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Fonte Flyback para bateria de lâmpada.


MOR_AL

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Seguem os parâmetros dos MJE13003 e MJE13005. Acrescentei também o transistor de RF BFY90.

 

Basta copiar e colar no arquivo standard.bjt no diretório indicado na minha postagem anterior. Claro. E depois salvar o arquivo.

 

Depois tente ver se eles aparecem ao acrescentar um transistor no screen do LTspice. (As linhas que contém asterisco (*) como primeiro caractere, são consideradas comentários).

 

******
*SRC=BFY90;BFY90;BJTs NPN; Si;  30V  25.0mA  1100MHz   CENTRAL TRANSISTOR
.MODEL BFY90  NPN (IS=1.55467e-17 BF=296.182 NF=0.850014 VAF=10
+IKF=0.00544635 ISE=2.01913e-14 NE=1.54276 BR=19.550
+NR=0.825166 VAR=73.1109 IKR=0.0544635 ISC=1e-160
+NC=2.9688 RB=21.0221 IRB=0.478136 RBM=0.1384250
+RE=0.000646335 RC=3.0552 XTB=0.582018 XTI=1
+EG=1.06135 CJE=1.08982e-12 VJE=0.99 MJE=0.230
+TF=2.15066e-11 XTF=1000 VTF=1.33967 ITF=0.0010
+CJC=1.89423e-12 VJC=0.95 MJC=0.23 XCJC=0.4084790
+FC=0.1 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.50
+TR=1e-07 PTF=0 KF=0 AF=1)
******

 

******
* Spice Model
* Item: MJE13005
* Date: 8/12/10
* Revision History: A
* ==========================================================
* This model was developed by:
* Central Semiconductor Corp.
* 145 Adams Avenue
* Hauppauge, NY 11788
*
* These models are subject to change without notice.
* Users may not directly or indirectly re-sell or
* re-distribute this model. This model may not
* be modified, or altered without the consent of Central Semiconductor Corp.
*
* For more information on this model contact
* Central Semiconductor Corp. at:
* (631) 435-1110 or [email protected]
* http://www.centralsemi.com
* ==========================================================
******
*SRC=MJE13005;MJE13005;BJTs NPN; Si;  400.0V  4.00A  4MHz   Central Semi Central Semi
.MODEL MJE13005  NPN (
+ IS=331.81E-15
+ BF=50.101
+ VAF=100
+ IKF=4.2436
+ ISE=2.7296E-12
+ NE=1.2754
+ BR=499.50
+ VAR=100
+ IKR=19.980
+ ISC=1.3809E-12
+ NC=1.8991
+ NK=.74169
+ RB=.21377
+ RC=.17533
+ CJE=1.7852E-9
+ VJE=.61361
+ MJE=.31058
+ CJC=145.06E-12
+ VJC=.55779
+ MJC=.42252
+ TF=30.795E-3
+ XTF=9.6827
+ VTF=584.65
+ ITF=15.587
+ TR=10.000E-9)
******
.MODEL MJE13003 npn(IS=3.38476e-13 BF=70.4395 NF=1.46002 VAF=713.551
+IKF=0.2266 ISE=2.74992e-11 NE=2.22158 BR=3.83365
+NR=1.38008 VAR=126.023 IKR=0.100002 ISC=9.43838e-14
+NC=2.29404 RB=10 IRB=0.2 RBM=10
+RE=0.0001 RC=0.061224 XTB=1.35204 XTI=3.03161
+EG=1.206 CJE=4.7174e-10 VJE=0.43016 MJE=0.295041
+TF=1e-08 XTF=1.76126 VTF=4.70624 ITF=0.001
+CJC=7.38617e-11 VJC=0.4 MJC=0.359328 XCJC=0.794116
+FC=0.8 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5
+TR=3.2234e-06 PTF=0 KF=0 AF=1)
* Model generated on Mar 1, 2004\par
* Model format: PSpice\par

*** end of library file

 

 

MOR_AL

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Olá!

Terminei de trabalhar no circuito. Devo ter chegado bem próximo de uma solução para os valores dos indutores do trafo.

Depois, acrescentei um controle tosco de tensão de saída com um opto acoplador (4N25) que consegui colocar o modelo spice no aplicativo.

Seguem os anexos:

1 - Diagrama esquemático.

2 - Curvas da tensão no coletor V índice "c", tensão de saída V0, corrente de coletor Ic (que é a corrente de pra mimário) e Corrente de secundário Isec.

2.1 - Geral para Vcc = 350V.

2.2 - Estendida para Vcc = 350V.

2.3 - Geral para Vcc = 120V.

2.4 - Estendida para Vcc = 120V.

 

Observar que a tensão do coletor está muito boa. Bem saturada, bem cortada e com transições rápidas (para aquele transistor).

