Como projetar uma fonte chaveada?

Marcio Relvas · 6 de agosto de 2015

Boa noite, eu queria aprender a projetar fontes chaveadas para a firma onde trabalho pois ainda usam fontes convecionais.Tenho estudado bastante sobre o assunto mas o unico livro bom que eu encontrei foi o Projetos de Fontes Chaveadas do Luiz Fernando Pereira de Mello mas a teoria é apresentada de maneira muito difícil e com pouca explicação, o autor apenas joga um monte de fórmulas em voce e não explica detalhes como a construção do transformador e uma tal de função de transferencia com zeros e polos da função, enfim eu gostaria que vocês pudessem me indicar algum material ou alguma explicação de como projetar uma fonte chaveada confiavel.

rjjj · 6 de agosto de 2015

As etapas de projeto referentes a uma fonte de alimentação chaveada são as mesmas de uma fonte genérica, mas com uma característica especial: o regulador de tensão não é linear, mas sim chaveado, o que aumenta bastante a eficiência do circuito como um todo .

Assim, o seu problema resume-se em como criar um regulador chaveado, sendo que para esse tipo de circuito basicamente existem as configurações abaixadora, elevadora e inversora. Contudo, caso queira construir fontes chaveadas com menos complicações, recomendo o uso de circuitos integrados de reguladores chaveados, como os da série LM2575.

Espero ter ajudado .

.if · 6 de agosto de 2015

Talvez não valha a pena queimar neurônios. Recomendo dar uma olhadela no ci top222 p.ex. Veja que minimalismo bacana...

Obviamente, depende da potência que desejas

O amigo França tem mais 'chaves' para chaveadas... (ai que engraçado)

xyko-2020 · 6 de agosto de 2015

... ou baixe o programa PI Expert

http://ac-dc.power.com/design-support/pi-expert/pi-expert-suite-download/

O resto é comprar os componentes e montar.

MOR_AL · 6 de agosto de 2015

Boa noite, eu queria aprender a projetar fontes chaveadas para a firma onde trabalho pois ainda usam fontes convecionais.Tenho estudado bastante sobre o assunto mas o unico livro bom que eu encontrei foi o Projetos de Fontes Chaveadas do Luiz Fernando Pereira de Mello mas a teoria é apresentada de maneira muito difícil e com pouca explicação, o autor apenas joga um monte de fórmulas em voce e não explica detalhes como a construção do transformador e uma tal de função de transferencia com zeros e polos da função, enfim eu gostaria que vocês pudessem me indicar algum material ou alguma explicação de como projetar uma fonte chaveada confiavel.

O caminho para entender sobre o projeto de fontes chaveadas é árduo. Por isso o autor do livro "jogou" as fórmulas. Se colocasse como as obteve, o livro teria muito mais páginas.

Eu fiz alguns tutoriais que encontram-se distribuídos pelos fóruns. Já nem sei mais como encontrá-los.

Em alguns desses tutoriais eu começo bem do básico, para se entender como a corrente no indutor varia.

Em outros eu mostro como se chegar às fórmulas. É pura álgebra do ensino médio, mas também tem cálculo integral e teoria dos circuitos elétricos da faculdade. Em um último tutorial, eu mostro como chegou-se às fórmulas e a sequência do uso de cada uma delas para se calcular a fonte.

Sim. Quase todas baseadas em fonte flyback.

O problema dos aplicativos existentes é que eles calculam as fontes sim, mas os núcleos são fabricados por eles. Importados.

Como você está reclamando que o autor colocou as fórmulas e não explicou, então pressuponho que você deseja entendê-las. Para isso somente os livros contém material que você procura.

Em último caso. Se você usar os aplicativos que calculam a fonte e não quiser usar os núcleos deles, teria que:

1 - Ler e estudar por um livro. O "Transformer and Inductor Design Handbook".

2 - Estudar sobre as curvas Hanna.

O nível de escolaridade seria para o terceiro grau.

Finalmente:

Tem muita gente boa, aqui mesmo no fórum, que pode resolver o problema de cálculo de fonte chaveada sem um conhecimento bem detalhado da teoria. É uma combinação de experiência e poucas fórmulas.

Mas se desejar conhecer os detalhes, como por exemplo a elevação da temperatura no núcleo ou o cálculo da geometria do núcleo, não vai conseguir sem o auxílio dos livros.

Bons projetos.

