smps com o uc2843

[marcao_cfh]

A um tempo atrás, estive conversando com o Transmogrifox do DIYSB, e ele me enviou o seguinte projeto de smps para valvulados:
http://www.cackleberrypines.net/transmogrifox/BoostConverter/250V_SMPS.png

Segundo simulações feitas por ele no LTSpice, o circuito acima chega a ser capaz de fornecer 50mA em 250V, ao ser alimentado por uma tensão de 12V! Ele usou o LT1242 pois possuía tal integrado no LTSpice, porém o UC2843 é compatível. A frequência de chaveamento é de cerca de 50kHz.

Aparentemente mais complexo que as smps com o 555, essa pode ser simplificada levando em consideração os seguintes:
- D2 serve como proteção para polaridade reversa, portanto pode ser removido;
- L2 filtra ruídos inseridos pela alimentação, portanto pode ser removido caso a fonte de alimentação seja boa;
- Dss, Rss, Qss e Css formam um circuito de início lento, e podem ser dispensados;
- R2 é dispensável na grande maioria dos casos;
- embora Rsense seja pequeno, é uma boa ideia mantê-lo. Não me lembro os motivos agora, mas tem a ver com o controle da corrente de saída, e o que tenho anotado é que ele é inversamente proporcional à corrente. Ou seja, para 10mA (corrente 5x menor), Rsense pode ser 1r (5x maior). Foi recomendado usar um resistor de 2W.

Além disso, a tensão de saída é dada por
Vout = 2.5*(R3/R1 + 1)

Levando tudo isso em consideração, montei o seguinte circuito:


Observem que o banco de capacitores na tensão de entrada foi diminuído drasticamente na minha montagem. O Transmogrifox depois me recomendou a manter o banco com valor alto. Infelizmente não possuo mais o circuito montado e lembro que, na minha montagem, não obtive os 50mA simulados, mas consegui alimentar meu Iall 3.5 com o circuito com uma corrente abaixo do exigido mas suficiente para o circuito funcionar.

O que eu ainda tenho de anotação sobre a corrente de saída é:
- 200V e 50mA de saída dão 10W. Considerando uma eficiência de cerca de 70%, a tensão de entrada deve ser de 9V a 12V e pelo menos 1,2A;
- o valor de Rsense influencia na corrente de saída. Não consegui um resistor tão pequeno assim, acredito que usei uma associação que chegou em cerca de 0,4r ou 0,5r;
- se o indutor saturar, a corrente de saída também é limitada. Isso não cheguei a verificar na minha montagem.

Enfim, fica como uma opção a mais para os circuitos de smps. Acredito que esse circuito tenha potencial e, montado da maneira correta, deve ser capaz de fornecer uma corrente considerável para alimentar nossos valvulados. Caso alguém for montar esse circuito, lembre-se de usar dissipador de calor no mosfet.

[xformer]

O conversor de maior potência que eu montei é este aqui:

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Eu consegui  80mA em 250V (20W) alimentado a partir de 12V. A saída pode chegar a 300V.

[marcao_cfh]

Bastante interessante! Ele fica consideravelmente maior que as opções conhecidas, mas a corrente de saída é capaz de alimentar um amplificador simples com uma 12AX7 e uma 6L6 (bem próximo do limite da smps, mas mesmo assim)! É uma opção interessante para amplificadores com a EL84, por exemplo.

Pesquisei sobre esse IRF630, ele possui Vds = 200 V e Rds = 0,40r. O IRF640 possui Vds = 200 V e Rds = 0,18r, acredito funcionar um pouco melhor (no caso, mais frio). O IRF644 possui Vds = 250 V e Rds = 0,28r, trabalhando num meio termo entre esses dois.

É um circuito que estou tentado a testar, visto que possuo sobrando algumas EL84, duas 6L6 e transformador de 5W/material para enrolar um de 10W, mas ainda tenho alguns projetos para terminar e estou a passos de tartaruga . Acredito que o indutor deve ser fácil de enrolar, precisaria achar o núcleo em algum lugar. Só não sei se encontro esse SG3525 por aqui. Analisando um pouquinho o circuito, percebi que se trata de uma "smps dupla" alimentando um circuito externo com indutor. Surgiu a curiosidade: duas smps em paralelo, com as saídas alimentando o circuito com o indutor, também funcionaria?