Observar também que as correntes de pra mimário e de secundário estão bem retas, como deveriam ser.

A tensão de secundário varia entre 4,8V e 5,1V. Nada mal para um controle tão elementar. A frequência de chaveamento se encontra próxima de 20kHz. Valor ótimo para a dissipação no transistor, para a perda no ferrite do fabricante "Thornthon" e para os diodos de secundário. Aliás, o diodo de secundário poderia ser com maior capacidade de corrente.

 

MOR_AL

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post-683989-0-20562000-1430399580_thumb.

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Olá!

Terminei de trabalhar no circuito. Devo ter chegado bem próximo de uma solução para os valores dos indutores do trafo.

Depois, acrescentei um controle tosco de tensão de saída com um opto acoplador (4N25) que consegui colocar o modelo spice no aplicativo.

Seguem os anexos:

1 - Diagrama esquemático.

2 - Curvas da tensão no coletor V índice "c", tensão de saída V0, corrente de coletor Ic (que é a corrente de pra mimário) e Corrente de secundário Isec.

2.1 - Geral para Vcc = 350V.

2.2 - Estendida para Vcc = 350V.

2.3 - Geral para Vcc = 120V.

2.4 - Estendida para Vcc = 120V.

Observar que a tensão do coletor está muito boa. Bem saturada, bem cortada e com transições rápidas (para aquele transistor).

Observar também que as correntes de pra mimário e de secundário estão bem retas, como deveriam ser.

A tensão de secundário varia entre 4,8V e 5,1V. Nada mal para um controle tão elementar. A frequência de chaveamento se encontra próxima de 20kHz. Valor ótimo para a dissipação no transistor, para a perda no ferrite do fabricante "Thornthon" e para os diodos de secundário. Aliás, o diodo de secundário poderia ser com maior capacidade de corrente.

MOR_AL

As transicoes estão boas... Mas 20khz nao iria fazer barulho!?

Agora que voce disse sobre os núcleos, as minhas fontes eu faco na faixa dos 100khz, algumas ate mais que isso! Tenho uma de 80W a 150Khz, e algumas de 12V em uns 500khz!

Seria problema essas frequencias altas no ferrite?

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Muito bom...

 

Mas a intenção não era simular o circuito real???

 

Sim. Simulei.

Depois de encontrar os valores mais apropriados, decidi incluir na simulação o circuito de realimentação para controlar a tensão de saída.

O importante na simulação do circuito original é obter os valores dos indutores para as formas de onda de boa qualidade.

 

A estabilização pela bobina de realimentação não funcionou? 

 

Esta estabilização é tipo "meia boca". A bobina conduz no mesmo ciclo que a de coletor conduz. A bobina de secundário conduz no outro ciclo. Como esta última tem o circuito equivalente a uma fonte de corrente (não ideal, claro), há certo descasamento de regulagem. A vantagem deste tipo de estabilização pela bobina de realimentação tem justificativa nos casos de carga de bateria. A tensão sobre a bateria tende a ficar quase que constante. Então esta estabilização melhora, realmente um pouco, mas não seria tão importante, no caso de carga de baterias. Atente que estamos falando de um circuito bem barato para carregar baterias baratas de um aparelho barato. Mas claro que há alguma vantagem. Por exemplo, se a carga for retirada, como a bateria, o circuito original tenderia a cortar as oscilações de modo cíclico. É o que se observa nas figuras 2.1 e 2.3, que mostram o comportamento durante um período um pouco maior. Esse comportamento também ocorre no circuito original. E observe que está com carga. Sem a carga, ou mais precisamente, com pouca carga, que ocorre na realidade quando se retira a bateria, o período sem oscilação aumenta muito. Isso poupa o consumo contínuo de energia.

 

As transicoes estão boas... Mas 20khz nao iria fazer barulho!?

Já está fora da parte audível. São 20kHz e seus harmônicos. Quando eu era jovem, me gabava de ser audiófilo. Conseguia ouvir as frequências audíveis mais altas. Na medida que o tempo passa (depois dos 30 anos), infelizmente estas frequências mais altas ficam somente na lembrança. A ladeira é sempre para baixo.

Agora que voce disse sobre os núcleos, as minhas fontes eu faco na faixa dos 100khz, algumas ate mais que isso! Tenho uma de 80W a 150Khz, e algumas de 12V em uns 500khz!

Seria problema essas frequencias altas no ferrite?

 

Você tem que ver a qualidade dos ferrites. Existe uma curva, que expressa o consumo de energia em função da frequência de comutação no núcleo. É o efeito Foucaut. São as perdas parasitas no núcleo.

Durante anos eu vinha observando que no mercado nacional, a maioria dos núcleos que eram comercializados eram fabricados pela Thornton. Esses núcleos não apresentam poucas perdas.

