Fontes de alta tensão para projetos valvulados

[blackcorvo]

Já faz um tempo que venho experimentando com diferentes métodos de obter altas tensões para projetos valvulados, e obtendo variados níveis de sucesso.
Multiplicadores de tensão (como o dobrador utilizado no HB-1), fontes chaveadas, e até transformadores modicados.

Hoje, trago duas propostas que experimentei com bons resultados:


- Placa step-up XL6009 modificada com multiplicador de tensão, inspirado por um site japonês:

Utilizei o circuito do primeiro teste no site, com 4 estágios (diodo SMD MBR3100 e capacitores de 10uf 63v), e obtive resultados similares ao do site. Dá pra se obter mais tensão com mais estágios, e seria uma forma mais acessível de se conseguir alta tensão para pré-ampificadores, pedais, ou amplificadores de baixa potência, reduzindo-se também o peso ao não ser usado uma fonte linear.
Segue o circuito em questão
https://i.imgur.com/s3RtgQy.jpg

No site, há mais ensaios de circuitos, como transformadores de flyback, bobina com tap, entre outros.

A mesma proposta do multiplicador com placa step-up (mas com o chip MT3608) é sugerida pelo Merlin do site ValveWizard, em um projeto de um relógio VFD (http://www.valvewizard.co.uk/iv18clock.html).

- Inversor de tensão de 12v DC para 220v AC 40w, disponível no eBay (https://www.ebay.com/sch/i.html?_from=R40&_nkw=40W+DC-AC+12V+To+220V+Step-up+Transformer+Boost+Module+Inverter&_sacat=0&_sop=15) :

https://i.imgur.com/y4B7lrf.jpg

Esse eu acredito ter potencial para uso com circuitos de potência até 15w.

Eu comprei 4 unidades (https://www.ebay.com/itm/203069839283), e após ver este vídeo (https://www.youtube.com/watch?v=CKJbGI_KyCc) com o esquema (https://i.imgur.com/y0JfFtB.png), verifiquei onde ficavam cada um dos pontos na minha placa (pois ABCD estavam em lugares diferentes), fiz as seguintes modificações:

https://i.imgur.com/ENO9Fz4.png
Esquema:
https://i.imgur.com/y0JfFtB.png
OBS: Pontos B e C estão trocados no esquema. Nas minhas placas, C é o capacitor e B o positivo da placa. Recomendo atenção à esse detalhe caso experimentem com o circuito.


Removi o capacitor azul, conectei C à D (lado negativo da ponte de diodos), e também ao negativo da fonte, para fim de aterramento.
Nos meus testes, com fonte de 15v, obtive tensões de 390v sem carga, o que me fez trocar o capacitor por um de 450v (não tenho de maior tensão que isso, mas recomendo pelo menos 500v), e com carga de 3k3, obtive 281v, e medi 86,1mA de corrente (24,19w).

O circuito funciona com tensões de 6 à 15v, mas é indicado para 12v, e a tensão de saída cai com a tensão de entrada.


Vou realizar mais testes aqui, pois ambas as opções parecem ser promissoras.
Pode ser que algum dia, com a miniaturização das fontes de alta tensão, possamos ter nossos IALL 3.5 supercompactos dentro de um pedal, alimentado por um carregador USB-C ou coisa semelhante. Seria uma integração de tecnologias antigas e novas bem interessante...

De qualquer forma, acho importante sempre experimentar com esse tipo de coisa, e observar todas as opções disponíveis.
-----Peço desculpas pela formatação, falta de spoilers e uso de links para imagens ao invés de anexar elas com os códigos [ img ] , mas a postagem não estava sendo finalizada usando os códigos.

[Matec]

Peço desculpas pela formatação, falta de spoilers e uso de links para imagens ao invés de anexar elas com os códigos [ img ] , mas a postagem não estava sendo finalizada usando os códigos.

Olá Blackcorvo. Eu experimentei utilizar o comando  [ img ] na sua postagem e realmente houveram problemas. Mas ao tentar o mesmo comando utilizando imagens de um provedor que não fosse o i.imgur.com tudo funcionou normalmente. Creio que o problema seja no site de armazenamento de imagens....

É sempre bom ver seus experimentos. Principalmente porque você sempre testa antes de publicar. 

 

[xformer]

Uma das imagens hospedada em outro site:

http://www.hostcgs.com.br/hostimagem/index.php

O que eu não gostei é que não tem regulação da saída (não tem realimentação). Precisaria ver o comportamento da tensão da saída com várias cargas (correntes consumidas) para ver se ela não varia muito.

[blackcorvo]

Creio que o problema seja no site de armazenamento de imagens....