[xformer]

Marcao eu me baseei neste projeto aqui (inclusive usei o desenho dele para redesenhar o meu esquema adaptado para alta tensão):
https://sound-au.com/project89.htm

Na verdade, ele usa um transformador de alta frequência e não são dois indutores em paralelo. Eu fiz com um núcleo toroidal de ferrite:

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Eu usei os mosfets IRF630 porque eram os que eu tinha à mão na hora do experimento e na montagem do protótipo. Eles não esquentam muito, só quando havia o C19 e R13 que foram retirados do meu circuito que havia um aquecimento (estão no esquema original do Elliot).  O SG3525 (ST) é um ci fácil de achar e comprar, e é barato (e já antigo).  Eu inclui o controle de tensão de saída com realimentação (que não havia no projeto do link)

Depois para o protótipo eu usei uma plaquinha de 10x5cm:

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[marcao_cfh]

Poxa, mais compacta do que eu imaginei, e certamente mais compacta do que eu conseguiria fazer . O dissipador também é bem pequeno. Uma dessas deve funcionar muito bem não só em valvulados, mas também como fonte de alta tensão para bancada.

Confesso que o comentário sobre o integrado foi feito meio que aleatoriamente. Pensei se tratar de um integrado muito específico, e aqui não tenho muita variedade de componentes a venda. Se é um integrado comum, então deve ter por aqui. Já o núcleo de ferrite, acredito que só em sucatas mesmo. Em fontes de pc tem indutores com esses núcleos, mas acho que menores.

Em uma pesquisa rápida, encontrei pessoas usando esse integrado e transformadores de ferrite de fontes de pc para fazer inversores. Funcionou para lâmpadas, mas tem o risco de induzir ruídos em aplicações de áudio por usar indutor adaptado. Aliás, aproveitando a deixa, esse outro indutor você enrolou ou é comercial? Geralmente o pessoal usa indutores diferentes. Eu tive bastante dificuldade em encontrá-los pras minhas smps.

Comentei sobre os mosfets pois é mais comum encontrar os IRF740 e IRF644 nas smps mas, visto gambiarras pela internet, "qualquer um funciona" .

Salvei o esquema aqui, assim que possível vou tentar rabiscar um layout para esse circuito. Obrigado por compartilhar!

[xformer]

Os núcleos de ferrite não são de fontes de pc. Foram comprados na Líder e o fabricante deve ser a Thornton.  O indutor pequeno é um filtro e eu enrolei algumas poucas espiras.

[marcao_cfh]

Xformer, analisando melhor o layout e comparando-o com o esquema, notei algumas diferenças. Por exemplo:

- falta do fusível e zener 15V no layout
- r13 (trimpot) não possui nenhuma das extremidades conectadas a componentes no layout, enquanto no esquema cada extremidade é conectada a um resistor e na foto da placa uma das extremidades é conectada a um componente verde (capacitor?)
- o jumper que liga r10 a 13 no layout foi substituído por um resistor na foto da placa
- no esquema, há um capacitor de 1nF em paralelo com r10. Não achei esse capacitor no layout
- no layout, perto de c11, na parte inferior da placa, há um resistor, que não está presente na sua montagem (embora haja um resistor desenhado na placa)
- no layout, na parte "abaixo" do integrado, há 3 resistores antes do primeiro capacitor, enquanto na foto há somente dois resistores
- provavelmente mais alguma coisa que não lembro agora

Enfim, acredito que o layout deva ter sido alterado em algum momento, e que o layout postado e o layout usado na foto sejam ligeiramente diferentes, por isso as diferenças que observei. Antes de eu me aventurar em um layout, gostaria somente de confirmar que o esquema postado se trata da versão definitiva da smps.

[xformer]

Sim Marcao, o layout foi modificado e o que está montado é diferente e minha postagem foi apenas a título ilustrativo, a foto era antiga, onde alguns componentes inclusive foram trocados (veja foto de hoje, retirei o dissipador).

O diabo é que eu não sei onde foi parar o arquivo do layout que foi montado e mesmo assim, eu tive que fazer cortes em trilha e jumper com fio na placa.
Foto de hoje:

Esquema "as built":

Xformer, analisando melhor o layout e comparando-o com o esquema, notei algumas diferenças. Por exemplo:

- falta do fusível e zener 15V no layout

O zener não é necessário e acho que inócuo. E faltava espaço na placa. O fusível pode ser montado em chicote depois do borne de saída:

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- r13 (trimpot) não possui nenhuma das extremidades conectadas a componentes no layout, enquanto no esquema cada extremidade é conectada a um resistor e na foto da placa uma das extremidades é conectada a um componente verde (capacitor?)

Um dos resistores não foi usado (o do terra), o componente verde é um jumper (que não deve ser usado, veja foto mais recente).

- o jumper que liga r10 a 13 no layout foi substituído por um resistor na foto da placa

Saiu o resistor e voltou o jumper (veja foto mais recente).

