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FORO TÉCNICO => Foro Técnico => Mensaje iniciado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 04:12:16

Título: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 04:12:16
¿Me servirá alguno de estos?
(http://imageshack.com/a/img37/4503/zhni.jpg)

El pequeño mide 7.6mm de gordo, 20.6mm de diámetro exterior y 8.9mm de diámetro interior.

Las dos mitades grandes miden 17mm de gordo, 25mm de diámetro exterior y 14.8mm de diámetro interior.


Tengo hilos de cobre barnizado de los calibres: 0.25, 0.315, 0.4, 0.5 y 0.75mm
Título: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 05:52:44
Estupendo.
El primero parece un toroide de polvo de hierro. Ese material tiene muchas pérdidas en alta frecuencia, por lo que lo mejor es dejarle para hacer una bobina de filtrado.

El segundo parece de ferrita y además está partido, con lo que podrás bobinarle mejor y ponerle entrehierro. Parece la mejor opción para hacer el trafo.

La primera prueba consiste en calcular su "resistencia magnética" o Reluctancia. En las hojas de características también se la suele llamar AL, que es la inversa de la anterior.

Para conseguirlo hay que dar 10 vueltas a uno de los nucleos de ferrita partido.
Luego corta dos pedacitos de papel de un folio y los colocas en cada uno de los extremos de la ferrita. Esto creará un entrehierro que permitirá a la bobina almacenar más energía.
A continuación cierras el toroide y aprietas las dos partes con un poco de celofán.
Ahora compruebas la inductancia con el circuito que habías construido y una resistencia de sensado de corriente de 0.1 ohmio.

Saludos.
Título: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: ppyote en 01 de Febrero de 2014, 06:18:45
Cada día me quedo más alucinado de lo que sabéis muchos de este foro...
Título: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 06:20:25
Si el asunto de construir un trafo de alta frecuencia para fuente conmutada le interesa a mucha gente, creo que podríamos hacer un hilo aparte sólo para diseñar el trafo y luego volvemos a este.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 07:20:40
Dicho y hecho. Ya estamos en el hilo nuevo.

He aprovechado el apunte de Cándido y he ido a M. León a por toroides de ferrita. He conseguido estos nuevos:
(http://imageshack.com/a/img580/6246/r1i8.jpg)


El de la izquierda mide 15.22, 36 y 22.8 (grosor, diámetro exterior y diámetro interior en mm respectivamente)
El de la derecha mide 12.85, 32 y 17.95

Ahora procedo a medir la ferrita cortada tal como me has indicado.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 08:23:44
Ya he medido la bobina. Estos son los resultados:

t=5usI=1AdI=200mA/us
t=10usI=2AdI=200mA/us
t=15usI=2.5AdI=167mA/us
t=20usI=3AdI=150mA/us
t=25usI=3.1AdI=124mA/us
t=30usI=3.3AdI=110mA/us
t=40usI=3.5AdI=88mA/us

Parece que satura a los 10us con 2A.

La inductancia medida con mi polímetro es de 4mH, pero según sus características este es el mínimo valor que es capaz de leer, así que no me extrañaría que tuviera una inductancia más baja.

(http://imageshack.com/a/img837/3223/ozcf.png)

(http://imageshack.com/a/img809/2092/en6w.png)

(http://imageshack.com/a/img819/2192/44gd.png)

(http://imageshack.com/a/img833/7379/iq6m.png)

(http://imageshack.com/a/img593/4325/nbt6.png)

(http://imageshack.com/a/img827/7088/m4mw.png)

(http://imageshack.com/a/img593/634/0h0j.png)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 08:39:31
Lo que está saturándose es el transistor. Si te fijas en la tensión de emisor verás que está bajando. Este circuito debería saturarse a partir de 4 o 5 amperios. Lo que ocurre cuando el núcleo magnético se satura es que la corriente comienza a elevarse con mucha rapidez ( lo contrario que aquí ).
A propósito Nocturno, ¿podrías poner el circuito con el que has hecho el ensayo para que lo pudan ver los nuevos en este hilo? Gracias.

Con esos valores la inductancia sale:
L = V · t / I = 3 · 10u / 2. = 15uH

L = V · t / I = 3 · 20u / 3 = 20uH


Para saber cuál es el valor real, hay que promediar la tensión de la bobina (emisor del transistor)
Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 09:01:35
No sé a qué te refieres con promediar la tensión en el emisor. Aquí dejo unas capturas de la tensión en los dos extremos de la bobina (uno de ellos es el emisor) y dime cómo puedo hacer ese promedio, please.

t=5us
(http://imageshack.com/a/img30/483/3n2.BMP)

t=10us
(http://imageshack.com/a/img577/2979/lwdu.png)

t=15us
(http://imageshack.com/a/img703/4913/mpdy.png)

t=20us
(http://imageshack.com/a/img716/3974/qkid.png)

t=25us
(http://imageshack.com/a/img849/6172/z736.png)

t=30us
(http://imageshack.com/a/img513/1092/qdge.png)

t=40us
(http://imageshack.com/a/img690/3700/k750.png)

El circuito usado para el ensayo es el que tú publicaste. Lo cuelgo aquí también
(http://imageshack.com/a/img835/9899/sqbn.jpg)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 09:05:30
El área del circuito magnético es de 5mm x 17mm = 85 · 10-6 m2
Hay que quitar un poco porque los bordes están biselados. Reduciendo un 10% queda:

   A = 77 · 10^-6 m2

Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 09:10:36
¿Has calculado el área sin multiplicar por pi?
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 09:14:04
En la gráfica azul puedes ver que durante el pulso la tensión de emisor (la tensión de la bobina por lo tanto) va bajando con el tiempo.
La tensión que tenemos que tomar es la tensión media durante el pulso. En el caso de 10us la tensión media es aproximadamente de 3 voltios.

Por lo tanto nos quedamos como bueno con el valor de
   L = V · t / I = 3 · 10u / 2. = 15uH

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 09:16:57
¿Has calculado el área sin multiplicar por pi?
El Area es la zona "cortada" del toroide, con forma rectangular. Por esa área circula el flujo magnético.


En la imagen que adjunto sería
   A = H · (b-a)

Es decir, el área sombreada de gris:

(http://www.lawebdefisica.com/problemas/figs/p274fig1d1252337332.png)

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 09:22:32
Ahora podemos calcular la Reluctancia del circuito magnético.

R = N^2 / L = 10^2 / 15u = 100 / 15u = 6.66 · 10^6   [Henrio^-1]

Para N = 10 Vueltas


Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 09:28:52
¿Has calculado el área sin multiplicar por pi?
El Area es la zona "cortada" del toroide, con forma rectangular. Por esa área circula el flujo magnético.
Saludos.

Ah, ok, yo me estaba comiendo el coco con el área de un cilindro hueco :)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 09:33:05
Este valor es muy alto. Mayor de lo que esperaba. Eso se debe a que el toroide ya tiene integrado un entrehierro o separación .
La reluctancia debida a los papelitos de separación se puede calcular como:

R = l / (u · A) = 0.0002/(1.257·10^-6 · 77·10^-6) = 2·10^-6  [Henrio^-1]

l = 0.0002 m.  longitud del entrehierro. 0,0001m por cada papel.
u = 1,257 · 10^-6. Henrio/metro. permeabilidad magnética del vacío (y del papel)
A = 77· 10^-6 m2.  Área del circuito magnético (Calculada antes)


Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 09:45:44
Bien, como ese núcleo tiene ya integrado el entrehierro, podemos prescindir de las hojas de papel.

Sin el papel, la reluctancia del núcleo será de:

   R = 4,6 · 10^6  [Henrio^-1]

Vas a darle 7 vueltas al primario con hilo de 0,75mm.
Por ahora será suficiente para aguantar 5 Amperios rms.