MOR_AL

xyko-2020 · 6 de agosto de 2015

@MOR

Deixa o amigo aprender!!!!

É forum, não escola.

Sacou?

albert_emule · 6 de agosto de 2015

Se ele seguir a risca as minhas dicas, ele replica uma fácil fácil:

http://eletronicaedownloads.blogspot.com.br/2014/06/projeto-e-calculo-dos-indutores-de-uma.html

Um dos tutoriais do MOR_AO:

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxlbGV0cm9udGVjY29tYnJ8Z3g6M2RjZDIwZTY4NDIxODgyNQ

Pode ajudar no dimensionamento do trafo.

Observação: As fontes que usam CI com PWM fixo funcionam com o mesmo transformador, do mesmo jeito. Aprendendo esta auto-oscilante, você aprende as outras com CI.

Neste blog eu tentei reunir o que aprendi nos fóruns.

O assunto é tratado superficialmente, da forma mais simples e o experimento pode ser replicado por qualquer técnico em eletrônica experiente.

É um bom caminho, pois o artigo cita a teoria básica, e a partir de cada fenômeno que foi citado (Tensão reversa, armazenamento de energia em indutores..), o peticionário pode prosseguir com os estudos, pesquisando os fenômenos eletromagnéticos no google.

Marcio Relvas · 7 de agosto de 2015

Obrigado pelas respostas pessoal, eu já havia visto outros topicos com vocês albert_emule e especialmente o Mor que parece ser fera em projetar fontes chaveadas. Eu tentei usar o PI Expert mas só faz fontes de tipo flyback e com tensão de no maximo 100V. Eu precisava fazer uma fonte de 130V( a corrente eu ainda não sei) e 5V X 2A na mesma fonte e tambem outras mais potentes. A respeito do circuito de controle pelo o q entendi tem q monitorar a tensão de saida atraves de um diodo zener ou tl431 em serie com o acoplador otico e quando chegar na tensão deve conduzir e ai é q complica um pouco, eu sei q nas auto oscilantes deve desligar o mosfet mas nas com ci pwm deve se comparar com uma tensão de referencia q depois é comparada com a tensão da rampa e ai varia o ciclo ativo desligado a saida, mas nessa parte é preciso muitos calculo tambem?

Eu também gostaria por favor de uma opinião de vocês, na firma onde eu trabalho uma maquina usa um transformador de 45V e 1800VA para alimentar uma resistencia, esse transformador é grande e pesado, vocês acham q vale a pena trocar por uma fonte chaveada tipo full-bridge de 45V por 100A?E seria mais barato?

albert_emule · 7 de agosto de 2015

Eu também gostaria por favor de uma opinião de vocês, na firma onde eu trabalho uma maquina usa um transformador de 45V e 1800VA para alimentar uma resistencia, esse transformador é grande e pesado, vocês acham q vale a pena trocar por uma fonte chaveada tipo full-bridge de 45V por 100A?E seria mais barato?

A máquina já está instalada com o transformador?

Trocar por fonte chaveada só iria te gerar um custo a mais.

Há não ser que a máquina necessite de certa mobilidade, onde o transformador existente tenha algum impeditivo.

aphawk · 7 de agosto de 2015

@albert_emule

Não conhecia esse post e o blog, muito bom, simples e prático.

Meus parabéns pela didática, meu amigo ! Até eu consegui entender, mesmo detestando fonte chaveada !

Paulo

MOR_AL · 7 de agosto de 2015

@MOR

Deixa o amigo aprender!!!!

É forum, não escola.

Sacou?

Sinceramente, não entendi.

Apenas mostrei os caminhos, independente de ser fórum ou escola.

Por favor explique sua colocação com maiores detalhes.

Grato.

Se ele seguir a risca as minhas dicas, ele replica uma fácil fácil:

http://eletronicaedownloads.blogspot.com.br/2014/06/projeto-e-calculo-dos-indutores-de-uma.html

.

Ótimo blog Albert.

Parabéns.

MOR_AL

.if · 7 de agosto de 2015

ctrl-c ctrl-v nas letras do moris

xyko-2020 · 7 de agosto de 2015

@MOR

Compatilhamento

Não escola

MOR_AL · 7 de agosto de 2015

@MOR

Compatilhamento

Não escola

Desculpe.

Continuo sem entender sua colocação.

Talvez se puder detalhar seu pensamento, eu entenda o sentido de suas três palavras.

