smps com o uc2843

[A.Sim]

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.

Pois é, Panzé, mas para que isso funcione é necessário existir uma rede passa-baixas, após o PWM, que extraia o valor médio dos pulsos. Numa fonte Buck / Forward / Half Bridge isso é feito por um filtro LC composto por um indutor ( que não existe no teu projeto ) e um capacitor de filtro. Sem o indutor, o capacitor é sempre carregado com o valor de pico dos pulsos, independente do valor médio desses - a não ser que a operação do PWM ocorra de forma marginal.

E é justamente para prescindir do uso desse outro elemento magnético é que fontes de baixa potência sempre são da topologia flyback.

[xformer]

Pois é, Panzé, mas para que isso funcione é necessário existir uma rede passa-baixas, após o PWM, que extraia o valor médio dos pulsos. Numa fonte Buck / Forward / Half Bridge isso é feito por um filtro LC composto por um indutor ( que não existe no teu projeto ) e um capacitor de filtro. Sem o indutor, o capacitor é sempre carregado com o valor de pico dos pulsos, independente do valor médio desses - a não ser que a operação do PWM ocorra de forma marginal.

E é justamente para prescindir do uso desse outro elemento magnético é que fontes de baixa potência sempre são da topologia flyback.

Bom, inseri um indutor que eu tinha de 39mH conforme a sugestão do A.Sim, o esquema ficou assim:

Também alterei o valor do capacitor em paralelo com R10, de 1nF para 100nF.

O acréscimo do indutor teve um efeito apenas no ripple de 77500Hz, mas a redução é muito pouca:

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Tensão de saída de 250Vdc em carga de 7500ohms, acoplamento AC em 1V/div e 20us/div.
Sem o indutor na saída.  Ripple de 0,8Vpp

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Tensão de saída de 250Vdc em carga de 7500ohms, acoplamento AC em 1V/div e 20us/div.
Com o indutor na saída.  Ripple de 0,6Vpp

Não sei se outro valor de indutor vai fazer muita diferença no ajuste de tensão de saída.

[A.Sim]

Olá.

Pelos oscilogramas, parece que a indutância de dispersão do secundário do transformador já está fazendo as vezes do indutor em série. Vou ver se acho um núcleo aqui para fazer um transformador parecido e medir a indutância.  
-----Eu não achei um núcleo com 3,5 cm de diâmetro; tenho só um de 2,5 cm e não sei qual a ferrite. Mas uma rápida medida revelou que a indutância de dispersão pode ser bastante grande se os enrolamentos não forem sobrepostos. Não tenho experiência com transformadores toroidais, assim, preciso fazer uma verificação mais rigorosa. Quem quiser adiantar o trabalho, por favor, remova o transformador da placa, feche em curto os dois enrolamentos primários e meça a indutância do secundário. Depois, para comparar, meça a indutância secundária com os enrolamentos primários abertos...
-----Então:

Fui até a fábrica e enrolei um transformador como o do projeto ( 4 + 4 + 100 ) espiras. Encontrei 14,7 mH para a indutância secundária em aberto e 548 uH para a indutância de dispersão vista pelo lado secundário. Com 3,3 uF encontra-se uma frequência de corte de 3,7 kHz. Então; eis a indutância necessária ao filtro...
-----De qualquer maneira, o circuito está funcionando "bem demais" para ser verdade. Seria interessante poder observar as correntes nos transistores chaveadores.

[xformer]

Alexandre, eu tinha outro transformador enrolado que eu usei na  montagem em protoboard e fiz medições nele, assim não precisaria retirar o da plaquinha.
Mas percebi que como o fio era mais grosso (e menos espiras), o enrolamento secundário preenchia toda circunferência do toróide, de forma que haveria mais acoplamento entre os enrolamentos primário e secunddário. Mesmo assim, fiz as duas medições:

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Medição da indutância do secundário: 26.6mH


Medição da indutância de dispersão com o primário em curto: 397uH


Enrolamento secundário enchendo todo toróide.