Tomemos como exemplo o núcleo com o material IP6 do catálogo. As perdas, em mW por grama do material, variam mais de UMA DÉCADA se aumentarmos a taxa de chaveamento de 10kHz para 100kHz. Essa taxa varia UMA DÉCADA se aumentarmos a taxa de 20kHz para 100kHz. O mesmo ocorre com o material IP12R.

Sei que você não é adepto dos cálculos, mas com eles podemos chegar ao valor do aumento de temperatura do núcleo. Podemos calcular uma fonte considerando um aumento específico de temperatura do componente magnético.

 

 

Em tempo:

Os componentes R7 e C5, na base do transistor que corta a corrente de primário, estão com valores irisórios. Como se não existissem os componentes. Um curto para o resistor e sem capacitor.

A presença dele no circuito é devido ao fato de haver diferença entre a simulação e o circuito real. A curva amarela alaranjada da corrente de primário, quase nunca é tão perfeita assim. Na realidade a montagem influencia muito nas formas de onda do mesmo circuito. Estes componentes devem ser incluídos na prática, para formar um pequeno filtro passa baixas, para impedir que pulsos de mais alta frequência possam interferir e prejudicar o bom funcionamento do circuito.

 

Em tempo2:

Como é que se impede do editor efetuar correções automáticas nas postagens? Escrevi V índice c e aparece você. Escrevi p r i m á r i o e aparece primário... É! agora ele não corrigiu. Hehehe"!

 

Bom. Pessoal. Acho que é isso aí.

Grato a todos vocês.

MOR_AL

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Em tempo:

Os componentes R7 e C5, na base do transistor que corta a corrente de primário, estão com valores irisórios. Como se não existissem os componentes. Um curto para o resistor e sem capacitor.

A presença dele no circuito é devido ao fato de haver diferença entre a simulação e o circuito real. A curva amarela alaranjada da corrente de primário, quase nunca é tão perfeita assim. Na realidade a montagem influencia muito nas formas de onda do mesmo circuito. Estes componentes devem ser incluídos na prática, para formar um pequeno filtro passa baixas, para impedir que pulsos de mais alta frequência possam interferir e prejudicar o bom funcionamento do circuito.

Em tempo2:

Como é que se impede do editor efetuar correções automáticas nas postagens? Escrevi V índice c e aparece você. Escrevi p r i m á r i o e aparece primário... É! agora ele não corrigiu. Hehehe"!

Bom. Pessoal. Acho que é isso aí.

Grato a todos vocês.

MOR_AL

Por curiosidade, Eu olhei la o grafico do material IP12R: http://www.thornton.com.br/materiais_ip12r.htm

Supondo 1000 gauss, eu teria 30mW/g em 100khz, acho que isso é um valor muito baixo!

Um núcleo NEE 20/10/5, eu compro de monte esse núcleo pra fazer fontes de 5V.... 12V de 1 a 3A (mas em frequencia bem alta... 300khz por exemplo)....

Esse núcleo pesa 3,5g, mas acho que esse numero se refere ao peso de cada pedaço....

então seria 7g de ferrite... então se eu usar 1000 gauss e 100khz, vou ter 210mW no núcleo, esta certo o calculo?

Eu acho que é baixo, se pensar bem, é uma dissipacao igual a de um resistor de 1/4!!!

Por outro lado, aqueles núcleos de po de ferro, eu percebi que sao muito pior que o ferrite!

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Esta estabilização é tipo "meia boca". A bobina conduz no mesmo ciclo que a de coletor conduz. A bobina de secundário conduz no outro ciclo. Como esta última tem o circuito equivalente a uma fonte de corrente (não ideal, claro), há certo descasamento de regulagem. 

 

Bom. Pessoal. Acho que é isso aí.

Grato a todos vocês.

MOR_AL

 

Mas o corte do transistor só é feito durante o outro ciclo, igual com o ciclo de saída.

O único problema aí é o acoplamento entre bobinas.

 

Ao meu ver, em questão de estabilidade, esta estabilização pela bobina de realimentação deve funcionar de modo semelhante ao acoplamento via trafinho que o senhor citou.

Aqui também a referência de estabilização é transmitida pelo acoplamento do trafo 

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A estabilizacao da fonte pela bobina auxiliar é feita atraves da tensão negativa do capacitor de 47uF... Esse capacitor é carregado somente no corte do chaveador, ou seja, no mesmo tempo que a energia é transferida pro secundario ele tambem recebera parte dessa energia para se carregadar...

Sendo assim, sua tensão ficara em proporcao com o secundario!

