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Como projetar uma fonte chaveada?


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Mor_Al será q você podia me mandar o material q você criou para projetar fontes chaveadas por favor. E por que o osciloscopio pode queimar, o que acontece exatamente para isso acontecer? E sobre a fonte q eu mencionei de 130V é para uma maquina de flocagem cujo circuito é igual saida horizontal de televisão de tubo com flyback e ci 555 como oscilador.

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Mor_Al será q você podia me mandar o material q você criou para projetar fontes chaveadas por favor. E por que o osciloscopio pode queimar, o que acontece exatamente para isso acontecer? E sobre a fonte q eu mencionei de 130V é para uma maquina de flocagem cujo circuito é igual saida horizontal de televisão de tubo com flyback e ci 555 como oscilador.

Qual e a potencia disso?

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@MOR

 

Você conhece algum mosfet ou transistor bipolar barato e de fácil aquisição no comércio, para uns 700 ou 800V, com capacidade para até uns 6 amperes?  

 

Certa vez vi no Ebay.

Este mosfet tem carga de gate baixa, ideal para receber o sinal direto do CI.

FQP8N80C/FQPF8N80C  800V - 8A @25ºC, 5,5A @ 100ºC.

 

Esse transistor é facílimo de se encontrar, mas tem limitações.

MJE13007 - 700V/8A

 

MOR_AL

Mor_Al será q você podia me mandar o material q você criou para projetar fontes chaveadas por favor. E por que o osciloscopio pode queimar, o que acontece exatamente para isso acontecer? E sobre a fonte q eu mencionei de 130V é para uma maquina de flocagem cujo circuito é igual saida horizontal de televisão de tubo com flyback e ci 555 como oscilador.

Bom.

Vamos lá.

 

1 - Projetar fontes chaveadas sem usar osciloscópio para testar não dá certo. É importante verificar se as formas de onda das tensões e correntes, conferem com as do projeto.

 

2 - Fontes com duas tensões de saída e do tipo flyback não estabilizam a tensão das duas saídas ao mesmo tempo, pois a realimentação só vem de uma delas. Como o circuito de secundário é equivalente a uma fonte de corrente, então o secundário que não tiver realimentação vai variar mais com a carga.

Apesar disso ser também válido para as fontes de outros tipos, estas possuem um circuito equivalente de secundário como fonte de tensão, ficando as tensões de secundário mais estáveis.

 

3 - Por fim. Você não especificou a corrente de sua fonte de 130V. Também não especificou a precisão das tensões de saída e nem os limites das tensões de entrada. Faltaria também especificar os limites das correntes de secundário.

 

Talvez fosse melhor fonte chaveada com outra topologia. Suas respostas é que vão direcionar qual seria a topologia mais conveniente para a sua fonte.

 

Por fim, lembre-se que o ótimo é inimigo do bom. De nada adianta especificar uma fonte com parâmetros super bons, se o custo do projeto for demasiado ou for um projeto praticamente impossível.

MOR_AL

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Albert_emule obrigado pelo video foi bem esclarecedor( e preocupante :eek:), então vou ter q comprar um transformador isolador junto com o osciloscopio (ai meu bolso já está doendo), e eu gostaria da opnião de vocês a respeito dos simuladores de eletronica, eles podem ajudar?. Eu tentei usar o proteus mas essa nova versão dá muitos erros, na antiga eu tinha conseguido fazer uma chaveada auto oscilante. E no livro Projetos de Fontes Chaveadas o autor usa o PSim para simular, vocês já usaram algum software para auxiliar no projeto?

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Albert_emule obrigado pelo video foi bem esclarecedor( e preocupante :eek:), então vou ter q comprar um transformador isolador junto com o osciloscopio (ai meu bolso já está doendo), e eu gostaria da opnião de vocês a respeito dos simuladores de eletronica, eles podem ajudar?. Eu tentei usar o proteus mas essa nova versão dá muitos erros, na antiga eu tinha conseguido fazer uma chaveada auto oscilante. E no livro Projetos de Fontes Chaveadas o autor usa o PSim para simular, vocês já usaram algum software para auxiliar no projeto?

 

Eu uso o SIMETRIX. É free até uma grande quantidade de componentes.