Resolvi desmanchá-lo e fazer uma réplica do que está na placa. Como eu estimo o comprimento do fio que vai ser necessário e coloco um pouco a mais, no fim o secundário ficou com 112 espiras (Marcao, pode colocar espiras a mais do que o necessário, pois a tensão de entrada pode ser menor e o ajuste precisa de um pouco mais, de fato, no que está na placa também tem mais de 100 espiras pois o trimpot deixa a saída chegar a uns 316V).

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Medição da indutância do secundário (réplica): 50.9mH


Medição da indutãncia de dispersão: 1.06mH

Mas os enrolamentos apesar de não sobrepostos, ficaram quase encostados um com outro, então separei mais os enrolamentos pra ver se aumenta a indutância de dispersão.

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Apertei os enrolamentos para ficarem bem separados.


Nova medição da indutância de dispersão: 1,35mH

Alexandre, fica difícil medir a corrente nos transistores, mas eu tinha feito outras medições:
Na entrada: tensão de entrada 12Vdc  corrente consumo 2.2A   26.4W
Na saída:  250Vdc  em carga de 2 resistores de 10W cada de 7500 ohms em paralelo (real 3770 ohms) corrente de uns 66mA = potência de 16,6W  rendimento de 62,8% e ripple de 1Vpp  (sem indutor de filtro na saída).

Se os enrolamentos tiverem melhor acoplamento, o rendimento aumenta consideravelmente Alexandre ?   Em caso afirmativo, Marcao, enrole de forma a haver sobreposição.  O chato é que são poucas espiras e fica difícil de espalhar.

Por falar no número de espiras a conta é a seguinte:
Frequência do oscilador = 1/ (Ct x (0,7 x Rt + 3 x Rd))    da datasheet
                                            C12           R7         R8

ou = 1/(1n x (0,7 x 18k + 3 x 100)) = 77519Hz

Como tem um flip-flop no ci, que divide por 2, a frequência de chaveamento dos transistores vai ser: 77519/2 = 38759Hz

O número de espiras vai ser:
n = (10^8 x Vin)/(4 x F x Bmax x Ae)

Vin é 12V, F é 38759Hz, Bmáx eu adotei 2000 gauss (0,2T, os núcleos começam a saturar com 3000gauss) e Ae é 0,9577cm2 (secção do núcleo, informado no catálogo da Thornton).

n = (10^8 x 12)/(4 x 38759 x 2000 x 0,9577) = 4,04 espiras  (arredondei para 4)

Ou 3 volts por espira (se quiser 300V, precisa de 100 espiras, mas como eu já escrevi, coloque um pouco mais).

Marcao, se você achar outro núcleo ou resolver alterar a frequência, pode ter que alterar o número de espiras.

[A.Sim]

Para observar a corrente nos transistores é preciso colocar uma resistor sensor de corrente nos supridouros dos FETs, como fazemos com as válvulas. 0,1 ohms deve servir e deve ser não-indutivo ( carbono ou MF ).

[marcao_cfh]

Eu ainda não consegui começar o layout, nem consegui o núcleo. O que fiz até agora foi desenhar o esquema no eagle e procurar o núcleo em todas as duas lojas de componentes da cidade vizinha. E, como imaginei, eles não tem o núcleo... Acredito que tenho uma placa de fonte de pc queimada, e lembro que nelas tem um indutor toroidal grande, só não sei se o núcleo chega em 3,5 cm de diâmetro. Aliás, esse é o diâmetro interno, correto?

Xformer, fora do assunto mas dentro do contexto do tópico, não seria melhor dividir esse tópico em dois, criando um tópico exclusivamente para a smps que você postou? Assim ela não fica "perdida" em um tópico que o título não é relacionado a ela.

[xformer]

O diâmetro de 3,5cm é o externo. O interno é 2,2cm  (estão na tabela daThornton que eu postei). 

Mas provavelmente esse tamanho de núcleo é superestimado para a potência utilizada, de forma que o núcleo pode ser menor (o importante é a secção transversal do núcleo). 

Outro dia eu desmontei uma fonte de PC queimada e retirei este núcleo que provavelmente é um filtro (o transformador mesmo era quadrado), que talvez sirva também (talvez precise medir a secção e recalcular as espiras).
Embaixo dessa massaroca de fio, deve ter um núcleo   


Pode deixar as mensagens neste tópico mesmo, para a pesquisa, acho que o importante é o termo SMPS.  Criar outro, deixa sem contexto.