En el secundario puedes darle 175 vueltas, que será suficiente para conseguir por ahora 1000 voltios.
En el secundario puedes utilizar hilo de 0,25mm.
Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 09:49:36
¿Y si le pongo 525 vueltas para conseguir 3000V?
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: MGLSOFT en 01 de Febrero de 2014, 09:53:21
Estas por electrocutarte Manolo ??   :D :D :D
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 09:54:43
No tengo hilo de 0.75mm, pero he encontrado hilo de 0.6mm y de 1.25mm. ¿Servirá alguno de ellos para el primario?


Cualquier día de estos lo hago, Marcos :)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 10:02:00
Otra duda, Picuino. Si la relación es 7/175 no entiendo cómo se obtienen 1000V a partir de 12V.

Disculpa que abuse de tí pero ya que te ofreces :)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: AngelGris en 01 de Febrero de 2014, 10:04:02
Pero que tema de lo mas interesante!!!!!!! Es un lujo tanta información  ((:-)) ((:-)) ((:-))
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 10:22:21
Bueno, ya estoy en casa con el PC y no tengo que volverme loco dando a la pantalla del móvil.

Bien Manolo, vamos a construir una fuente FLYBACK. (No estaría mal incluirlo en el título del hilo)

Las características de la fuente son:

   Vin = 12V                Tensión de entrada
   Vout = 3000V          Tensión de salida
   Iout = 35mA           Corriente de salida
   Pout = 105 Vatios   Potencia de salida



Este tipo de fuentes (flyback) consiguen con facilidad altas tensiones en el secundario y por eso se utilizan mucho en esta tarea.
El problema que tienen las fuentes flyback es que no funcionan bien para grandes potencias, para más de 150 Vatios. En este caso estamos casi en el límite.

La tensión en el secundario se consigue cuando se desconecta el transistor. En este caso la tensión de la bobina del primario aumenta por encima de los 12 voltios y podría llegar hasta los 1000 voltios o más.
En cualquier caso, una regla práctica para que el conversor flyback no pierda demasiado rendimiento es que el primario va a aumentar la tensión unas 3 o 4 veces la tensión de entrada.
Esto significa que el primario va a conseguir una tensión al desconectar el transistor de:

   V1 = 12 · 3 = 36v

Que se van a convertir en el secundario en:

   V2 = V1 · 175/7 = 900 voltios.

Ahora no creo que tengas por casa diodos que aguanten más.  En cualquier caso siempre podríamos forzar el flyback por ejemplo hasta los 2000 voltios, a costa de bajar mucho el rendimiento.

Para más información: http://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_Flyback

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: AngelGris en 01 de Febrero de 2014, 10:51:53
  Justamente a este tipo de funcionamiento debe su nombre el tranformador de alta tensión (que iba conectado al TRC) de los viejos TV y monitores TRC. También la mayoría de las fuentes de TV que he visto funcionan de la misma manera. Supongo que me estoy adelantando un poco... pero algo que no he encontrado información que haya conseguido entender es acerca del cálculo del circuito snubber
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 10:55:45
Ahora voy a justificar un poco los cálculos.

DIMENSIONES DEL NÚCLEO

Al empezar con un núcleo toroidal desconocido, lo primero que tenemos que hacer es averiguar sus parámetros.
Los parámetros mecánicos se pueden medir con un calibre con facilidad:

   Diámetro exterior A = 25 mm
   Diámetro interior  B = 15 mm
   Grosor                 C = 17mm

(http://www.feryster.com.pl/polski/images/toroid.gif)

Adjunto imagen de las dimensiones del toroide.

Con estas medidas se puede calcular:

   Espesor = (Diámetro exterior - Diámetro interior) / 2 = (25-15)/2 = 5mm

Y ahora calculamos las dos dimensiones físicas que necesitamos del núcleo:


Área del nucleo magnético

   A = Grosor · Espesor = 17mm · 5mm = 85 · 10^-6 m2

   Como las esquinas están biseladas, reducimos un 10%:

   A = 77 · 10^-6 m2


Longitud del circuito magnético.

   l = pi · (Diámetro exterior + Diámetro interior)/2 = 3.1416 · (25+15)/2 = 63 mm    

   l = 63 · 10^-3 m




Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 11:12:37
Una vez calculados los parámetros mecánicos necesitamos conocer los:


PARAMETROS MAGNÉTICOS DEL NUCLEO

Estos son fundamentalmente:

Máxima inducción magnética
   Es la máxima inducción magnética Bmax, que aguanta el núcleo antes de saturarse y comenzar a perder capacidad de transportar flujo magnético con facilidad.
   En general, para empezar y evitar mediciones, podemos suponer los siguientes valores máximos:

   Bmax = 0.25 Tesla     Núcleos de ferrita

   Bmax = 1 Tesla          Núcleos de polvo de hierro.

Los núcleos de ferrita se utilizan para altas y medias frecuencias y grandes cambios en la inducción (corriente de las bobinas).
El polvo de hierro se utiliza para bajas frecuencias o para cambios pequeños en la inducción (corriente de rizado pequeña en comparación con la corriente continua).


Reluctancia del núcleo
Es la resistencia que presenta el núcleo al paso del flujo magnético.
En las hojas de características se suele indicar la inversa de la reluctancia: AL , que es la inductancia que se consigue con el núcleo magnético cuando arrollamos una bobina de una espira.

Este parámetro depende de las dimensiones del núcleo y del material utilizado. Es necesario para poder calcular la inductancia que vamos a conseguir en una bobina.

La reluctancia se mide con un ensayo, conociendo la fórmula:

   R = N^2 / L

   N = Número de vueltas de la bobina.
   R = Reluctancia del nucleo magnético en Henrios^-1
   L = Inductancia de la bobina en Henrios

La reluctancia del nucleo se puede aumentar colocando una separación de aire entre las piezas de ferrita.
Esta separación de aire se llama entrehierro y su reluctancia se suma a la reluctancia que tengan las piezas de ferrita.
En ocasiones el fabricante añade a la ferrita otros materiales que no son ferromagnéticos, para crear el equivalente a un entrehierro en el material.

El entrehierro es importante porque es donde se almacena la energía de la bobina. Cuanto mayor sea el entrehierro, más energía podrá almacenar.
Una bobina puede almacenar una energía que es proporcional a la inductancia por el cuadrado de la corriente máxima.
Cuanta más energía pueda almacenar una bobina, más corriente puede atravesarla sin que se sature.

En el caso del circuito Flyback es muy importante que el bobinado almacene mucha energía.


Para el núcleo que nos ocupa hemos calculado que la reluctancia sin entrehierro es aproximadamente:

   R = 4 600 000  Henrios^-1


Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 11:24:40
Ahora vamos a calcular la bobina que podemos construir en el primario con este núcleo magnético.

Si partimos de N = 7 vueltas, tenemos las siguientes fórmulas:

Inductancia de la bobina (del primario):

   L = N^2 / R = 7*7 / 4600000 = 11 uH


Corriente máxima que soporta el primario:

   Imax = ( Bmax · R · A ) / N

   Bmax = 0.25 Tesla   Inducción magnética máxima del material (ferrita)
   R = 4600000            Reluctancia del circuito magnético (cuanto mayor sea, más corriente aguantará la bobina)
   A = 0.000077 m2     Área del del circuito magnético
   N = 7                      Número de vueltas de la bobina

   Imax = (0.25 · 4600 000 · 0.000077 ) / 7 = 12.7 Amperios
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 11:27:33
No tengo hilo de 0.75mm, pero he encontrado hilo de 0.6mm y de 1.25mm. ¿Servirá alguno de ellos para el primario?

El hilo del primario que puedes utilizar por ahora es el de 1.25mm, que aguanta más corriente.

Cuando lo tengas construido continuamos.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 11:50:28
Me llama la atención que la fórmula de la máxima corriente soportada por el primario no dependa de la sección del hilo.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 12:58:20
Esa fórmula a la que te refieres indica la máxima corriente que soporta el circuito magnético antes de saturarse.

