Fonte chaveada para power valvulado

[Ledod]

 Guilherme:

 Gostaria também de agradecer o compartilhamento dos esquemáticos e texto da fonte, com certeza é de muita valia para nós que estamos ainda em uma fase de pré-projeto.
 Agradeço muitíssimo a ajuda para se enrolar algumas bobinas caso precisemos! Por enquanto ainda estou montando os circuitos necessários em "módulos" para não ser necessário toda hora criar uma placa de circuito impresso para os circuitos (facilitando o desenvolvimento) e por enquanto acho que vamos demorar um pouco ainda até ter as especificações completas dos transformadores e bobinas necessárias.

 Lamer:

 Se tudo der certo (e vai dar certo!) até um amplificador de maior potência pode ser alimentado por esta fonte.


Um abraço

Eduardo

[hgamal]

Juntei as imagens que o guilherme disponibilizou em um único arquivo pdf:

http://gamal.com.br/smps.pdf

[Guilherme]

Meu caro Eduardo, meus conhecimentos sobre SMPS são primários mas não dá para simplificar não, é complicadinho mesmo. E pode ser até que um desses complicadinhos não vá com a cara do circuito onde será instalado e crie algumas zicas.
Veja o primeiro paragrafo do pdf que o Xformer anexou.

O Alexandre tem razao, o que esta emperrando o projeto é o transformador. Sugiro que voces juntem esforços nesse problema.

O pdf do Xformer é muito bom e junto com o pdf que o Gamal criou dá para voces alavancarem o projeto.

Não sei a potencia que voces tem em mente, mas sugiro que comecem com um nucleo grande, tipo E60. O fator de indutancia (Al) do material empregado, ferrite, deve pesar muito no projeto, creio eu.

Outra coisa importante: definam ***em definitivo*** o circuito que voces pretendem usar ***antes*** de pensar no transformador.

Com uma receita pronta posso implementar prototipos.

abraços

Guilherme

[Ledod]

 Bom pessoal, depois de algumas semanas rascunhando e pesquisando nas horas vagas, entrei na fase de testes da fonte de baixa tensão para os filamentos (6,3v)

 A topologia que estou usando é a push-pull com CT devido a sua grande facilidade em construção, tanto do transformador quanto dos circuitos de controle que não exigem um transformador de driver (como no caso da meia ponte) podendo o tl494 ser acoplado "diretamente" aos mosfets.

 Bem, nos meus testes estou utilizando dois mosfet's 4N80 (que são de 800v), a realimentação clássica com optoacoplador (4N25) + referência de tensão (TL431).

 Bem, a fonte principal está usando um dobrador de tensão em 127v (sim Eduardo! Os cálculos estavam corretos e eles não explodiram =D ) fornecendo cerca de 330Vdc.

 O transformador são um dos núcleos enormes que o Eduardo me forneceu (EE-42/42/15). Para o cálculo das espiras tomei cuidado de manter a densidade de fluxo baixa em sua excursão positiva e negativa. Um outro efeito indesejado na configuração PP é a saturação do núcleo ao ligar a fonte, causando o efeito de dobramento do fluxo em apenas um quadrante da curva BxH, ou na literatura conhecido como "flux doubling effect", sendo necessário um soft start na fonte. Ficou com 100 + 100 espiras no primário e 4 + 4 espiras no secundário, com isolamento entre camadas e entre secções. Podem achar um pouco alto o número de espiras, sendo que assim as perdas no cobre serão maiores (diminuindo o fator de utilização do núcleo) e piorando o seu desempenho. Mas achei melhor assim... Talvez alguém possa ter uma idéia para um melhor aproveitamento, sugestões são muito bem vindas! =)

 A frequência é de 40Khz, nem tão alta a ponto de termos problemas com perdas no núcleo, nem tão baixa a ponto de causar um incômodo a uma aplicação de áudio.

 O laço de realimentação foi empiricamente setado em 33Hz por meio de um filtro passa baixas, ainda preciso realizar mais testes com as cargas para verificar qual a melhor frequência...

 A retificação do secundário estou usando dois diodos em encapsulamento TO220 (aqueles que vem em fontes comunzinhas) para "20 A" (entre parenteses porque não confio muito nesses diodos...)

 Bem, a fonte, mesmo a com a montagem feia, ficou silenciosa em termos acústicos. Preciso ainda medir o ripple mas terei que levar a fonte até a universidade, então talvez demore um pouco para ter noção de como estamos em relação ao ruído.

 Os mosfets estão trabalhando assustadoramente frios!! Isso é o mais legal ao invés de utilizarmos os MJE da vida que torram muitos watts e exigem uma corrente alta de base. Mosfets são mesmo lindos

 Para teste, coloquei duas lâmpadas de 12v 55w automotivas em paralelo (não ia colocar minhas válvulas né? ), que foi a maior carga que consegui encontrar em casa (não tinha resistores de potência). Com elas, consegui 5A na saída a 6,3v cravados ajustados pelo trimpot.