Tentei me adaptar ao LTSpice , mas achei ele muito lento.

MOR_AL

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Boa noite, eu fiz download do livro Transformer and Inductor Design Handbook - Colonel, só falta conseguir traduzi-lo, realmente o livro parece excelente em explicar como dimensionar transformadores de fonte chaveada, quanto ao osciloscópio aqueles para pc podem ser usados, será q é seguro? E quanto ao ci pwm qual vocês recomendam? 

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Eu gostaria de agradecer a todos que tentaram me ajudar. Eu vi um tópico chamado tutorial fontes chaveadas do Albert emule e cheguei à conclusão que acabaria fazendo as mesmas perguntas, especialmente sobre as curvas hanna que eu ainda não entendi muito bem. Enfim vou continuar estudando até conseguir confiança suficiente para montar uma fonte chaveada ( e explodir alguns mosfet kkkk) e enfim se alguém tiver algum material ou livro ou mais algum conselho para me dar eu agradeço, obrigado.  

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Eu gostaria de agradecer a todos que tentaram me ajudar. Eu vi um tópico chamado tutorial fontes chaveadas do Albert emule e cheguei à conclusão que acabaria fazendo as mesmas perguntas, especialmente sobre as curvas hanna que eu ainda não entendi muito bem. Enfim vou continuar estudando até conseguir confiança suficiente para montar uma fonte chaveada ( e explodir alguns mosfet kkkk) e enfim se alguém tiver algum material ou livro ou mais algum conselho para me dar eu agradeço, obrigado.  

Muito bem.

As curvas Hanna foram idealizadas por C. R. Hanna (claro né?).

Ele escreveu um "paper" no periódico "Transactions A. I. E. E." em fevereiro de 1927. Em bibliotecas de faculdade de eng. Elétrica deve haver tal periódico. Também pode-se baixar na net (acho que free, bastando se cadastrar).

Pesquisar por: Design of reactances and transformers which carry Direct Current Hanna

Na época nem se pensava que este paper seria muito útil para a determinação prática de indutores em fontes chaveadas.

A grande característica, é que basta escolher um núcleo com o material desejado e levantar o ponto de início de saturação para diversos gaps. Daí cria-se a tal curva Hanna.

O início da saturação é bem mostrado em um tutorial que já disponibilizei.

Partindo-se das especificações do indutor, como valor, corrente de pico, e frequência de trabalho, calculados anteriormente, pode-se escolher o formato do núcleo (geometria). Entrando-se com estes valores, obtém-se o tamanho do núcleo, o número de espiras, o diâmetro do fio e o espaçamento entre os núcleos (gap).

Caso se tenha escolhido um núcleo de tamanho pequeno, o que vai ocorrer é que os cálculos intermediários vão mostrar que a área da janela é menor que a área ocupada pelos enrolamentos. Daí passa-se para um núcleo comercial imediatamente maior. Na realidade você escolhe o tamanho do núcleo mais em função do tamanho do gap, para que nem dê muito pequeno (menor que 0,15mm) ou muito grande (maior que 2mm).

O legal disso é que você fica independente de ter que importar núcleos. Pode escolher um núcleo vendido (ou fabricado) aqui no Brasil e levantar a tal curva Hanna.

Para levantar a curva Hanna é necessário um osciloscópio, e um circuito como o que eu apresentei em algum tutorial. Não é necessário uma ponta de prova de corrente e nem um osciloscópio com memória (ou máquina fotográfica), apesar de ajudarem e muito.

 

É claro que você tem que, antes, saber projetar a fonte, considerando as diretivas que mais lhe convierem. Este detalhe não vi nos aplicativos que calculam a fonte (flyback). Fiz alguns tutoriais em que levam em conta algumas diretivas, de acordo com as necessidades.

Leiam e procurem entender o tal paper, pois ele é a base e é usado em quase todos os aplicativos que calculam fontes flyback.

 

Depois de lerem este paper e o livro do Colonel, posso tentar fazer uma "receita de bolo" para, a partir da determinação dos parâmetros do indutor, chegar ao componente na prática.

 

Bons estudos.