Hay otra limitación que depende del material magnético y de lo que se calienta con el recorrido de la magnetización. Por ahora se puede considerar que no va a tener efecto. En cualquier caso no podemos calcularlo porque desconocemos el material del núcleo. Si más tarde se aprecia que el núcleo magnético se calienta en exceso, habría que valorarlo. No creo que ocurra.

El circuito eléctrico también tiene sus propias fórmulas que limitan la corriente soportada. Depende de hilo que utilicemos en el bobinado.

Por ahora se puede estimar la resistencia de primario. Más tarde podemos calcular las pérdidas estimadas en el cobre.


RESISTENCIA DE PRIMARIO


Sección del hilo de cobre
La sección del hilo de cobre depende del diámetro del hilo y del número de hilos que se utilicen.
En ocasiones se utiliza un cable multifilar para evitar el efecto pelicular o skin-effect]http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_pelicular]efecto pelicular o skin-effect (http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_pelicular)
Estos cables multifilares se llaman cable de litz (http://en.wikipedia.org/wiki/Litz_wire).
Por ahora lo vamos a obviar.

   S = pi · D^2 / 4

   S = sección del hilo de cobre en milímetros cuadrados [mm2]
   D = diámetro nominal del hilo de cobre esmaltado en milimetros [mm]

Esta fórmula es estimativa. La sección de verdad debe reducir la capa de esmalte. Se pueden utilizar tablas para calcular los parámetros del hilo:
http://www.tecnun.es/asignaturas/SistElec/Practicas/Tabla_Hilo.pdf


Resistencia del hilo de cobre
La resistencia del hilo depende de la longitud, de la sección y de la temperatura. Suponiendo una temperatura constante de 25ºC la fórmula se simplifica:

   R = ro · long / sección

   R = Resistencia del hilo de cobre en ohmios.
   ro = 0.017  Ohmios·metro/mm2
   long = longitud del hilo de cobre en metros.
   sección = sección del hilo de cobre en milímetros cuadrados.

También en este caso se puede estimar la resistencia a partir de tablas.


Longitud del hilo de cobre del primario

A partir del número de vueltas y de las dimensiones del núcleo magnético, se puede calcular la longitud del hilo de arrollamiento.
En el caso de un núcleo rectangular con dimensiones A y B para la anchura y altura de la sección:

  long = N · 2 · (A + B + D*2)

   N = numero de vueltas de la bobina
   A = ancho en milímetros
   B = alto en milímetros
   D = Diámetro del hilo de cobre en milímetros

   long = longitud en milímetros

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 13:06:13
Calculando el primario del trafo:

Longitud del primario:

   long = 7 * 2 * (17 + 5 + 1.25*2) = 343 mm = 0.343 metros


Sección del hilo

   S = 3.1416 · 1.25^2 / 4 = 1.23 mm2


Resistencia del primario
   Vamos a suponer que además del arrollamiento añadimos unos 20mm para las dos  patillas del primario: long = 0.36 m

   R = 0.017 * 0.36 / 1.23 = 5 mili ohmios.


  Resistencia del primario = 0.005 Ohmios


En este caso, si hacemos pasar por el primario una corriente de unos 10 amperios rms, la potencia disipada va a ser de:

   P = Irms^2 · R = 10*10 *0.005 = 0.50 vatios.

Es una cantidad asumible.


Otro criterio utilizado a veces es mantener la densidad de corriente aproximadamente en 10 amperios por milímetro cuadrado de sección de hilo de cobre.
En este caso, para 10 amperios, tenemos un hilo de 1.23mm2, de forma que la densidad de corriente es menor.


Ya nos dirás cuando lo construyas.


Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente de alta tensión
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 13:13:27
En el secundario no deberías tener problema. El diámetro del hilo que aguanta 35mA es de unas 70 micras (como un cabello humano).
Imagino que vas a utilizar un hilo más grueso, por lo que no tendrás problema.

Como has podido ver, en las fuentes de alta frecuencia el tamaño del cobre no suele plantear problemas y se puede sobredimensionar.
En trafos de baja frecuencia, el cobre sí que suele ocupar todo el hueco que hay libre para bobinar, pero este no es el caso.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 16:59:12
Bueno, ya lo tengo montado. ¿Necesitas que haga alguna prueba con él o lo conecto directamente a la señal de 12Vac?
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 17:01:41
Hola Nocturno,
¿Podrías poner una foto para ver cómo ha quedado?

Yo creo que ahora toca ensayar el primario para comprobar que tenemos unos 11uH que antes había estimado (si metes un pulso de 7us, debería llegar a unos 2 amperios)

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 17:11:53
Sí que llega a 2A, pero aparece un ruido tremendo que antes no existía. Supongo que el secundario tiene algo que ver. Además, oigo un pequeño chasquido cada 100ms

(http://imageshack.com/a/img703/4079/b0hx.png)

Así ha quedado el trafo. El primario está muy feo, pero es que el hilo de 1.25 lo he tenido que desmontar de un toroide de un inductor que tenía por aquí y es muy rígido. Para la próxima quedará más bonito :)

(http://imageshack.com/a/img577/8027/gqb1.jpg)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: jfh900 en 01 de Febrero de 2014, 17:15:52
Sí que llega a 2A, pero aparece un ruido tremendo que antes no existía. Supongo que el secundario tiene algo que ver. Además, oigo un pequeño chasquido cada 100ms

Manolo me dejas asombrado, que oido más fino tienes y que precisión en la medida del tiempo...

Un abrazo
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 17:18:19
Bueno, el chasquido se debe al pulso que le estás metiendo.
No es buena señal, significa que el transformador hace ruido. A frecuencias por debajo de los 20kHz puede ser muy molesto.
Imagino que se podrá evitar bobinando el hilo más apretado y apretando también las dos piezas de ferrita entre sí
De todas formas por ahora no es un problema.

Otro punto que me preocupa son las oscilaciones que aparecen en la corriente.
Si se deben a una capacidad parásita, puede dar algún problema porque hace falta que la respuesta del transformador sea rápida para que tenga buen rendimiento.

Ya lo veremos más adelante.

Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 01 de Febrero de 2014, 17:26:58
Jaja, es que se que tiempo puse al delay del micro ;)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 17:28:32
Ahora ya puedes montar el circuito Flyback con el transformador para probarle.

Este documento de Microchip explica varias topologías de conversores conmutados:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/01207b.pdf
A partir de la página 66 comienza el conversor flyback.


Este es el circuito que hay que montar:
(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/34/Flyback_w_snubber.svg/600px-Flyback_w_snubber.svg.png)


La resistencia-condensador y diodo Ds forman la red Snubber que hace falta para que el mosfet no se destruya en el apagado.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 17:40:14
El mosfet tiene que ser rápido (cuanto más mejor) y aguantar unos 15 amperios de pico y más de 50 voltios.


Ds debe ser rápido, aguantar picos repetitivos de 15 amperios (con ciclo de trabajo muy pequeño) y mas de 50 voltios en inversa.


Rs y Cs las calcularemos más tarde. Puedes comenzar con:
   R = 2k2      1vatio
   C = 470nF  50v


El diodo del secundario debe ser rápido y aguantar 1200 voltios (1.33 veces la tensión de salida)
En cuanto a la corriente, debería aguantar picos de 0.6 amperios.


El condensador de secundario puede ser pequeño:
   C = 100nF    y    1000v
Para un rizado de menos de 20voltios en la salida.


Antes de ponerlo en marcha hay que probar pulsos de 10us en el transistor cada 100ms para comprobar que todo funciona bien.
Cuando la pongas en marcha de verdad hay que realizar un soft-start (encender poco a poco y no a plena potencia) para que los componentes no se quemen.


Lo único que falta es que el micro reciba el valor de tensión del secundario.  Esto puedes medirlo en la unión del diodo de primario-condensador y así te evitas conectar el secundario al microcontrolador.