 Bem, ainda não vou disponibilizar os esquemáticos pois quero ter certeza que ninguem vai se matar com isso, estou testando com cuidado. Não sei quando será a previsão de termos terminado tudo, mas vou postando sempre que tiver alguma novidade!!

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

Um abraço!

Eduardo

[Eduardo]

Viva! Hurra! Coisa linda!

Parabéns Eduardo!

6,3V com 5A é uma glória! E se funcionou com o dobrador, então o pessoal de Santos vai poder usar!

Você conquistou o prêmio de ser o primeiro HandMades a fazer uma fonte chaveada simples que liga na força e tem tecnologia aberta!

Curiosidade: como você resolveu a alimentação do TL494? Usou algo como aquele circuito do Guilherme ou uma fonte separada?

Novamente parabéns!

Eduardo

[hgamal]

Estou achando muito bom, mas cadê o esquema?

[Ledod]

 Olá pessoal,

 Obrigado Eduardo! Mas não quero isso de prêmio não hahah, só faço por fazer! =)

 Em 220Vac temos uma tensão menor do que os 127Vac depois do dobrador, vai funcionar com mais folga ainda!

 Então, dos 5A isso foi um teste moderado que fiz pode ser que consiga mais que isso (topologia push pull é recomendada a fontes de 100w para cima!).
 O maior problema que percebi é o aquecimento moderado dos diodos retificadores, s20c45. Tive que usar um pequeno dissipador ligado ao encapsulamento, pois são TO220. Outro componente que aqueceu bastante é o indutor principal de filtragem, mas nada que passasse o ponto de queimar.

 Por enquanto ainda estou alimentando a parte controle por uma fonte externa, mas acho que vou utilizar o mesmo principio da fonte que o Guilherme postou, um enrolamento a mais que alimentaria esta parte (poderia usar um regulador de tensão linear tipo um 7812 ou zenner mais resistor para deixar estável independente da carga).

 Ontem mantive a fonte ligada por umas 4 horas e não percebi problemas em outros componentes. Os mosfets estão trabalhando frios ligados ao dissipador.
 
 Fiz algumas medidas da potência de entrada e saída. Iin = 0,33A Vin = 124 Vac. Iout = 5,44A (melhorei a filtragem da saída) Vout = 6,3Vdc. Temos uma potência de entrada de 41W (não considerando o fator de potência) e uma potência de saída de 34,2W . E = 83,4%

 Estava desenhando os esquemáticos, logo mais posto!

Um abraço!

Eduardo
 

[kem]

...6,3V com 5A é uma glória! E se funcionou com o dobrador, então o pessoal de Santos vai poder usar!...

... Em 220Vac temos uma tensão menor do que os 127Vac depois do dobrador, vai funcionar com mais folga ainda!

O pessoal de Santos "agradeço" ...
Lelod, parabens... a coisa ta saindo...

[Ledod]

 Kem, modifiquei o texto do post pois escrevi com pressa e acabou ficando alguns erros, como a frase que citou :
 " Em 220Vac temos uma tensão menor da rede do que os 127Vac depois do dobrador, vai funcionar com mais folga ainda! ". Ficou entendido que em 220 a tensão da rede é menor que 127...  


----- O circuito foi testado minimamente!!! Recomenda-se não montar, RISCO DE VIDA

 Dado o aviso, estou compartilhando o pdf do esquemático: http://www.4shared.com/get/T-yKwRxh/fonte_chaveada_63v.html

 O intuito deste compartilhamento é irmos verificando possíveis erros, dar opiniões, etc. Por favor, quem for montar tome todos os cuidados necessários com a montagem, isolação das partes vivas e tudo o que é aplicado para a segurança em amplificadores valvulados (além de uma bancada com todas as proteções de rede necessárias!).

 Obs: Este é o circuito que foi montado, porém necessita de mais algumas proteções.
  Ainda não sei se será necessário o uso de um circuito snubber para aliviar o estresse nos mosfet's, calculei mas não cheguei a implementar. Será necessário monitorar as tensões no chaveamento.
  Não pude medir o ripple na saída ainda pois terei que utilizar o osciloscópio da faculdade, então talvez o filtro simplista da saída deverá ser melhorado (utilizando 2 indutores e 2 capacitores).
 Um outro circuito que seria muito bom é o de sobre-corrente. É simples até, colocando-se um resistor de baixo valor no source do mosfet e esta tensão sendo aplicada a um dos amplificadores de erro do TL494.

 Novamente, é necessária cautela se alguém for montar... Tudo isso é ainda necessário antes de termos um primeiro protótipo funcional.

 Um abraço

 Eduardo

[Guilherme]

Ledod,

Breadboard é assim mesmo, bem feio. Se for bonito o troço não vai funcionar bem nunca !

Dá para v. fazer uma imagem em close do transfo ?

V. aproveitou bem os espaços no carretel do EE-42 ?

Parabens, o projeto vai em frente.

abraços

Guilherme

[kem]

Ledod, eu tinha entendido... mas corrigi...