Mas devido a resistencia dos fios e falta de acoplamento, se por exemplo o secundario estiver drenando uma corrente alta, a tensão caira pois a tensão na bobina auxiliar nao caira nessa mesma proporcao devido as perdas.... A estabilizacao fica com baixa precisao!

Fica com um efeito de fator de amortecimento, esse fator fica baixo com realimentacao feita em bobina diferente da de saida!

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Por curiosidade, Eu olhei la o grafico do material IP12R: http://www.thornton.com.br/materiais_ip12r.htm

Supondo 1000 gauss, eu teria 30mW/g em 100khz, acho que isso é um valor muito baixo! Sim. Mas também tem que acrescentar as perdas nos enrolamentos.

Um núcleo NEE 20/10/5, eu compro de monte esse núcleo pra fazer fontes de 5V.... 12V de 1 a 3A (mas em frequencia bem alta... 300khz por exemplo).... Bom. Repare que no diagrama as curvas terminam em 100kHz.

Esse núcleo pesa 3,5g, mas acho que esse numero se refere ao peso de cada pedaço.... Sim.

então seria 7g de ferrite... então se eu usar 1000 gauss e 100khz, vou ter 210mW no núcleo, esta certo o calculo? Sim!

Eu acho que é baixo, se pensar bem, é uma dissipacao igual a de um resistor de 1/4!!!

 

Normalmente se considera o mesmo valor de perda nos fios das bobinas. Então aí teríamos 420mW. Já começaria a pesar na eficiência da fonte. Acrescente-se o fato do efeito spin, que grande parte da corrente teima em passar pela região mais próxima da superfície dos fios.

Por outro lado, aqueles núcleos de po de ferro, eu percebi que sao muito pior que o ferrite! Não sei lhe informar. Não conheço deve ser.

MOR_AL

Mas o corte do transistor só é feito durante o outro ciclo, igual com o ciclo de saída.

O único problema aí é o acoplamento entre bobinas.

 

Ao meu ver, em questão de estabilidade, esta estabilização pela bobina de realimentação deve funcionar de modo semelhante ao acoplamento via trafinho que o senhor citou.

Aqui também a referência de estabilização é transmitida pelo acoplamento do trafo 

 

O problema entre o primário e o secundário é que ao final do semi ciclo ativo do enrolamento primário, há energia armazenada sob a forma de campo magnético. Quando o semi ciclo muda, o secundário capta esta energia magnética. Não há interação direta entre o primário e o secundário, como nos transformadores. Quando uma bobina conduz, a outra mantém a relação entre espiras para a tensão, mas não há corrente circulando diretamente entre os enrolamentos. Por isso é que eu mencionei "meia boca". Observe em fontes do tipo forward e push-pull A tensão de secundário segue a lei dos transformadores. Se desconsiderarmos a queda de tensão nos fios dos enrolamentos, pode-se regular a saída pelo primário de modo MELHOR que em fontes do tipo flyback, pois há uma relação de tensão e corrente entre os enrolamentos. Na fonte flyback apenas há a relação de tensão. As correntes diferentes de zero ocorrem em ciclos diferentes.

Mesmo em fontes com transformador, como forward ou push pull é melhor fazer a regulação obtendo informação diretamente do ponto em que se deseja regular. Um divisor resistivo é muito mais preciso e confiável, quando é conectado na saída da fonte.

Um último detalhe.

Se você fizer uma fonte flyback com mais de um secundário, a regulação se dará apenas na saída onde você coloca o sensor (resistores). A outra saída não fica regulada.

Já fiz isso e confirmei.

É que como eu já mencionei, o circuito secundário é como se fosse uma FONTE DE CORRENTE. A corrente fica mais amarrada que a tensão. é também por isso que nas fontes do tipo flyback, os capacitores eletrolíticos de secundário possuem um valor grande.

Como a tensão sobre ele varia com a corrente. Se ele for de grande valor, a variação da tensão tende a diminuir. V = Delta I * Delta T / C .

Quanto maior o capacitor menor a variação de V.

MOR_AL

A estabilizacao da fonte pela bobina auxiliar é feita atraves da tensão negativa do capacitor de 47uF... Esse capacitor é carregado somente no corte do chaveador, ou seja, no mesmo tempo que a energia é transferida pro secundario ele tambem recebera parte dessa energia para se carregadar...

Sendo assim, sua tensão ficara em proporcao com o secundario!

Mas devido a resistencia dos fios e falta de acoplamento, se por exemplo o secundario estiver drenando uma corrente alta, a tensão caira pois a tensão na bobina auxiliar nao caira nessa mesma proporcao devido as perdas.... A estabilizacao fica com baixa precisao!

Fica com um efeito de fator de amortecimento, esse fator fica baixo com realimentacao feita em bobina diferente da de saida!

 

Sim. É isso mesmo, que ocorre.

MOR_AL

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