Mas não foi só isso, pois eu já havia tentado com links de outros lugares e tive o mesmo problema (tive até que usar um daqueles sites que encurta links para postar o site japonês a qual fiz referência, senão a postagem não finalizava).

É sempre bom ver seus experimentos. Principalmente porque você sempre testa antes de publicar. 

 

Acho sempre bom testar antes de publicar!

Uma das imagens hospedada em outro site:

Vou experimentar esse site, valeu!

O que eu não gostei é que não tem regulação da saída (não tem realimentação). Precisaria ver o comportamento da tensão da saída com várias cargas (correntes consumidas) para ver se ela não varia muito.

Há sim uma variação, mas uma forma que observei ser possível ajustar a tensão de saída é com um regulador de tensão. Usei uma placa XL6019 (step-up/step-down) para reduzir a tensão de entrada, e medi 280v com 12v na entrada, e 168v com 6v, ambos sem carga. Não tive tempo de testar com carga ainda.
Também percebi que tensões abaixo de 6v não conseguem fazer o circuito iniciar o processo de oscilação de forma consiste. Imagino que possa ser falta de ganho nos transistores, que são 2x PNP 2SA1568.

[blackcorvo]

Encontrei mais uma forma de usar o XL6009, adicionando um MOSFET e substituindo o diodo por um de tensão reversa maior, para realizar o chaveamento:

https://youtu.be/sktbXoAFzCU

(Obs: está faltando o diodo no esquema mostrado no vídeo, mas o resto do circuito está correto e pude confirmar, usando um IRF740A e um FR4007 que é possível conseguir tensões de 250v com entrada de 15v sem carga).

Também encontrei outro exemplo do multiplicador de tensão, onde a pessoa usou uma placa customizada (segundo o YouTube, o idioma dos vídeos é Indonésio, mas dá pra ver como são as conexões)

https://youtu.be/mTwVIc7neM8
https://youtu.be/cXREqV_VhNI

[mkslwsk]

Muito legal tudo isso que postaram! No ano passado estive procurando formas de miniaturizar uma fonte de alta tensão DC justamente para fazer um preamp valvulado sem a necessidade de grandes transformadores e potencialmente alimentado por uma fonte de pedais ou alguma outra fonte "comum".

Fuçando as minhas notas encontrei um esquema que fiz, montei no protoboard e testei em um circuito típico com uma válvula 12ax7 (100k nas placas e 2k2 nos catodos).
A fonte de alimentação 12V@3A era de um controlador de fita led, fontes com menor capacidade de corrente não aguentavam tocar esse circuito provavelmente pelos picos de corrente nos ciclos de carga do indutor.
Os filamentos provavelmente foram alimentados por outra fonte.

O "esquema" está aqui: https://photos.app.goo.gl/ABQX8EwaYRsWeCLA8

Fiz a mão e sem qualquer rigor técnico apenas para enviar a um então colega de trabalho que estava me ajudando com a escolha do indutor para o projeto. Como ele sabia do contexto o desenho não precisava capturar tudo.

E as mensagens que eu enviei para ele junto com o desenho para complementar:
- O capacitor de 10 uF vai pro GND, no desenho está aberto.
- O 555 está configurado para aproximadamente 190kHz com um duty-cycle de 95%.
- O feedback é pelo BJT ligado no pino 5 do 555 para derrubar a tensão de referência interna e com isso desarmar o oscilador e isso acaba mudando um pouco a frequência.
- Saída testada e funcionando em 250 V @ 2 mA (0.5 W)  com ripple < 1%

Outras coisas que me lembro mas não estavam nas notas:
- Diodo tem que ser do tipo rápido (UF4007 talvez?)
- O indutor foi recuperado de uma outra fonte chaveada, então julguei que seria suficiente. Testei vários, alguns fumacearam e outros ficavam apenas dando uns estalos.
- O MOSFET tem que ser esse IRF830 ou similar por causa da tensão na saída. Queimei vários outros por chegar muito perto do limite de trabalho (e provavelmente excede-lo!)
- A ideia do circuito não foi minha, copiei de algum pedal que vi online mas não consigo encontrar a referência agora! Lembro que achei fotos das placas do pedal e a fonte era bem similar a esse esquema.

Não sei por que razão acabei não postando sobre essa fonte aqui, ou se postei já não me lembro. Mas agradeço se puderem analisar e comentar o que pode ser melhorado, como podemos fazer uma boa seleção de componentes (em especial o indutor!) e talvez ainda como reduzir essa demanda por corrente na partida e no ciclo de carga do indutor.  

[A.Sim]

http://www.schatz.eng.br/textos/PP-01.pdf.

Esse problema de fonte de alta tensão para baixa potência já foi resolvido.