 

MOR_AL

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@Mor_AL

 

Eu tenho algumas perguntas sobre o seu tutorial sobre as curvas Hanna:

 

1- você mostra duas formulas cujo resultado deve ser marcado nos eixos x e y (senão for isso me corrija), mas qual é o resultado dessas formulas, deve-se colocar o tamanho do gap no eixo x e a corrente( ou alguma coisa em Joules) no y? Ou é o ciclo ativo?

 

2-Quanto ao circuito usando o 555 você mostra que o melhor é usar uma entrada de 100V mas pode ser usado 12V, não deveria se usar as tensões mínimas e máximas do projeto como 110 e 220V?

 

Ajudaria muito se você puder me mostrar uma curva Hanna já pronta, Obrigado.

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@Mor_AL

 

Eu tenho algumas perguntas sobre o seu tutorial sobre as curvas Hanna:

 

1- você mostra duas formulas cujo resultado deve ser marcado nos eixos x e y (senão for isso me corrija), mas qual é o resultado dessas formulas, deve-se colocar o tamanho do gap no eixo x e a corrente( ou alguma coisa em Joules) no y? Ou é o ciclo ativo?

 

Calculei a curva Hanna para o material disponível com maior facilidade no mercado brasileiro (na época). Ferrites IP6 da Thornton.

O procedimento para o uso da curva Hanna é o seguinte:

Dados:

L em Henries, IL(pk) em amperes  e F em Hz.

 

1 - Calculo a potência instantânea máxima no indutor em watts.

2 - Gosto dos núcleos "E", sendo assim, já tenho uma aproximação dos tamanhos em função da potência, mas não é necessário. Escolho/chuto um determinado tamanho de núcleo "E".

3 - Calculo o valor da expressão do eixo horizontal da curva Hanna.

4 - Marco o valor no eixo e retiro os valores da distância entre os dois núcleos "Es" e o valor no eixo vertical. Verifico se o valor da distância está dentro do esperado. Detalhe mostrado anterior, na minha penúltima postagem.

5 - Como a curva foi feita para o núcleo E(42-21-15), faço o ajuste do espaçamento, para o núcleo escolhido.

6 - Do valor no eixo vertical, calculo o número de espiras.

7 - Calculo o fio de maior diâmetro sem que seu enrolamento ocupe mais que a área da janela dos 2 núcleos.

 

Como anteriormente já tinha calculado a área da seção reta do fio em função da frequência (livro do colonel), Verifico se o fio do item 7 é tão grosso ou mais que o desejado (livro). Caso o fio calculado no item 7 seja mais fino, parto para o núcleo imediatamente maior e refaço os cálculos.

 

2-Quanto ao circuito usando o 555 você mostra que o melhor é usar uma entrada de 100V mas pode ser usado 12V, não deveria se usar as tensões mínimas e máximas do projeto como 110 e 220V?

 

Não sei de onde eu escrevi isso que você menciona, mas aí vai:

1 - Os 12V são necessários para alimentar o circuito de baixa tensão. O 555 e o drive.

2 - Pode-se dispensar o circuito de alta tensão para se conhecer o início do joelho do indutor/trafo. Bastaria usar o circuito de 12V com um Ton maior. A ideia seria identificar o valor da corrente em que o indutor começa a entrar no joelho. Isso é bom, mas não é tudo, já que não se testou em condições de máxima tensão de uso do projeto. Outro inconveniente é que a queda de tensão tanto no mosfet, como no resistor de source, são apenas uma ordem de grandeza menor que a tensão no indutor. Isso leva a perda de precisão nas medidas.

3 - O uso de alta tensão no teste seria o ideal, porém é imperativo o isolamento galvânico do terra do circuito com a rede elétrica.

 

Ajudaria muito se você puder me mostrar uma curva Hanna já pronta, Obrigado.

 

Já mostrei a curva em algum tutorial. A curva foi montada a partir de muitos testes.

Mas é aquilo que postei. Tem que ler e estudar o livro.

Imagine a minha colocação.

Nada disso encontrei em apenas um livro. Tive que pesquisar e estudar muitas literaturas até conseguir chegar a este ponto. Sei que haverão muitas perguntas e que muitas respostas se encontram na literatura que indiquei, além da série de tutoriais que fiz.