[gubterra]

Parabéns Ledod! Lindo trabalho...  Se possível e quando possível me explica este projeto e como você chegou nele Sou um imbecil e mereço ser suspenso 
É que eu estou estudando esta parte no meu curso a distância do Senai e gostaria de compreender a fundo o seu projeto, para quem sabe um dia ajudar com algo.  Parabéns pelo trabalho duro!   

[Ledod]

 Guilherme:

 Então, vou demorar até o fim de semana para conseguir tirar umas fotos do transformador, mas já adiantando, vou ficar com a maior vergonha em mostrar ele, ainda mais para você!!!

 Então, eu segui os modelos de construção contidos no livro "Switch Mode Power Supply Handbook" sendo que uma das formas para se isolar o primário e o secundário seria passar toda a fita de poliéster formando um L no carretel, para que as espiras da camada superior a este enrolamento não "caiam" para o enrolamento abaixo. Difícil de se explicar com palavras... Desse modo quase toda a excursão do carretel ficou para o enrolamento (diferente de uma outra montagem em que há necessidade de deixarmos uma distância entre o carretel e o fio).

 Bem, confesso que a parte de isolação deveria ser feita com um material melhor que a fita de poliéster apenas (passei pelo menos 5 voltas entre o primário e secundário) e não tinha folha de cobre a disposição para o shield entre os enrolamentos, nem verniz para transformador... Está "cru" mesmo, mas era o que tinha em mãos para construir.

 Entretanto tive bastante cuidado para enrolar, nada de espiras sobrepostas e aquelas gambiarras grotescas que vemos por ai (fios do primário e secundário separados apenas pelo verniz...)
 
 Devido a quantidade de fita ficaram bem gordinhos os enrolamentos, mas não ocupou toda a área da janela do núcleo, pelos menos uns 70% (que eu me lembre).

 Um abraço

 Eduardo

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Parabéns Ledod! Lindo trabalho...  Se possível e quando possível me explica este projeto e como você chegou nele Sou um imbecil e mereço ser suspenso 
É que eu estou estudando esta parte no meu curso a distância do Senai e gostaria de compreender a fundo o seu projeto, para quem sabe um dia ajudar com algo.  Parabéns pelo trabalho duro!   

 Obrigado! Mas existem muitas pessoas aqui no fórum que ajudaram e que estão ainda ajudando, digamos que eu que tive tempo de juntas os bloquinhos!  Na verdade todo esse projeto foi um apanhado de projetos que estão disponíveis em Application Notes, datasheets de componentes, artigos, circuitos de fontes abertas e estudadas, muitas simulações no Multisim, etc. 

 Então ao final de tudo (espero que não demore mais um ano hahaha) vamos disponibilizar o projeto com um texto e as explicações, se possível os cálculos e fórmulas empregadas. Seria bom tentar explicar o porquê...
 
 Então, fontes chaveadas tem um conceito simples de entender, é uma idéia muito inteligente em se aumentar a frequência e diminuir o núcleo. Aconselho a ler estes Application Notes da Microchip que resumem de uma forma simpática as idéias de uma fonte chaveada (topologias, benefícios, etc).

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01114A.pdf
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01207B.pdf

 Boa leitura! E com certeza, ajuda sempre é bem vinda.

Um abraço

Eduardo

[Guilherme]

OK, Ledod, espero as fotos da fonte e do transfo. Talvez possa contribuir com alguma coisa....

Vou entrar de ferias dia 14 proximo. Diga-me o que v. precisa para aprimorar seu transfo que eu te mando por sedex. Cobre para screen, kraft alcalino, filme poliester 0,050mm,  verniz, fio esmaltado... Só nao tenho ferrite EE, mas tenho pot-core.

Descobri outro artigo da Power Conversion International sobre a mesma arquitetura de SMPS. Vou scanear nesse final de semana.

abraços

Guilherme

[Eduardo]

Oi Ledod

Só vejo mérito em você ter feito o transformador apenas com fita de poliester. Imagine que este projeto tem o objetivo de ser montado por qualquer um. Poucos tem verniz isolante em casa. Fita de poliester já é um luxo! Precisamos ver se funciona também com fita isolante comum!

Quando te mandei aquele núcleo grande (foi o maior que encontrei) tinha a intensão de que você tivesse espaço para trabalhar. Miniaturização não é o caso agora!

Pense que ao final deste projeto, deveremos ter uma receita de bolo para alguém pegar uma fonte chaveada de PC e aproveitar o núcleo! Eu já aprendi como se desmonta aqueles transformadores! A cola que eles usam para prender tudo junto deteriora com o calor. É só jogar em uma panela com água e ferver por 3 minuto. Dica da Palmirinha: coloque um ovo junto para dar o pronto.

Sério; depois de ferver por 3 minutos, tente soltar as partes. Use luvas térmicas! Se ainda estiver preso, ferva mais um tempo. A cola precisa estar bem mole para desmontar, pois ferrite quebra fácil.

Abraços

Eduardo