Mucho cuidado a partir de ahora.
Las tensiones y corrientes que aparecen en este montaje son mortales.


Cualquiera que intente construir este circuito debe tener conocimientos de electricidad en alta tensión.
Este circuito expone a un peligro cierto de electrocución.


Este montaje no sólo es capaz de producir descargas puntuales semejantes a las que puede producir un taser,
tambien puede mantener en el secundario de forma sostenida corrientes mayores de 30mA, suficientes para producir:

   Muerte por fibrilación ventrícular (es la causa del mayor número de muertes).

   Muerte por asfixia.

   Tetanización muscular.

   Embolias por efecto electrolítico en la sangre


Se debe trabajar siempre manteniendo aislado el secundario del transformador y todos los componentes que lo acompañan.




Con estos componentes podrás llegar a 900 voltios a la salida y unos 55 miliamperios (MUY PELIGROSOS)
 (unos 50 vatios)
La frecuencia de conmutación debe ser de unos 66kHz y el ciclo de trabajo:
   ton = 11us  (transistor conmutado)
   toff = 4us    (transistor abierto)             (MUY PELIGROSO)


Si quieres limitar el riesgo, haz pruebas con frecuencias menores y tiempos de transistor apagado grandes:

   ton = 11us      (transistor conmutado)
   toff > 100us    (transistor abierto)



Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 18:20:23
Aprovecho para comentar qué es peligroso con la electricidad.

El verdadero peligro no se encuentra en la tensión alta. El mayor peligro se encuentra en la corriente.

Cuanto mayor es la corriente, mayor el riesgo de muerte. De hecho tensiones muy altas pueden ser totalmente inocuas con tal de que su corriente sea pequeña.

Algunos ejemplos de alta tensión inócua:

   La chispa de encendido de un mechero piezoeléctrico. Produce varios miles de voltios que se notan como un pinchazo cuando te atraviesan. No es mortal.
   Las chispas que se producen al tocar masa después de quitarse un gersey, caminar por moqueta o situaciones similares. Esas chispas también tienen miles de voltios y son inocuas.
   Las descargas de una bobina de tesla de poca potencia:

   



Sin embargo, con tensiones mucho menores, cuando la corriente que circula por nuestro cuerpo es mayor de 30mA, existe riesgo de electrocución.
Esto puede pasar con tensiones de "tan solo" 100 voltios.

A partir de 50 voltios, la tensión puede llegar a producir corrientes peligrosas que atraviesen nuestro cuerpo y por lo tanto hay que tomar precauciones.

Las tensiones mayores de 50 voltios no son tensiones seguras y deben manipularse sólo por personal adecuadamente formado.


Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 01 de Febrero de 2014, 19:27:39
Efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano:

http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/301a400/ntp_400.pdf


Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 02 de Febrero de 2014, 03:50:44
Los componentes de los que dispongo no satisfacen al 100% los requerimientos, pero quizás pueda utilizarlos para las pruebas con idea de sustituirlos más adelante.

Son estos:
- Mosfet-N CSD17308Q3 (http://www.ti.com/lit/ds/slps262a/slps262a.pdf)
- Mosfet-N IRF540 (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf540n.pdf)
- Diodo RS2G (http://www.vishay.com/docs/88708/rs2a.pdf)

Condensadores y resistencias no tengo exactos, pero puedo combinar varios para conseguir esos valores que propones.

¿Servirán estos componentes?
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 02 de Febrero de 2014, 06:53:42
Los condensadores y resistencias no hace falta que sean exactos. De hecho hay que ajustarles más tarde para optimizar.

El IRF540, con 100 voltios tiene suficiente margen de tensión, pero se va a calentar mucho. Con un buen disipador podría valer.
El otro tiene una tensión demasiado baja.

El diodo te servirá para conseguir una tensión de salida de unos 300 voltios. Para probar podría valer. Si quieres conseguir más tensión puedes poner varios en serie. Hay que balancearlos con una resistencia muy alta en paralelo con cada diodo.

Puedes poner uno igual en el primario, para la red snubber.




Tienes que colocar un divisor de tensión entre la unión del diodo y el condensador del primario y la masa.
Divide la tensión entre 20 como mínimo (resistencia de 22k y otra de 1k) para medir la tensión de la red snubber con el microcontrolador.
Esa tensión tiene que ser baja para que no te carges los componentes y es proporcional a la tensión del secundario +12v.

Saludos.


Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 02 de Febrero de 2014, 09:04:42
Se me olvidaba comentarte una cosa, Manolo.

No intentes hacer la fuente en una protoboard, porque va a funcionar fatal.

Hay que hacer un circuito impreso, aunque sea con placa pretaladrada.

Lo ideal es que los bucles de corriente sean lo más pequeños posibles (aparecen en rojo en la imagen) :

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ac/Flyback_operating.svg/250px-Flyback_operating.svg.png)

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 02 de Febrero de 2014, 17:47:32
¿Me haces otro favor?
En la tienda donde compro no puedo pedir los componentes en base a sus especificaciones. O conozco la referencia o nada.

¿Conoces referencias de transistores y diodos comunes que cumplan los requisitos?

Muchas gracias
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 02 de Febrero de 2014, 18:04:06
En la tienda son difíciles de encontrar.
Por ejemplo los diodos rectificadores 1N4007 de 1000 voltios y 1 amperio son muy comunes y baratos, pero también son demasiado lentos.
Los componentes para fuentes conmutadas que son rápidos y de mucha corriente o de alta tensión son bastante complicados de encontrar en tiendas.
Hay que ir a distribuidores tipo Mouser, Farnell, etc.

Yo hace poco que he empezado a comprar en Farnell.
Antes lo que hacía con los componentes raros era mirar referencias baratas (y por lo tanto muy comunes) en los catálogos online y luego preguntaba en la tienda si lo tenían.

Esta fuente habrá que mejorarla, de forma que por ahora yo creo que puedes ir tirando con los componentes que ya tienes y luego comprar los definitivos en un sólo pedido a Mouser.

El diodo del secundario es el único que parece dar problemas serios.
Intenta conseguir un UF4007 o similar: http://es.farnell.com/multicomp/uf4008/diode-rectifier-1a-1000v-do-41/dp/1861512

Es muy barato (0.05 Euros) así que imagino que lo tendrán en cualquier tienda.

Saludos.

Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 02 de Febrero de 2014, 18:11:44
El BA159 también es fácil de encontrar y barato, pero dependiendo del modelo puede tener un tiempo de recuperación demasiado alto (500ns).

Ah, y no te olvides de comprar un driver para el mosfet. También podrías fabricarte uno con transistores discretos, pero no merece la pena para un prototipo.

Yo utilizo el IR2101. Es un poco lento, pero creo que será suficiente.


Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: AngelGris en 02 de Febrero de 2014, 18:28:53
  Un diodo muy común en fuentes de TV con TRC y también en las salidas del FlyBack es el FR107, pero justamente el tiempo de recuperación es de 500nS
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: micro_pepe en 02 de Febrero de 2014, 19:37:16
El BU508 es muy comun en televisores de trc, y se encuentra facil.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 03 de Febrero de 2014, 03:20:40
Pues he estado mirando en la web de MLeon y parece que tiene todas esas referencias excepto el IR2101. Luego me acercaré a ver qué consigo.
Y si no encuentro el driver para el mosfet lo haré con transistores.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: MerLiNz en 03 de Febrero de 2014, 08:22:08
UF4007

El mosfet quizas 100V se te quede corto y el voltaje en el secundario te sea demasiado baja, lo normal son unos 300V para que asi se aproveche la induccion y no absorva parte de esta el mosfet, para ello se utilizan IGBT que suelen estar preparados para esto.
Por cierto, las bobinas toroidales no se suelen enrollar el primario y el secundario encima??, es decir, un arrollamiento encima de otro separado normalmente por material aislante. Es que es la primera vez que lo veo asi, primario en un lateral y secundario en otro. Nose las especificaciones, pero lo que normalmente he visto es un primario como el que has puesto y un secundario con bastante cantidad de hilo que da entorno a los kOhm de resistencia.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 03 de Febrero de 2014, 08:46:50
Normalmente se arrolla el secundario sobre el primario para que el transformador esté mejor acoplado.
Para evitar chispas se coloca una lámina de mylar separando las dos bobinas.