Terei grande prazer em responder a todas as perguntas as quais conheço as respostas, mas há uma condição; é que estude antes. Como você pôde observar, respondi a todas as suas perguntas até agora. Chegou a hora de fazer a sua parte. Estude o livro.

Fiz muitos tutoriais para facilitar. São elos de ligação entre o desejo de entender sobre fontes flyback e a teoria apresentada nos livros. Muito pouca coisa seria aproveitada, caso este elo não encontrasse a teoria a que ele se destina nos livros. 

 

MOR_AL

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Eu tenho muito interesse em ler o livro do colonel mas por ser em inglês fica difícil entender tudo. Eu já usei uma vez o site doctranslation para traduzir todo um documento mas devido ao fato do livro ser um pdf scanneado é necessário passar por um software OCR para transformar as imagens em letras.

O problema é que não encontro um programa ou conversão online que faça isso sem limitações.

Além disso eu odeio ler no computador, queria traduzir e imprimir e encadernar.

 

Mais uma coisa, eu tenho bastante conhecimento de microcontrolador PIC, já fiz duas placas para a firma que eu trabalho com o PIC 16f628 e 12F675 com linguagem C do compilador CCS. e estava pensamdo em usar o pwm do PIC e realimentação com TL431 para fazer o controle da fonte já que não tenho nenhuma intimidade com nenhum CI pwm analógico, será que vale a pena?

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@Marcio Relvas

 

http://www.pearl-hifi.com/06_Lit_Archive/15_Mfrs_Publications/Texas_Instruments/Magnetics_Design_for_Switching_Power_Supplies.pdf


Devido ao fato de que conteúdos técnicos de qualidade só serem produzidos por países de linguá inglesa, já comecei desde já a aprender inglês. 

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Eu tenho muito interesse em ler o livro do colonel mas por ser em inglês fica difícil entender tudo. Eu já usei uma vez o site doctranslation para traduzir todo um documento mas devido ao fato do livro ser um pdf scanneado é necessário passar por um software OCR para transformar as imagens em letras.

O problema é que não encontro um programa ou conversão online que faça isso sem limitações.

Além disso eu odeio ler no computador, queria traduzir e imprimir e encadernar.

Mais uma coisa, eu tenho bastante conhecimento de microcontrolador PIC, já fiz duas placas para a firma que eu trabalho com o PIC 16f628 e 12F675 com linguagem C do compilador CCS. e estava pensamdo em usar o pwm do PIC e realimentação com TL431 para fazer o controle da fonte já que não tenho nenhuma intimidade com nenhum CI pwm analógico, será que vale a pena?

Nao! Um ci analogico custa 1 real!

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Eu tenho muito interesse em ler o livro do colonel mas por ser em inglês fica difícil entender tudo. Eu já usei uma vez o site doctranslation para traduzir todo um documento mas devido ao fato do livro ser um pdf scanneado é necessário passar por um software OCR para transformar as imagens em letras.

O problema é que não encontro um programa ou conversão online que faça isso sem limitações.

Além disso eu odeio ler no computador, queria traduzir e imprimir e encadernar.

 

Mais uma coisa, eu tenho bastante conhecimento de microcontrolador PIC, já fiz duas placas para a firma que eu trabalho com o PIC 16f628 e 12F675 com linguagem C do compilador CCS. e estava pensamdo em usar o pwm do PIC e realimentação com TL431 para fazer o controle da fonte já que não tenho nenhuma intimidade com nenhum CI pwm analógico, será que vale a pena?

Uma dica!

Não vale a pena traduzir linguagem técnica.

O melhor é mesmo imprimir e ir tentando ler. As palavras que você não conseguir identificar, traduza e escreva no próprio texto. Eu sublinho a palavra e escrevo ou ao lado em uma das bordas. Além disso, muitas palavras possuem procedência latina, que são mais fáceis de identificar.

Na profissão, é comum encontrar os textos em inglês. Estude também inglês, pois vai ajudar em tudo na vida.

Eu mesmo não falo inglês, apenas arranho e entendo uma leitura técnica.

 

Só vale a pena usar uC em casos específicos, que não hajam CIs dedicados.

