um ponto neste eixo horizontal.

Trace uma linha vertical a partir deste ponto. Esta linha é o lugar geométrico do valor encontrado.

Certo? (Responda se estiver acompanhando..)

Se você já tivesse o valor calculado de V, pelos parâmetros Aw e Ap, então não precisaria chutar e chegaria ao valor final no eixo horizontal. Aí também traçaria a linha vertical.

Aí a linha vertical vai cruzar a curva Hanna.

Você anota o tamanho do gap. Lembre que a curva é montada pela união de pontos e que cada ponto corresponde a um tamanho de gap.

Agora entra o tal fator de correção que mencionei. O valor do gap é o valor encontrado, multiplicado pelo comprimento do percurso magnético do núcleo escolhido e dividido pelo percurso magnético do núcleo usado para montar a curva Hanna. No caso de minhas fotos, o núcleo é o EE424215.

Certo? (Responda se estiver acompanhando..)

Agora. Trace uma linha horizontal a partir do local onde a linha vertical intercepta a curva Hanna.

Leia o valor de 0,4 * pi * N * Ipmáx / l. Supor de deu "X" (valor obtido da verificação, portanto conhecido).

l - é o valor do comprimento do percurso magnético (em metros). Ou tem no manual, ou você tem que calcular.

Com este valor, calcule o valor de N = l * X / (0,4 * pi * Ipmáx)

Pronto. Agora você tem todos os valores de que precisa.

Atenção/observação.

1 - Se o núcleo foi chutado, pode ter ocorrido que o valor no eixo horizontal deu em valores extremos. Por exemplo; deu um valor de gap muito alto ou muito baixo. Então o tamanho do núcleo deve ser alterado.

Na prática costume fazer com que o tamanho do gap caia entre 0,2 e 1mm.

2 - Lembre-se de que um valor de gap de x mm para dois núcleos EE significa que a distância entre os núcleos tem que ser de x / 2. Pois nos núcleos EE existirão dois gaps. Um na perna central e outro nos outros extremos. É como se os núcleos pudessem ser dobrados na perna central. Aí você poderia identificar os dois gaps.

3 - Como já lhe alertei, pequenas alterações no tamanho do gap podem fornecer maiores variações do valor de L. Portanto você deve montar o indutor com papel nos gaps para forçar um valor conhecido. Ainda tem que fixar os núcleos. Eu costumo colocar um pedaço de palito de fósforo em cada lado dos núcleos, colados com superbonder. Isso garante que a distância ente os núcleos não vai ser alterada. Mas não coloque cola demasiada, pois deve ser necessário retirá-la depois, para alterar alguma coisa.

4 - As vezes o ponto na curva cai entre dois valores de gap. Aí você tem que estimar o valor do gap.

5 - Use o circuito para confirmar o valor da indutância e se a corrente cresce linearmente e até o valor esperado para o Ton calculado. Se a diferença for pouca, você pode tentar alterar levemente a distância do gap. Se o valor da indutância for diferente do calculado (mais de 10%), então use a expressão de "ajuste fino".

N desejado = N existente * Raiz de (L desejado / L medido)

Você pode montar a curva Hanna a partir das fotos que eu postei. Siga as informações passadas neste tópico que você chega lá.

Caso tenha ficado alguma dúvida, pode perguntar, ok? Mas tem que ler e tentar entender. No começo é difícil, mas depois fica fácil.

MOR_AL