[mkslwsk]

Essa fonte parece muito boa A.Sim, mas o "problema" é depender de um transformador específico para ser providenciado (comprado ou enrolado).
A minha ideia com a fonte era fazer com componentes que se encontram nas lojas da 24 de maio (em Curitiba). E na verdade era muito mais pelo aprendizado sobre os conversores DC-DC do que qualquer outra coisa, estava com um tempo extra por ter reduzido o deslocamento para o trabalho e decidi aprender mais sobre SMPS.

Achei um post aqui no site que tem link para duas fontes muito similares a esta que eu havia copiado de um pedal.
link do post: http://www.handmades.com.br/forum/index.php?topic=2202.30

fonte 1: https://www.diystompboxes.com/smfforum/index.php?topic=79736.0
fonte 2: https://www.ledsales.com.au/kits/nixie_supply.pdf

A 1 ainda usa um CI específico que acho pouco provável encontrar em qualquer lojinha, mas a segunda usa componentes bem comuns.

Se for para ir na linha do transformador específico, acredito que seja melhor comprar um transformador de força como o do Firefly (6v3 para 2 12ax7 e uma alta com pouca corrente) que já é super compacto e faz o trabalho super bem!

[xformer]

Mas agradeço se puderem analisar e comentar o que pode ser melhorado, como podemos fazer uma boa seleção de componentes (em especial o indutor!) e talvez ainda como reduzir essa demanda por corrente na partida e no ciclo de carga do indutor.  

Quando você usa um ci genérico para desempenhar uma função, não vai ter um "guia" para nortear o seu projeto. No caso saber as fórmulas e como dimensionar os componentes para a aplicação.  Olhe a datasheet e os application notes dos cis MC34063 ou 78S40 e você vai entender que há um critério para escolher os componentes e seus valores.

Um conversor DC-DC boost como esse, em tese não deveria alterar a frequência de chaveamento quando necessita de uma correção vinda da malha de realimentação. O que se altera é o ciclo ativo (duty cycle) do sinal de chaveamento.
Mas algumas observações:
- Olhe no osciloscópio qual o tempo de subida e de descida do sinal aplicado no gate do MOSFET. O ideal é que sejam o mais curtos e breves possível já que o MOSFET preferencialmente deve trabalhar ou cortado ou saturado e o menos possível na região linear (a transição) que faz ele dissipar potência e diminuir o rendimento.  Em alguns casos é interessante colocar um PNP no gate para acelerar o descarregamento da carga do gate para o terra e assim desligar rapidamente o MOSFET.
- Talvez seja necessário selecionar capacitor de baixa ESR para a filtragem na saída. Como o sinal de carga e descarga é de alta frequência, a ESR começa a ser relevante.
- Sobre a corrente de entrada, esses cis especializados possuem entradas de sensoreamento de sobrecorrente, o que não existe no 555, e no caso teria que bolar um circuito para fazer essa função e talvez necessite de mais componentes e mesmo outro ci. No fim é melhor usar o ci especializado que já contém todos as facilidades embutidas nele.

O MC34063 é tão barato e fácil de comprar quanto um 555, e tem o mesmo encapsulamento DIP 8 pinos.

[hgamal]

O xformer deu bons conselhos.

Além deles, aproveito para ressaltar a necessidade circuitos que diminuam a geração de EMI. Fazer uma conversor chaveado hoje em dia é mole hoje em dia, até com um 555 você consegue. Criar algo que não emporcalhe o sistema todo com ruídos é um desafio um tanto maior. Os conversores chaveados geram ruídos tanto para dentro do equipamento que está sendo alimentado, quanto para fora. Ou seja, um conversor mal projetado faz sujeira para todo lado. Quem nunca percebeu um ruído chato quando ligamos algumas fontes chaveadas na pedaleira?

Note neste circuito que você mostrou da fonte para Nixie, C3 e R6 criam uma o que é chamado de snubber. o snubber diminui a geração de ruídos e diminui a taxa de falha de alguns componentes (como o diodo D1). Os tais ferrites beads são muito desejáveis nesses circuitos.

Há vários artigos sobre o assunto:

https://www.ti.com/lit/an/slyt740/slyt740.pdf

https://www.omron.com/global/en/assets/file/technology/omrontechnics/vol52/OMT_Vol52_003EN.pdf

https://training.ti.com/understanding-measuring-and-reducing-output-noise-dcdc-switching-regulators

https://core.ac.uk/download/pdf/37976273.pdf

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01466B.pdf

[A.Sim]

Essa fonte parece muito boa A.Sim, mas o "problema" é depender de um transformador específico para ser providenciado (comprado ou enrolado).

Meia dúzia de espiras de fio enroladas num núcleo comum de fonte ATX. O artigo descreve direitinho como fazer; não é preciso comprar.