MOR_AL

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Esse ci UC3843 é bastante interessante mas tenho algumas duvidas, a parte de current sense é fácil de entender, precisa de um resistor no source do MOSFET cuja tensão nos terminais atinja 1V quando a corrente atingir o limite esperado, desligando assim o pwm.

Mas o pino UFB(feedback) e Comp(saida do comparador) já é mais complidado, dá pra ver que o amplificador operacional está configurado com amplificador inversor e q o a entrada não inversora recebe 2,5V como referencia então qual valor para os resistores que garanta que a tensão amplificada pelo operacional e comparada com 2,5V modifique o pwm corretamente e será que dá pra usar um acoplador ótico ou só com enrolamento a mais no transformador?

 

E realmente o UC3843 custa 70 centavos enquanto o PIC que eu quero usar custa quase 5 reais!!!

 

Mas a ideia era ao iniciar o uC o pwm no minimo e ir aumentando e a tensão de saida ia ser monitorada pelo TL431, quando alcançasse a tensão desejada o acoplador ótico mandaria nível lógico 0 para o uC que passaria a diminuir o ciclo ativo do pwm. 

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Siga o exemplo do datasheet da Texas instruments:

http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/U/C/3/8/UC3843.shtml

 

Quanto ao microcontrolador, não iria pôr controle de corrente? 

Se não colocar o controle de corrente, sua fonte ficará sem potência.

É que enquanto o capacitor de saída está com a tensão abaixo do valor de corte do foto-acoplador, o PWM é apenas limitado por corrente. É para isso que serve o resistor no Source do mosfet. 

 

Limita a corrente pulso a pulso.

toda vez que o UC3845 inicia um pulso, a corrente no primário sobre em rapa, daí quando chega no limite o resistor dá o sinal para desligar o pulso. No pulso seguinte tudo começa. 

 

Então é isso: Enquanto o capacitor está com tensão abaixo da tensão de corte do foto-acoplador, a fonte é controlada como fonte de corrente constante. 

 

Acredito que controlar somente a tensão pelo PWM, fará a fonte ficar sem capacidade de corrente.

 

Dependendo da situação, o chaveador pode até explodir. 

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Eu pensei que esse controle de corrente era só um tipo de proteção, mas eu não entendi como assim sem potência?

Pelo o que eu entendi ao ligar o pwm, dependendo do ciclo ativo a rampa de corrente no primario subirá até uma determinada corrente e quando o MOSFET desligar a energia será induzida no secundário que como está com a fase inversa de condução do primário vai conduzir até a desmagnetização do núcleo , transferindo assim para a carga. 

E pelo o que eu percebi se a tensão do secundário não alcançar a tensão de controle em um determinado ciclo ativo, a corrente no primário pode alcançar níveis capazes de destruir o mosfet já que o núcleo vai saturar e deixar de limitar a rampa. 

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É bem isso.

Mas digamos que você limite o Duty cycle, para justamente evitar que a rampa de corrente suba além da capacidade do mosfet e não use o resistor sensor....Logicamente a fonte até funcionaria. Porém sem capacidade de corrente. 

 

Mas se em outra situação você quisesse manter o controle do Duty cycle da forma mais usual, mas sem usar o resistor sensor, sua fonte explodiria.   

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Os que não tem, você pode implementar externamente.

Eu mesmo já implementei um controle destes num CI que não tinha. 

 

A receita é a mesma:

Sensorear um resistor e utilizar o sinal para cortar o PWM.

 

Não conheço muito de microcontroladores.

Não sei se um PIC possui velocidade suficiente para este tipo de serviço.

Mas eu garanto que um circuito analógico pode

acionar em até uns 0,000 000 030 segundos. Um PIC faz isso? 

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O PIC que eu usaria trabalharia com oscilador interno de 4Mhz, como cada instrução é executada a cada 4 ciclos do clock dá 1us para executar cada instrução.

Mas a ideia de usar um PIC é conseguir maior controle do funcionamento já que se pode mudar varias características apenas alterando a programação.

Quanto ao controle de corrente posso usar os comparadores analógicos do PIC para monitorar a tensão no resistor (ou um conversor AD interno mas ai fica mais caro ainda).