Enquanto isso, até maiores esclarecimentos seus, terei que continuar agindo baseado em meu comportamento original.

Grato.

MOR_AL

xyko-2020 · 7 de agosto de 2015

Desculpe.

Continuo sem entender sua colocação.

Talvez se puder detalhar seu pensamento, eu entenda o sentido de suas três palavras.

Enquanto isso, até maiores esclarecimentos seus, terei que continuar agindo baseado em meu comportamento original.

Grato.

MOR_AL

Bastaria meia palavra...

Acho que vai ficar sem entender até que aprenda esta meia....

Obrigado!

albert_emule · 7 de agosto de 2015

Bastaria meia palavra...

Acho que vai ficar sem entender até que aprenda esta meia....

Obrigado!

Também não entendi rsrsrs.

O nosso colega de fórum sempre nos orientando com a sua objetividade, essencial na engenharia.

O projeto do peticionário não deixa de ser uma obra de engenharia.

.if · 7 de agosto de 2015

esquece môr(es). De chico o 6 nunca vão entender mesmo.

Chico, acho que só eu entendo você amigo.. ou não... kk

Marcio Relvas · 8 de agosto de 2015

Eu li o meterial q o albert_emule passou e é realmente muito bom e você Mor_AL já pensou em escrever um livro sobre fontes chaveadas? O seu tutorial sobre teste de indutores e transformadores é excelente, a pena é que eu não tenho osciloscopio e nem pretendo pedir ao patrão para comprar( é japonês mão de vaca kkkkk) mas se alguem souber de um site q venda osciloscopios a um bom preço me diga por favor. Agora vamos à teoria, para uma fonte tipo flyback com a formula Lp = (D^2 Ve^2) / (2 Fs Ps) sendo Lp a indutancia do primário, D o ciclo ativo, Ve tensão de entrada, Fs frequencia de chaveamento e Ps potencia total da saida, eu calculo o valor da indutancia do primário e então com a formula L = AL N^2 sendo L indutancia, AL fator de indutancia e N numero de espiras, só com essas formulas caso seja possivel encontrar um fabricante q forneça o AL eu já consigo dimensionar o transformador?

MOR_AL · 8 de agosto de 2015

Bastaria meia palavra...

Acho que vai ficar sem entender até que aprenda esta meia....

Obrigado!

Lamento!

Só acredito que esta não deveria ser uma resposta adequada de um moderador.

Enfim. Não o incomodarei mais.

Grato.

MOR_AL

Eu li o meterial q o albert_emule passou e é realmente muito bom e você Mor_AL já pensou em escrever um livro sobre fontes chaveadas? O seu tutorial sobre teste de indutores e transformadores é excelente, a pena é que eu não tenho osciloscopio e nem pretendo pedir ao patrão para comprar( é japonês mão de vaca kkkkk) mas se alguem souber de um site q venda osciloscopios a um bom preço me diga por favor. Agora vamos à teoria, para uma fonte tipo flyback com a formula Lp = (D^2 Ve^2) / (2 Fs Ps) sendo Lp a indutancia do primário, D o ciclo ativo, Ve tensão de entrada, Fs frequencia de chaveamento e Ps potencia total da saida, eu calculo o valor da indutancia do primário e então com a formula L = AL N^2 sendo L indutancia, AL fator de indutancia e N numero de espiras, só com essas formulas caso seja possivel encontrar um fabricante q forneça o AL eu já consigo dimensionar o transformador?

Olá Marcio.

Apesar de eu não ter incluído esta fórmula, cabe aqui um comentário.

Considerando a frequência Fs fixa, ditada pelo CI de controle.

O cálculo de Lp tem que satisfazer a pior condição dos valores da fórmula. Pois bem.

Há duas condições limites.