[marcao_cfh]

Foi exatamente um desses que eu consegui. Retirando os fios, encontrei um núcleo com diâmetro interno de 14 mm, diâmetro externo de 27 mm, altura de 1,1 mm, valores aproximados medidos com régua. É parecido com o NT-27/16/12-2700 da tabela.

Supondo uma área retangular para a seção do núcleo, calculei 0,715 cm². Usando a frequência de 38759 Hz, calculei 5,41 espiras por volt. Não sei se devo arredondar para cima ou para baixo, mas acho que no final das contas não fará muita diferença, pois não pretendo trabalhar com a smps em tensão máxima.

Consegui também um núcleo menor, com a marcação FS-1302. Não achei dados no google, mas as dimensões são de aproximadamente 7 mm de diâmetro interno, 14 mm de diâmetro externo e 6,5 mm de altura. Acredito que sirva para o indutor de 100 uH, encontrei uma calculadora para calcular a quantidade de espiras, só preciso ver qual dos fios que tenho que se adequa melhor.

O layout ainda não teve avanços. Mas, tendo os núcleos, a parte difícil já foi.

[xformer]

Supondo uma área retangular para a seção do núcleo, calculei 0,715 cm². Usando a frequência de 38759 Hz, calculei 5,41 espiras por volt. Não sei se devo arredondar para cima ou para baixo, mas acho que no final das contas não fará muita diferença, pois não pretendo trabalhar com a smps em tensão máxima.

Não é 5,41 espiras por volt, mas 5,41 espiras para 12V.  Pode arredondar para 6 ou 5. Se for 6 fica mais fácil:   2 volts por espira  ou meia espira por volt.  Se quiser 100V no secundário:  100V x 0,5 = 50 espiras         200V x 0,5 = 100 espiras       300V x 0,5 =  150 espiras

[marcao_cfh]

Não é 5,41 espiras por volt, mas 5,41 espiras para 12V.

Erro meu. Pensei uma coisa, digitei outra .

Fiz um layout preliminar. Cabe numa placa 10 cm x 5 cm, com os mosfets numa extremidade da placa para a montagem em dissipador. Meu medo é de ter ruídos e/ou perda de eficiência, visto que mudei vários componentes de lugar em relação ao seu layout.

[xformer]

O layout não influencia muito no rendimento. A frequência de chaveamento faz mais efeito no rendimento por causa da dissipação nos transistores. Quanto maior a frequência, maior o tempo que eles ficam na região linear e mais energia é perdida.  Se quiser, diminua a frequência.

[marcao_cfh]

Achei que o layout influenciava pois, em smps como aquela com o 555, deve-se colocar alguns componentes o mais próximo possível de outros. Mas são smps mais simples, enquanto esta possui dois mosfets e um transformador, então deve ser por esse motivo que o layout influencia. É o que suponho, ao menos.

Hoje quero ver se enrolo o transformador. Mas nunca enrolei um toroide antes, então tenho dúvidas em relação ao sentido do enrolamento. Acredito que o primário seja todo no mesmo sentido, ligando os dois enrolamentos em série. E quando ao secundário, é no mesmo sentido ou no sentido oposto? Ou não faz diferença?

[xformer]

Lembra que o primário é push pull portanto as duas partes tem de ter o mesmo sentido. No secundário tanto faz. Mas tem um segredinho pra enrolar tantas espiras e não ficar louco.   

[marcao_cfh]

Tentando adivinhar qual é o segredo: separar o fio em pedaços e fazer um enrolamento similar ao bifilar/trifilar, mas ligar os pedaços em série ao invés de em paralelo? É o melhor que consigo pensar mas acho que a ligação em série seria mais trabalhosa que enrolar as 150 espiras, "acho".

Aliás, ontem enrolei 8 voltas em um núcleo pequeno, para fazer o indutor. Deu muito mais trabalho enrolar essas voltas em núcleo toroidal do que eu imaginava que seria!

[xformer]

Vou deixar um suspense no  ar.  Mas depois eu conto antes de você começar.