Enfim existem 3 coisas que me fazem desistir do PIC e usar o UC3843:

1- O preço;

2- O PIC precisa de 5V de alimentação, que obtidos da rede elétrica com algum tipo de divisor resistivo ou com capacitores poderia causar flutuações que poderiam travar o programa;

3-Tive experiencias muito desagradáveis de PICs e interferências como picos de contatoras que sem um snubber apropriado simplesmente deixava o micro louco.   

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O UC3843 ainda vem com um driver de mosfets, que se não me engano, drena até 1.5 amperes. essencial para um mosfet chavear com máxima eficiência. 

Você pode achar que mosfet só precisa de tensão para ser acionado, Fato é que também precisa de corrente.

 

Um dia destes eu conseguir acionar um mosfet numa velocidade de 35 nanos segundos. Só consegui isso com corrente de 1.5 amperes de pico no gate.

 

Mas o ideal para a sua aplicação seria o UC3842.

Não muda quase nada a respeito do funcionamento, há não ser a tensão que ele começa a funcionar e a tensão que ele pára de funcionar. 

 

Só começa a oscilar com 16V. E só pára com 10V.

Isso permite que através de um resistor ligado nos 320V DC, você faça carga lenta de um capacitor. Quando o capacitor atinge 16V, o CI funciona e se auto-alimenta.

Isso dispensa qualquer fonte externa. 


O PIC que eu usaria trabalharia com oscilador interno de 4Mhz, como cada instrução é executada a cada 4 ciclos do clock dá 1us para executar cada instrução.

 

Acho que 1u é bem lento rsrsrs. 

1000 nano segundos?

Os circuitos analógicos conseguem 30 nano fácil fácil. 


Sem bem que a corrente sobe em rampa mesmo. Não tem tanta preocupação com velocidade de acionamento. 

No entanto acima de 200 nano, já é preocupante.

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O UC3843 ainda vem com um driver de mosfets, que se não me engano, drena até 1.5 amperes. essencial para um mosfet chavear com máxima eficiência.

Você pode achar que mosfet só precisa de tensão para ser acionado, Fato é que também precisa de corrente.

Um dia destes eu conseguir acionar um mosfet numa velocidade de 35 nanos segundos. Só consegui isso com corrente de 1.5 amperes de pico no gate.

Mas o ideal para a sua aplicação seria o UC3842.

Não muda quase nada a respeito do funcionamento, há não ser a tensão que ele começa a funcionar e a tensão que ele pára de funcionar.

Só começa a oscilar com 16V. E só pára com 10V.

Isso permite que através de um resistor ligado nos 320V DC, você faça carga lenta de um capacitor. Quando o capacitor atinge 16V, o CI funciona e se auto-alimenta.

Isso dispensa qualquer fonte externa.

Acho que 1u é bem lento rsrsrs.

1000 nano segundos?

Os circuitos analógicos conseguem 30 nano fácil fácil.

Sem bem que a corrente sobe em rampa mesmo. Não tem tanta preocupação com velocidade de acionamento.

No entanto acima de 200 nano, já é preocupante.

Albert, é 1us a cada instrucao, isso nao e o tempo de subida!

Ate um SG3525 tem delay medio de 0.5us....

O PIC que eu usaria trabalharia com oscilador interno de 4Mhz, como cada instrução é executada a cada 4 ciclos do clock dá 1us para executar cada instrução.

Mas a ideia de usar um PIC é conseguir maior controle do funcionamento já que se pode mudar varias características apenas alterando a programação.

Quanto ao controle de corrente posso usar os comparadores analógicos do PIC para monitorar a tensão no resistor (ou um conversor AD interno mas ai fica mais caro ainda).

Enfim existem 3 coisas que me fazem desistir do PIC e usar o UC3843:

1- O preço;

2- O PIC precisa de 5V de alimentação, que obtidos da rede elétrica com algum tipo de divisor resistivo ou com capacitores poderia causar flutuações que poderiam travar o programa;

3-Tive experiencias muito desagradáveis de PICs e interferências como picos de contatoras que sem um snubber apropriado simplesmente deixava o micro louco.

Neste tipo de fonte, a potencia armazenada nunca é transferida 100% pro secundario, então a cada chaveamento, a corrente ja se inicia alta, e nao do 0!

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