1 - Máxima potência de secundário Ps, que passa a valer Psmáx. Ve na condição de mínima tensão de entrada Ve, que passa a valer Vemín. Considerando o valor mínimo instantâneo da tensão retificada e não o valor médio quando a tensão for mínima. Nessa condição, o valor de D (Ton) teria que ser o máximo, para que a energia, por ciclo, seja máxima, D valeria Dmáx. Mas aí há um detalhe. A fonte flyback pode funcionar em duas condições. Em modo descontínuo, quando a energia de um ciclo é totalmente transferida para o secundário e em modo contínuo, quando a energia de cada ciclo não é transferida totalmente para o secundário ao final do ciclo. Cada uma delas tem vantagens e desvantagens. O mais comum é o funcionamento no modo descontínuo. Este modo permite que o acionamento (chave ligando) do dispositivo de comutação se dê sem potência dissipada na condução (Ip = 0A). Considerando este modo, o valor teórico máximo para D seria 0,5 e o valor prático seria 0,45. Valores maiores de D em modo contínuo podem existir, porém a tensão sobre a chave, durante o período de condução da energia para o secundário, aumentaria demasiadamente. Isso afeta na escolha da máxima tensão de bloqueio da chave. Em um tutorial perdido, eu parto da premissa que o valor da tensão de bloqueio da chave é importante a ponto de limitar os valores dos outros parâmetros.

2 - O caso de máxima tensão de alimentação Vemáx, consumo mínimo (Psmín). Nesta situação, o valor de D deve ficar limitado a um valor mínimo Dmín.

Este valor é importante porque abaixo de um determinado valor, o dispositivo de chaveamento não possui tempo de cortar e de conduzir adequadamente. Normalmente se estipula um Dmín igual a 0,05, ou 1/20 do período (1/Fs). Escolhendo uma frequência de 50kHz para Fs, então o período seria de 20us. O período Dmín seria de 0,05 x 20us = 1us. Sua chave teria que comutar (conduzir e cortar) em bem menos tempo de 1us, para que a corrente de primário possa fluir corretamente pelo primário do trafo. Atualmente os CIs controladores não geram comutação quando o valor de D cai abaixo do mínimo, justamente para não permitir que a chave fique consumindo potência sem acrescentar energia ao primário.

É por este motivo que não uso esta fórmula, pois, teoricamente, levaria a dois valores diferentes de Lp. O que ocorre na realidade é que um dos valores limites de D não fica claro.

MOR_AL

Marcio Relvas · 8 de agosto de 2015

Entendi MOR_AL deve considerar as condições mais criticas do circuito, mas nesse caso como eu devo proceder para dimensionar o transformador? E como saber qual núcleo atende ao circuito, fui no site da thorton e lá tem informações como a area efetiva, volume efetivo, tamanho do gap etc. Tem alguma formula para calcular esses parametros ou seria melhor partir para a pratica e testar varios núcleos e ver se atingi a região do joelho. E como proceder para enrolar os fios? São tantas perguntas q podem desanimar a maioria mas eu quero encarar esse desafio.

MOR_AL · 8 de agosto de 2015

Entendi MOR_AL deve considerar as condições mais criticas do circuito, mas nesse caso como eu devo proceder para dimensionar o transformador? E como saber qual núcleo atende ao circuito, fui no site da thorton e lá tem informações como a area efetiva, volume efetivo, tamanho do gap etc. Tem alguma formula para calcular esses parametros ou seria melhor partir para a pratica e testar varios núcleos e ver se atingi a região do joelho. E como proceder para enrolar os fios? São tantas perguntas q podem desanimar a maioria mas eu quero encarar esse desafio.

Como eu afirmei antes, encarar este desafio é um caminho árduo.

Tem três opções:

1 - Escolher um núcleo e ver se dá certo. Aí ir alterando.

2 - Seguir os passos do livro. O livro que você mencionou apresenta uma metodologia. A outra, mais detalhada é encontrada no outro livro que eu acho que já postei neste tópico.

3 - Seguir um tutorial meu. Não sei mais onde eu encontro. Neste tutorial eu:

3.1 - Parto de algumas diretivas.

3.2 - Deduzo as fórmulas.

3.3 - Apresento a sequência de cálculo das fórmulas.

Aí eu chego aos valores das indutâncias de primário e de secundário.

O passo seguinte é determinar o núcleo, o gap e o número de espiras. Pode usar o manual da Thornton, ou o livro do brasileiro, ou o livro do Colonel Mc alguma coisa, ou as curvas Hanna que eu levantei para um tipo de material dos núcleos da Thornton.

A partir daí, vale a pena testar o trafo conforme um dos meus tutoriais, que apresentam um circuito que eu projetei. Ele serve para testar o trafo nas condições bem próximas das correntes e das tensões que existirão na fonte.

É necessário o uso de um osciloscópio e de um transformador isolador, para que o osciloscópio não queime.

@Albert.

Como você está utilizando o osciloscópio para medir as formas de onda no primário? Como você faz com relação ao isolamento galvânico entre o terra do osciloscópio e os fios da rede elétrica?