Con esa configuración de bobinas separadas, el secundario tendrá un acoplamiento magnético peor y por lo tanto una "leakage inductance" (http://en.wikipedia.org/wiki/Leakage_inductance) que producirá más pérdidas.

Pero por ahora podemos continuar con ese trafo.

La tensión de primario no debería subir más allá de 48 voltios para que el rendimiento no baje mucho.
Con el transistor de 100 voltios creo que valdrá por ahora.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: ppyote en 03 de Febrero de 2014, 09:22:53
A todo esto, que consumo tendrá el primario y que voltaje le vas a aplicar Nocturno?
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 03 de Febrero de 2014, 09:40:10
Lo que me temía; he ido a por los componentes y he vuelto trasquilado.

Ni un mosfet mejor, ni un IGBT, ni un driver de mosfet. Solo he conseguido el diodo BA159.

Ppyote, el primario lo alimentaré a 12V y supongo que consumirá unos 8A.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 03 de Febrero de 2014, 10:04:58
Con estos componentes no podremos llegar a tanto.

La forma de onda de la tensión y corriente en el transformador es la siguiente:

(http://www.ami.ac.uk/courses/ami4966_emclvd/u02/images/Fig2_3.gif)

La corriente de primario aumenta desde 0 hasta 12 amperios (máximo que aguanta el transformador que ha construido Nocturno)

El tiempo de subida es de unos 11us con una tensión en el primario de -12voltios.

El tiempo toff debe ser como mínimo de 4us, para una tensión en primario de +36 voltios.

Con estas gráficas, la corriente media que entrega la fuente de 12voltios es:

   I_in = Ip_max · 1/2 · ton / (ton + toff)

   Sustituyendo:

   I_in = 12 · 1/2 · 11 / (11 + 4) = 4.4 Amperios.

La potencia absorbida será por lo tanto:

   P_in = I_in · V_in

   P_in = 4.4 · 12 = 53 vatios

Si queremos obtener más potencia, hay que conseguir que el transformador acepte más corriente, hasta 25 amperios.
Para conseguirlo hay que añadir más entrehierro.
El transistor con el que estamos trabajando se queda un poco justo. El bobinado también habría que reforzarlo.

Con este transformador ya se puede probar la lámpara y construir luego otro de 100 vatios con componentes mejores de un distribuidor tipo Mouser.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 03 de Febrero de 2014, 10:29:19
Ese es el problema del Flyback.
Utiliza corrientes de pico mucho mayores (en este caso 3 veces mayores) que las corrientes medias.
Esto hace que los componentes sufran mucho más estrés que en otro tipo de fuentes.

Hay que tener en cuenta que la potencia disipada es igual a:

   P = I^2 · R

De forma que cuando aumentamos la corriente por 3, estamos aumentando la potencia por 9.

Por ejemplo, el transistor mosfet tiene unos 44m ohms en conducción.

Si conduce una corriente de 4 amperios, consume una potencia de 0.7 vatios
Si conduce una corriente de 12 amperios, consume una potencia de 6.3 vatios

Por suerte la corriente de 12 amperios sólo es de pico. La corriente equivalente (rms) de la onda triangular del flyback es:

   I_mosfet_rms = I_max · sqrt(ton/(3·(ton+toff))

   I_mosfet_rms = 12 · sqrt(11/(3·15)) = 5.93 Amperios

Que produce un calentamiento de:

   P = 5.93^2 · 0.044 = 1.54 vatios

A eso habrá que añadir las pérdidas en conmutación.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: MerLiNz en 03 de Febrero de 2014, 10:41:24
La bobina de automocion que yo uso da sobre 10kV (desconozco la intensidad), tiene unos 15A de pico aproximadamente, el dwell de carga son 3ms para dar una chispa de 2ms de duracion. Y el voltaje de pico da unos 300V en el primario, el igbt que uso soporta unos 400V. El caso es que probando con un mosfet de 50V la chispa es debil sin contar que se calienta mucho mas debido a que absorbe bastante energia por esos 250V de pico extra que tiene (seguramente se acabase quemando por uso continuado). El caso es que para probar le vale con eso, pero cuando necesite el diseño final de los 3kV con 35mA necesitara otro transistor y lo suyo es buscarse uno que no se le quede corto en el diseño final, ya que aqui buscar componentes es un "rollazo".

Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 03 de Febrero de 2014, 12:37:44
Con los datos que das, se puede calcular las características de esa bobina de automoción

   V primario = 300v

   V secundario = 10000 v


Relación de transformación:

   n = Vp / Vs

   n = 300 / 10000 =  0.03


Inductancia de primario:

   L = V · t / I

   L = 12v · 0.003s / 15 A = 2.4 mH


Energía almacenada en el transformador:

   E = 0.5 · I^2 · L

   E = 0.5 · 15·15 · 2.4mH = 0.270 Julios


Corriente media absorbida por el transformador:

   I_in = 0.5 · I_max · t_on / (t_on + t_off)

   I_in = 0.5 · 15 · 3 / (3 + 5) = 4.5 A


Potencia absorbida por el transformador:

   P_in = E / (t_on + t_off)

   P_in = 0.27J / 0.005s = 54 vatios


En un transformador Flyback, durante el primer periodo de tiempo (t_on) se almacena en el transformador la energía proveniente del generador que alimenta el primario (en este caso, 12voltios)
En el segundo periodo de tiempo (t_off) se desconecta el transistor y la energía almacenada en el transformador se descarga en el secundario.

El tiempo que tarda en cargar y descargar la energía del transformador depende de la tensión. Cuanto mayor es la tensión, más rápido se descarga la energía.

Por otro lado el tiempo que tarda el transformador en cargar y descargar la energía depende de la energía que puede almacenar. Cuanta más energía almacene el transformador, más lento será.

Este transformador de automoción debe ser mucho mayor que el de Nocturno, que almacena esta energía:

   E = 0.5 · I^2 · L = 0.5 · 12·12 · 11uH = 0.000792  Julios = 792 uJ

   Mucho menos que los 270 mili Julios de antes.

Por eso, para la misma potencia, el trafo de Nocturno tiene un tiempo de ciclo de sólo 15us (es mucho más rápido) frente al tiempo de ciclo de 5ms de la bobina de automoción.
El problema de los transformadores pequeños es que deben ser mucho más rápidos para conseguir la misma potencia.
Esto hace que los componentes como los diodos o transistores sean más difíciles de encontrar y tengan más estrés por los tiempos de conmutación más rápidos que se necesitan.



La corriente de secundario será:

   I_sec = I_pri ·  n

   I_sec = 15A · 0.03 = 450 mA

   Esta es la corriente de pico, que poco a poco irá apagándose hasta llegar a cero.


Hasta aquí todo bien, pero hay algo que no cuadra. La fórmula del flyback dice que los tiempos de encendido y apagado dependen de la tensión de primario y de secundario:

Relación de tiempos de encendido y apagado:

   t_on · Vin = t_off · Vout · n


Sustituyendo:

   3ms · 12v = 2ms · 10000v · 0.03

   0.036 = 0.600  ???

   Las cantidades no coinciden ¿Por qué?

Bien, en una descarga eléctrica, antes de que comience la resistencia es muy alta. Es necesario aplicar una tensión muy grande para que el arco eléctrico se inicie.
Una vez iniciado el arco eléctrico, el aire o el gas a través del que pasa la chispa se calienta, se ioniza y se vuelve conductor dejando pasar la corriente con mucha facilidad incluso con valores de tensión bajos.
Esto es lo que ocurre por ejemplo con un arco eléctrico de una máquina de soldadura. Su tensión es apenas de 24 voltios, pero una vez que el arco se ha iniciado, puede mantenerse sin dificultad con esa tensión tan baja.
En el caso de una bobina de encendido, esta puede generar un pico de 10000 voltios para que la chispa se inicie. Pero, una vez iniciada, la tensión baja bruscamente mientras se mantiene el arco eléctrico.