- no esquema, há um capacitor de 1nF em paralelo com r10. Não achei esse capacitor no layout

Eu tive que soldar o capacitor em cima do resistor (veja foto recente)

- no layout, perto de c11, na parte inferior da placa, há um resistor, que não está presente na sua montagem (embora haja um resistor desenhado na placa)
- no layout, na parte "abaixo" do integrado, há 3 resistores antes do primeiro capacitor, enquanto na foto há somente dois resistores
- provavelmente mais alguma coisa que não lembro agora

Enfim, acredito que o layout deva ter sido alterado em algum momento, e que o layout postado e o layout usado na foto sejam ligeiramente diferentes, por isso as diferenças que observei. Antes de eu me aventurar em um layout, gostaria somente de confirmar que o esquema postado se trata da versão definitiva da smps.

Eu redesenhei rapidamente agora o layout (já que eu perdi o usado para corroer a placa). Talvez haja algum erro, mas serve de base para você:

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[marcao_cfh]

Nossa, não precisava de tanta atenção assim mas já que teve, conferi o seu redesenho, e tudo bate com o esquema utilizado. A única coisa "faltando" é o capacitor soldado diretamente em R10. Acredito que eu encontrei um lugar para ele no layout, assim como algumas possíveis alterações (mínimas, digamos), mas sempre há aquele medo de alterar coisas e causar ruídos em layouts de smps, além de eu achar seu layout excelente. Enfim, verei o que consigo fazer.

Integrado e demais componentes comprados, a vendedora me disse que o SG3525 é muito comum mesmo. Ela só me olhou torto quando pedi os resistores de 56r 2W (por algum motivo os 2W estão escassos por aqui, comprei de 3W), e me olhou mais torto ainda quando pedi trimpot de 150K (esse não tinha mesmo) . Vou usar um de 100K mesmo, alterando o resistor de 270K para 330K. Agora vem a parte mais complicada da missão: o núcleo de ferrite.

Assim que eu tiver algum progresso, mesmo que mínimo, postarei em tópico dedicado. Por enquanto, agradeço a atenção e as informações.

[xformer]

O núcleo é o da Thornton   NT-35/22/15-3000  de ferrite IP6 ou IP12:

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Os resistores de 56R não precisam ser de 2W, veja que na foto que eu usei os de 1/4W mesmo. O trimpot pode ser de outro valor, basta acertar a relação com o de 270k. Na verdade ele é o ajuste da tensão de saída e tem um alcance grande.

Tente colocar os mosfets nos lados da placa pra ajudar a colocar o dissipador. Eu tive que fazer um dissipador pra caber ali (e use mica e bucha para isolar).

[A.Sim]

Olá.

A realimentação acrescentada para ajustar a tensão de saída não "funciona", pois a topologia dessa fonte não permite regular a tensão de saída agindo-se no ciclo ativo de condução dos transistores. Para que o circuito funcione propriamente, é necessário inserir um indutor em série após a ponte retificadora e transformador o circuito em um conversor Buck ( mais propriamente, um Forward ).

[xformer]

Olá.

A realimentação acrescentada para ajustar a tensão de saída não "funciona", pois a topologia dessa fonte não permite regular a tensão de saída agindo-se no ciclo ativo de condução dos transistores. Para que o circuito funcione propriamente, é necessário inserir um indutor em série após a ponte retificadora e transformador o circuito em um conversor Buck ( mais propriamente, um Forward ).

Eu consigo ajustar e manter a tensão sim Alexandre. Com o trimpot de 150k e o resistor de 270k, o ajuste vai de 250V a 300V. Mesmo mudando a carga, a tensão ajustada se mantem.
Em todo caso, desenhe como deve ser o seu circuito, assim o Marcao vai poder implementar e testar o aperfeiçoamento (vai precisar de placa maior     ).

[A.Sim]

Olá.

Sim, a realimentação vai tentar ajustar a tensão de saída de alguma maneira através da alteração no ciclo ativo. Algum elemento está permitindo extrair o valor médio dos pulsos no lado secundário, quer seja o capacitor de filtro ( então a operação do conversor é intermitente ou, até mesmo, errática ) ou mesmo a indutância de dispersão do transformador, a qual parece ser nada desprezível visto a construção do mesmo.

Depois o pessoal pergunta como aumentar a eficiência desses conversores... é só construir certo que a eficiência é alta.

[marcao_cfh]

Pra mim, vocês estão falando em russo sou muito mais experimental que teórico, então não estou acompanhando mas parece complicar um tanto.

Xformer, os mosfets em alguma borda da placa é algo que eu pretendo tentar fazer, caso não complique muito. E bem lembrado sobre a mica e bucha!

[xformer]

Pra mim, vocês estão falando em russo

Pode ser que a ascendência do professor Alexandre seja russa. Simionovski é russo ou polonês ?
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Sim, a realimentação vai tentar ajustar a tensão de saída de alguma maneira através da alteração no ciclo ativo.

Isso, segundo a datasheet do SG3525, o duty cycle mínimo do PWM é 0% e o máximo 49% pra cada driver, por isso que dá pra variar a tensão de saída com base no PWM.