MOR_AL

albert_emule · 8 de agosto de 2015

@Albert.

Como você está utilizando o osciloscópio para medir as formas de onda no primário? Como você faz com relação ao isolamento galvânico entre o terra do osciloscópio e os fios da rede elétrica?

MOR_AL

Eu uso um módulo isolador da microsol:

Alimento só o osciloscópio.

Dá no mesmo que um trafo isolador. Só tem que ver quem é mais barato:

http://www.casasbahia.com.br/Informatica/ProtecaoEletrica/Estabilizadores/Modulo-Isolador-Estabilizado-G3-APC-300VA-4933243.html

Já para medir o primário eu simplesmente plugo na bobina primária a garra de jacaré e a ponteira.

Daí posso inverter a polaridade da medição, se for de minha preferência.

MOR_AL · 9 de agosto de 2015

Eu uso um módulo isolador da microsol:

...

Alimento só o osciloscópio.
Dá no mesmo que um trafo isolador. Só tem que ver quem é mais barato:

Já para medir o primário eu simplesmente plugo na bobina primária a garra de jacaré e a ponteira.

Daí posso inverter a polaridade da medição, se for de minha preferência.

Legal.

Eu mandei fazer um trafo isolador para 150 VA. Mas com bastante folga nos parâmetros:

1 - Área da perna central = 19,2 cm².

2 - Ferro "E" com 11,5 cm x 7,5 cm.

3 - Peso 4kg.

Acredito que possa suportar bem mais VA.

Valeu.

MOR_AL

mroberto98 · 9 de agosto de 2015

Obrigado pelas respostas pessoal, eu já havia visto outros topicos com vocês albert_emule e especialmente o Mor que parece ser fera em projetar fontes chaveadas. Eu tentei usar o PI Expert mas só faz fontes de tipo flyback e com tensão de no maximo 100V. Eu precisava fazer uma fonte de 130V( a corrente eu ainda não sei) e 5V X 2A na mesma fonte e tambem outras mais potentes. A respeito do circuito de controle pelo o q entendi tem q monitorar a tensão de saida atraves de um diodo zener ou tl431 em serie com o acoplador otico e quando chegar na tensão deve conduzir e ai é q complica um pouco, eu sei q nas auto oscilantes deve desligar o mosfet mas nas com ci pwm deve se comparar com uma tensão de referencia q depois é comparada com a tensão da rampa e ai varia o ciclo ativo desligado a saida, mas nessa parte é preciso muitos calculo tambem?

Eu também gostaria por favor de uma opinião de vocês, na firma onde eu trabalho uma maquina usa um transformador de 45V e 1800VA para alimentar uma resistencia, esse transformador é grande e pesado, vocês acham q vale a pena trocar por uma fonte chaveada tipo full-bridge de 45V por 100A?E seria mais barato?

Pra essa potencia, teria que ser pelo menos half bridge!

Como eu afirmei antes, encarar este desafio é um caminho árduo.

Tem três opções:

1 - Escolher um núcleo e ver se dá certo. Aí ir alterando.

2 - Seguir os passos do livro. O livro que você mencionou apresenta uma metodologia. A outra, mais detalhada é encontrada no outro livro que eu acho que já postei neste tópico.

3 - Seguir um tutorial meu. Não sei mais onde eu encontro. Neste tutorial eu:

3.1 - Parto de algumas diretivas.

3.2 - Deduzo as fórmulas.

3.3 - Apresento a sequência de cálculo das fórmulas.

Aí eu chego aos valores das indutâncias de primário e de secundário.

O passo seguinte é determinar o núcleo, o gap e o número de espiras. Pode usar o manual da Thornton, ou o livro do brasileiro, ou o livro do Colonel Mc alguma coisa, ou as curvas Hanna que eu levantei para um tipo de material dos núcleos da Thornton.

A partir daí, vale a pena testar o trafo conforme um dos meus tutoriais, que apresentam um circuito que eu projetei. Ele serve para testar o trafo nas condições bem próximas das correntes e das tensões que existirão na fonte.

É necessário o uso de um osciloscópio e de um transformador isolador, para que o osciloscópio não queime.

@Albert.

Como você está utilizando o osciloscópio para medir as formas de onda no primário? Como você faz com relação ao isolamento galvânico entre o terra do osciloscópio e os fios da rede elétrica?

MOR_AL