Aplicando la fórmula de nuevo, para calcular la tensión real del secundario.

Tensión media del secundario:

   3ms · 12v = 2ms · V2 · 0.03

   V2_media = 600 v


Que será la tensión media del secundario durante los 2ms que tarda en descargarse la bobina.
La tensión que corresponde al primario será de:

   V1_media = 12v + 600·0.03 = 12 + 18 = 30v



Saludos.

P.D. He corregido datos que no estaban bien calculados
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: jfh900 en 03 de Febrero de 2014, 22:31:16
No termino de entender como al aumentar el entrehierro aumenta la energía almacenada por la bobina ya que R = l/u·S (R = Reluctancia, l = longitud media del circuito magnético, u = permeabilidad del material y S = Sección) como la inductancia es L = u N^2·S/l que se puede escribir como L = N^2/(l/u·S) = N^2/R al aumentar el entrehierro aumenta la reluctancia y por consiguiente disminuye la inductancia L y como la energía almacenada por el campo magnético es E = 1/2 L I^2 si disminuye L la energía almacenada por el primario  que se transfiere al secundario disminuye. Utilizando el flujo también se puede demostrar que al aumentar el entrehierro disminuye la intensidad de campo magnetico en el interior del toroide. Este paso no me queda claro.

Un saludo
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 04 de Febrero de 2014, 05:29:42
En un circuito magnético con entrehierro, la mayor parte de la energía se almacena en el entrehierro, que es la zona que peor conduce el flujo magnético.
Es  semejante a los condensadores, en los que la energía se almacena en el dieléctrico, que es el material que no conduce la electricidad.

Si combinas todas las fórmulas, la energía almacenada en el entrehierro depende del volumen del entrehierro y del cuadrado de la inducción magnética B.

Ten en cuenta que al aumentar el entrehierro, disminuye L pero aumenta I_max y la energía depende de L y de I al cuadrado.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 04 de Febrero de 2014, 07:11:58
Energía almacenada en el entrehierro:

  E = B^2 · V / (2 · u)

   E = Energía almacenada en el entrehierro en Julios    [J]
   B = Inducción magnética en Tesla                            [T]
   V = Volumen del entrehierro en metros cúbicos         [m^3]
   u = 1.257 · 10^-6     [Tesla·metro/Amperio]    Permeabilidad magnética del vacío

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 04 de Febrero de 2014, 15:40:55
Como driver para el mosfet, ¿utilizo este esquema con npn y pnp?

(http://www.hispavila.com/3ds/atmega/mosfets_datos/driver_mosfet_n_2.gif)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 04 de Febrero de 2014, 15:43:58
Por cierto, mañana estaré por Madrid, por la zona de Alberto Aguilera, ¿conocéis alguna tienda de componentes cerca de allí donde pueda conseguir los transistores y diodos definitivos?
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: MerLiNz en 04 de Febrero de 2014, 15:53:46
Picuino eres una calculadora/libreria andante  :D ((:-))

Nocturno esa configuracion es para un rapido switching, pero para la frecuencia que vas a usar no lo veo necesario. Si buscas algo definitivo tienes esto:

http://www.fairchildsemi.com/search/controller?searchText=ecospark&textBtn.x=0&textBtn.y=0&textBtn=search#N=&&Nao=0&&Ntk=All&&Ntt=ecospark&&Ntx=mode+matchallpartial&&Nty=1&&showAll=true

Te olvidas de driver, proteccion, etc etc... Funciona como un IGBT y tiene nivel logico (0-5V) para ahorrarte demases.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: jfh900 en 04 de Febrero de 2014, 17:13:37
No estoy muy de acuerdo con tus afirmaciones. La energía eléctrica en un condensador se almacena en las placas por la acumulación de cargas eléctricas de distinto signo si bien es verdad que el dieléctrico se puede polarizar y aumentar esa carga eléctrica. De igual forma en la bobina es el flujo magnético el que almacena la energía. Si lo que dices fuera cierto al ir aumentando el entrehierro las bobinas mejorarian y al final eliminando el nucleo tendriamos una bobina que almacenaría el máximo de energía y eso no es así. La propiedad de la bobina que define su comportamiento es la inductancia y al aumentar el entrehierro como ya he comentado, la inductancia disminuye. Uno de los problemas de los transformadores de alta frecuencia precisamente es el entrehierro, por lo que  se procuran realizar los nucleos de una pieza o si por problemas de bobinado hay que hacer dos piezas se pone un fleje o sujección que aprieta las dos piezas para disminuir al mínimo las pérdidas. El entrehierro produce pérdidas en los circuitos mágnéticos, en los motores se minimiza al mínimo.

De todas formas os pido disculpas a tí y a D. Manuel por estar desvirtuando el hilo. Doy por concluida esta charla para que sigais trabajando en este fantástico proyecto.

Un saludo
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 04 de Febrero de 2014, 17:27:32
No estoy muy de acuerdo con tus afirmaciones. La energía eléctrica en un condensador se almacena en las placas por la acumulación de cargas eléctricas de distinto signo si bien es verdad que el dieléctrico se puede polarizar y aumentar esa carga eléctrica. De igual forma en la bobina es el flujo magnético el que almacena la energía. Si lo que dices fuera cierto al ir aumentando el entrehierro las bobinas mejorarian y al final eliminando el nucleo tendriamos una bobina que almacenaría el máximo de energía y eso no es así. La propiedad de la bobina que define su comportamiento es la inductancia y al aumentar el entrehierro como ya he comentado, la inductancia disminuye. Uno de los problemas de los transformadores de alta frecuencia precisamente es el entrehierro, por lo que  se procuran realizar los nucleos de una pieza o si por problemas de bobinado hay que hacer dos piezas se pone un fleje o sujección que aprieta las dos piezas para disminuir al mínimo las pérdidas. El entrehierro produce pérdidas en los circuitos mágnéticos, en los motores se minimiza al mínimo.

De todas formas os pido disculpas a tí y a D. Manuel por estar desvirtuando el hilo. Doy por concluida esta charla para que sigais trabajando en este fantástico proyecto.

Un saludo

El hilo va de la construcción de un transformador para una fuente flyback y ese punto es importante.
Este transformador es diferente a los transformadores de otro tipo de fuentes. En la fuente flyback, el transformador funciona como si fuera una bobina y debe almacenar mucha energía.
En otros transformadores no pasa eso y se puede minimizar el entrehierro, pero en la fuente flyback el entrehierro tiene que ser grande para que almacene la energía.

En ocasiones, el fabricante de la ferrita utiliza una mezcla de materiales que tiene menor permeabilidad relativa y es equivalente a tener un entrehierro, pero sin separar físicamente las piezas de ferrita.
Esto es lo que ocurre con el nucleo que está utilizando Nocturno, que tiene el equivalente a un entrehierro de 0.45 milímetros.

Esto es la teoría. Hay muchos libros donde comprobarla, pero lo mejor es verlo en la práctica. Si hay ocasión lo comprobaremos con otro núcleo de ferrica cuando lo compre Nocturno.

Saludos.  
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 04 de Febrero de 2014, 17:33:34
Como driver para el mosfet, ¿utilizo este esquema con npn y pnp?

(http://www.hispavila.com/3ds/atmega/mosfets_datos/driver_mosfet_n_2.gif)

Este montaje está bien. Puedes utilizar transistores BC337. El transistor PNP puedes sustituirle por un diodo 1N4148
Las resistencias pueden ser de 6K8.
Para mejorar el tiempo de apagado del transistor hay que colocar un condensador de unos 100pF en paralelo con la resistencia de la base.


Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 04 de Febrero de 2014, 18:02:11
Por cierto, mañana estaré por Madrid, por la zona de Alberto Aguilera, ¿conocéis alguna tienda de componentes cerca de allí donde pueda conseguir los transistores y diodos definitivos?
Puedes acercarte en la línea 4 de metro hasta Conectrol.

Allí tienen núcleos de ferrita en forma de E y su carrete para bobinar. No tienen muchas referencias y puede que ni siquiera les quede stock porque ese tipo de componentes no es muy común en tiendas.

http://www.conectrol.com/resbusca.php?cadena=etd&Submit=Buscar

Tienen este que creo que podría ir bien (no aparecen todas las dimensiones):  ETD39C16

En conectrol tampoco tienen el UF4007, que te vendría muy bien. Es difícil que lo encuentres en otra tienda.

Los mosfet, igual. Deberías pedirlos de montaje superficial a Mouser u otra similar.


En Telkron también tienen ferritas y bastantes referencias, pero está un poco más lejos.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 04 de Febrero de 2014, 18:16:01
He vuelto a mirar la hoja de características del IRF540 y está bastante bien. Es suficiente para esta aplicación.

El problema que tiene es que la resistencia Rdson es un poco alta y eso va a hacer que se caliente más que otros y eso afectará al rendimiento.

Para una potencia de 100 vatios, el transistor va a consumir en forma de calor más de 7 vatios.

Por lo demás es un transistor rápido, potente y barato.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: MGLSOFT en 04 de Febrero de 2014, 18:28:30
No se pueden poner en paralelo los Mosfet ??
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 04 de Febrero de 2014, 19:32:45
Es mejor comprar directamente uno de estos, por ejemplo:

http://es.farnell.com/international-rectifier/irlh5030trpbf/mosfet-n-ch-100v-100a-pqfn56/dp/1831085
100 voltios
>56 amperios
7.2 mili ohmios
1.18 Euros

Este modelo apenas disipa medio vatio con una corriente rms de 9 amperios.

Es la razón por la que al final he terminado comprando en un distribuidor a pesar de los costes de envío.
En las tiendas es imposible encontrar esos modelos.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 05 de Febrero de 2014, 01:49:25
Pues sí, al final entre lo que me gasto en taxi o metro y el tiempo perdido, no merece la pena ir a la tienda.

Además, el rato libre que tenía lo voy a aprovechar yendo a este Meetup:
     De la IDEA al Circuito (proceso de diseño y fabricación de proyectos) (http://www.meetup.com/Arduino-Madrid/events/159063812/)

Si alguien se anima, allí nos veremos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: fuente en 05 de Febrero de 2014, 05:02:44
Nocturno, no se si llego a tiempo para que lo leas, pero también tienes Array, en la calle Juan de Austria. Te pilla algo más cerca que Conectrol.
Si no, en la calle Maudes tienes Actron.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 05 de Febrero de 2014, 05:33:16
Muchas gracias, Fuente, sí que están cerca ambas. Puedo ir andando.
El problema es que ya me he comprometido con el Meetup.

De todas formas si puedo pegaré un salto, ¿tienen muchas referencias?
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: fuente en 05 de Febrero de 2014, 06:22:38
Array no lo sé, Actron tiene alguná mas.
La página web de Array no dice nada, la de Actron es www.componenteselectronica.es.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 05 de Febrero de 2014, 07:20:28
Cuelgo también aquí las fórmulas para manejar el transformador de la fuente flyback en modo de conducción discontinuo.
Este modo de conducción es el que mejor aprovecha la energía almacenada en el transformador.
Se basa en cargar de energía el transformador durante el tiempo de conducción del transistor y descargar esa energía completamente durante el tiempo de apagado del transistor, esperando a que la corriente llegue a cero.

Tiempo de encendido
Primero hay que calcular la corriente de pico en el primario (dependerá de la limitación que tenga el transformador)

  t_on = I · L / Vin


Como I_max debe ser menor de 12 amperios en este transformador para no saturarle:

   t_on = I_max · L / Vin

   t_on = 12A · 11uH / 12v
 
   t_on_max = 11us

Puedes pasarte un poquito mientras el núcleo comienza a saturarse, pero si te pasas mucho, la corriente comienza a subir con mucha rapidez y se quemarán los componentes. En cualquier caso no es recomendable porque el núcleo magnético puede calentarse mucho.


Tiempo de apagado
El tiempo de apagado, para dejar que la energía se descargue por completo en el secundario:

  t_off = t_on · Vin / (Vout · n)

   t_on = Tiempo de encendido del transistor.
   Vin = Tensión de alimentación del primario, en este caso 12 voltios
   Vout = Tensión en el secundario.
   n = Relación de transformación, que en este caso es de 0.04.


Sustituyendo valores:

     t_off = t_on · 300 / Vout

Dependerá en cada momento de la tensión de salida y del tiempo de encendido.


Funcionamiento con PWM
Si queremos mantener un esquema de encendido PWM, es decir frecuencia de conmutación fija, hay que calcular el tiempo de encendido combinando ambas fórmulas:

    T = t_on + t_off   = tiempo de ciclo

    (T - t_on) = t_on · Vin / (Vout · n)

    T = t_on · (1 + Vin / (Vout · n))


   t_on < T / (1 + Vin / (Vout · n))

   t_on = Tiempo de encendido del transistor.
   Vin = Tensión de alimentación del primario, en este caso 12 voltios
   Vout = Tensión en el secundario (hay que medirla o estimarla en cada ciclo)
   n = Relación de transformación, que en este caso es de 0.04.

   El tiempo de encendido hay que ajustarle a las tensiones de entrada y salida en cada momento.

El tiempo de ciclo T se puede diseñar para el caso de funcionamiento continuo normal, sumando los tiempos de encendido y de apagado con las fórmulas anteriores.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Fer_TACA en 05 de Febrero de 2014, 08:53:33
Manolo,
no se si llego a tiempo.
también te pilla cerca la calle "Sandoval" muy cerquita de la glorieta de "Bilbao". Esta calle antes solia estar llena de tiendes de componentes electrónicos y sonido. Ahora no lo se muy bien como anda, pero no te pilla lejos de Alberto Aguilera.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: fuente en 05 de Febrero de 2014, 11:28:50
Fer_TACA, te veo poco actualizado. Las tiendas de la calle Sandoval (Electrónica Sandoval) cerraron hace más de 10 años.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 05 de Febrero de 2014, 12:31:22
Fue la primera tienda en la que compré componentes.
Eran los tiempos del Spectrum.

(http://www.museo8bits.com/anuncios/sandoval01.jpg)

Nos vamos haciendo viejos...

Saludos.

Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: fuente en 05 de Febrero de 2014, 12:33:48
Desde luego....
Yo empecé a comprar en la tienda Valtran, en la calle Jorge Juan (un poco más arriba de donde ahora está Conectrol)
Y también cerraron Electrosón, en Duque de Sexto.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: tapi8 en 05 de Febrero de 2014, 13:43:14
No desvieis el hilo, que esta muy interesante, si empezamos todos los cincuentones del foro a recordar aquellos tiempos, echamos hablando de "tiendas" hasta el 2017  :D :D
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Fer_TACA en 05 de Febrero de 2014, 15:00:21
Fer_TACA, te veo poco actualizado. Las tiendas de la calle Sandoval (Electrónica Sandoval) cerraron hace más de 10 años.
Es que ya hace unos 30 añitos que deje de vivir por allí muy, muy cerquita.  :oops: :oops: :oops: :oops: :oops: :D :D :D :D

Ahora al vivir fuera de Madrid los tengo que comprar por la Web: RS-Amidata, Farnell, Digikey,.......
 :P :P :P :P :P :P :P
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 05 de Febrero de 2014, 15:00:59
Bueno, pues sigamos.