[blackcorvo]

http://www.schatz.eng.br/textos/PP-01.pdf.

Esse problema de fonte de alta tensão para baixa potência já foi resolvido.

Eu não me lembrava desse projeto! Uma ótima opção para preamplificadores, porém ainda acho que a opção de adicionar o multiplicador de tensão ao XL6009 seja mais fácil de fabricar do que enrolar um transformador (ainda mais pra alguém começando com valvulados).
Porém não deixa de ser uma excelente opção.

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Em relação aos testes que venho realizando, observei que o multiplicador com XL6009 foi bem estável, e até conseguiu alimentar um amplificador completo com 2x 5902 e 2x 6N21B, porém o indutor e os capacitores do multiplicador aquecem por causa da demanda de corrente. Apesar de ter funcionado, eu recomendo essa solução somente para preamplificadores, a fim de evitar desgaste desnecessário dos componentes.

A solução de adicionar um MOSFET chaveador ao XL6009 não apresentou boa eficiências

Com o inversor de 40w (tendo sua saída controlada por um regulador LM2596), consegui alimentar um circuito com 2x 6AQ5 e 2x 6N2P, mantendo a tensão de saída em 260v máximos (6w de dissipação em cada 6AQ5). Observei pouco aquecimento com essa configuração, sendo maior parte dele no transformador, e ainda assim, morno ao toque.
Após ver os resultados desse teste, acredito que usar um módulo boost/buck XL6019 seja mais apropriado, com a modificação de se colocar o ajuste de tensão de referência do regulador vindo da saída B+.

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No momento tenho o mesmo circuito com 6AQ5 e 6N2P em funcionamento, usando uma placa dessas "ZVS 390v" para gerar B+:

https://www.ebay.com/itm/402836599675

Zero aquecimento, e consegue alimentar o mesmo circuito com mais de 300v sem nem gerar ruído de chaveamento. Tive problemas com uma leva delas antes, mas essa que estou usando é mais recente e está funcionando perfeitamente bem.

[A.Sim]

Eu não me lembrava desse projeto! Uma ótima opção para preamplificadores, porém ainda acho que a opção de adicionar o multiplicador de tensão ao XL6009 seja mais fácil de fabricar do que enrolar um transformador (ainda mais pra alguém começando com valvulados).

Pois é, é que multiplicador de tensão não é solução. É mais ou menos como os meus alunos buscando fazer os motos contínuos mostrados no youtube.

[blackcorvo]

Pois é, é que multiplicador de tensão não é solução. É mais ou menos como os meus alunos buscando fazer os motos contínuos mostrados no youtube.

Discordo. Acredito que depende muito da aplicação.
Mas de fato, não sou bem versado em fontes chaveadas, somente trouxe o assunto para ser discutido. Posso até ser tão ignorante no assunto quanto no seu exemplo dos alunos, mas eu pelo menos busco pôr as ideias em prática par observar o que funciona, e trago os resultados.

Sua fonte é definitivamente melhor, já que funciona direto na rede elétrica, contém tanto a tensão alta quanto a de filamento, e pode ser montada reaproveitando-se material de sucata, enquanto minhas propostas até o momento precisam de fonte externa para funcionar, usam material importado, e não incluem tensão de filamento.

Mas vou ser sincero, gostaria de ver ainda uma proposta de fonte como a sua, mas que possa alimentar um amplificador completo. Nunca entendi porquê não vemos fontes chaveadas em amplificadores valvulados, e essa "aversão" sempre me pareceu muito estranha.

[xformer]

Mas vou ser sincero, gostaria de ver ainda uma proposta de fonte como a sua, mas que possa alimentar um amplificador completo. Nunca entendi porquê não vemos fontes chaveadas em amplificadores valvulados, e essa "aversão" sempre me pareceu muito estranha.

Acho que um dos motivos é que a fonte chaveada precisa suportar a grande corrente inicial de surto (principalmente pelos filamentos frios) o que obriga a  um superdimensionamento da fonte ou a implementação de um circuito de soft start e limitação de corrente.  Como cada válvula tem característica diferente de filamento e tempo de aquecimento, talvez seja inviável criar esse circuito de forma a ser universal ou que atenda muitos tipos de válvulas em quantidades variadas nos amplificadores. Se tiver que projetar uma fonte chaveada específica para cada circuito de amplificador,  fica economicamente inviável.

Já outro motivo pode ser a confiabilidade da fonte chaveada já que envolve um número muito maior de componentes e assim a chance de falha aumenta. Para alimentar filamento de válvulas, um transformador basta e ele não reclama da corrente de surto inicial. Nesse caso, o mais simples é melhor do que o complexo. O transformador é uma máquina elétrica simples, eficiente e confiável.