Según comentábamos, los conversores conmutados de tipo flyback someten a los componentes a un estrés mayor que otro tipo de fuentes.
En el caso de flyback para producir alta tensión, con mayor razón. Los componentes deben ser más rápidos y aguantar picos más altos de corriente que con otras topologías conmutadas

Esto hace que la selección de componentes sea un poco más complicada que en otro tipo de conversores, y difícil de encontrar en tiendas "de calle".

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 05 de Febrero de 2014, 15:15:04
MODO DE CONDUCCIÓN DE LA FUENTE FLYBACK

Ahora es el momento de hablar de la forma en que vamos a hacer funcionar al transformador de la fuente flyback.
Hay dos modos de funcionamiento: conducción continua y conducción discontínua.
Cada modo de funcionamiento tiene sus ventajas y sus desventajas. Una fuente flyback puede estar diseñada para hacerla funcionar sólo en uno de los dos modos o puede estar diseñada para funcionar en los dos modos, dependiendo de las condiciones.

Antes de comenzar conviene repasar algunas ideas básicas del funcionamiento del conversor flyback:

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/86/Flyback_conventions.svg/300px-Flyback_conventions.svg.png)


1.- Durante el primer tiempo (t_on) el transistor S se cierra aplicando la tensión Vi al primario del tranformador.
     La corriente por el primario del transformador aumenta continuamente y el transformador se carga de energía.
     Durante este tiempo no circula corriente por el secundario porque el diodo está polarizado en inversa.

2.- Durante el segundo tiempo (t_off) el transistor S se abre y no aplica tensión al primario del transformador.
     La corriente por el primario del transformador se anula y su tensión se eleva rápidamente.
     Durante este segundo tiempo, la tensión en el secundario se eleva, el diodo se polariza directamente y comienza a conducir corriente.
     La corriente por el secundario va disminuyendo a medida que el transformador se descarga de energía.

Las gráficas de tensión en el transformador y de corriente de primario y secundario se pueden ver en la siguiente gráfica:

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ec/Flyback_converter_PSS_kneepoint_trace.png)

Si esto ha quedado claro, podemos continuar.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 05 de Febrero de 2014, 15:15:36
MODO DE CONDUCCIÓN DISCONTINUA

Este es el modo de conducción que se ha supuesto durante todo este hilo, hasta ahora.
En este modo de funcionamiento, el transformador aumenta su corriente en el primario desde cero y se descarga completamente en el secundario.
Con este modo de funcionamiento la corriente por el transformador baja hasta cero en cada ciclo.

Este modo de funcionamiento tiene la ventaja de que permite controlar la corriente de pico del transformador controlando sólo el tiempo de encendido del transistor.
No es necesario realizar un sensado de corriente porque esta viene determinada por la tensión de entrada, el tiempo de conducción y la inductancia del primario.

El tiempo de conducción máximo se determina con la fórmula:

  t_on < I_max · L / Vin

   t_on = Tiempo de conducción del transistor
   L = Inductancia del primario del transformador
   Vin = Tensión de alimentación del primario


El tiempo de apagado t_off no puede ser cualquiera. Para asegurar la conducción discontinua, hay que dar tiempo suficiente para que el secundario se descargue.

    t_on · Vin = t_off · Vout · n         Condición límite de conducción discontinua


   t_off > t_on · Vin / (Vout · n)


De esta ecuación podemos sacar el tiempo de ciclo y el tiempo de encendido en función de las tensiones de entrada y salida:

  T = (I_max · L) · (Vin + Vout · n) / (Vin · Vout · n)


   t_on  <  T · (Vout · n) / (Vin +  Vout · n)

   t_on = Tiempo de conducción del transistor
   T = t_on + t_off  = Tiempo de ciclo
   n = N1 / N2 = Relación de transformación del transformador. (N1 = vueltas del primario, N2 = vueltas del secundario)
   Vin = Tensión de alimentación del primario
   Vout = Tensión a la salida del conversor flyback


Esta última fórmula se puede escribir en forma de ciclo de trabajo:

    D  <  (Vout · n) / (Vin +  Vout · n)

    D = t_on / T  =   Ciclo de trabajo del transistor.


La potencia transmitida del primario al secundario viene dada por la fórmula:

    P = Vin · I_max · t_ on / (2 · T)


   P = Vin · I_max · D / 2


Sustituyendo valores, la máxima potencia transferida será:


   P_max = I_max · Vin · Vout · n / 2·(Vin +  Vout · n)

   I_max = máxima corriente soportada por el primario del transformador.
   n = N1 / N2 = Relación de transformación del transformador. (N1 = vueltas del primario, N2 = vueltas del secundario)
   Vin = Tensión de alimentación del primario
   Vout = Tensión a la salida del conversor flyback
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 05 de Febrero de 2014, 19:02:21
Vamos a ver que significan todas estas fórmulas.

Suponemos que el transformador ya está construido y tiene unas características fijas:

Parámetros del transformador:

   L1 = 11uH            Inductancia de primario
   I_max = 12A        Máxima corriente por el primario antes de que se sature el núcleo.
   n = 7/175 = 0.04  Relación de transformación del transformador


Tensiones de trabajo:

   Vin = 12v             Tensión del primario
   Vout = 700v          Tensión del secundario


Ahora queremos hacer trabajar a este transformador en una fuente flyback con modo de conducción discontinuo


Tiempo de ciclo óptimo:

El máximo tiempo de encendido (necesario para conseguir la máxima potencia) es fijo:

   t_on =  I_max · L / Vin  

   t_on =  12A · 11uH / 12v = 11us


El mínimo tiempo de apagado que le corresponde, depende de las tensiones de entrada y de salida:

   t_off = t_on · Vin / (Vout · n)

   t_off = 11us · 12 / (700 · 0.04) = 4.7 us


El tiempo de ciclo y la frecuencia por lo tanto deben ser de:

   T = t_on + t_off

   T = 11 + 4.7 = 15.7 us

   f = 1 / T = 63.7 kHz


1.- ¿Qué pasa si aumenta el tiempo de ciclo? (si disminuye la frecuencia)

Que el tiempo de encendido t_on no puede aumentar para evitar saturar el núcleo del transformador y por lo tanto la potencia de la fuente disminuye.


2.- ¿Qué pasa si disminuye el tiempo de ciclo?  (si aumenta la frecuencia)

Para conseguir que se mantenga en conducción discontinua, el ciclo de trabajo D debe permanecer constante y por lo tanto el tiempo t_on disminuye.
El resultado es que disminuye la potencia de la fuente.


3.- ¿Qué pasa si disminuye la tensión de salida?

Para mantener la conducción discontinua, el tiempo de apagado t_off aumenta, por lo tanto el tiempo de encendido t_on debe disminuir.
El resultado es que la potencia de la fuente disminuye.


4.- ¿Qué pasa si aumenta la tensión de salida?

En teoría, el tiempo de apagado t_off disminuye y la fuente puede funcionar con un tiempo de ciclo menor (T menor) y por lo tanto entrega más potencia.
En la práctica, las pérdidas aumentan cuando aumenta la tensión de salida y a partir de cierta cantidad no es práctico seguir subiendo el voltaje de salida
porque las pérdidas son mayores que la ganancia de potencia que se puede conseguir.
Esta tensión de salida es aproximadamente:    

   Vout > 4 · Vin / n

Si la tensión de salida sube por encima, la potencia de salida disminuye por las pérdidas.


Resultado
Como se puede ver, la potencia de la fuente disminuye en todos los casos cuando se desvía del punto de funcionamiento óptimo.
Este resultado se puede corregir haciendo funcionar la fuente en modo de conducción continuo que explicaré otro día.

Un saludo.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 08 de Febrero de 2014, 05:10:12
Pues he montado los componentes en placa perforada y observo algo extraño.
Cuando alimento el circuito a 12V, me encuentro esos 12V en la base del IRF540, y llegan también a la alimentación de 5V que estoy entregando al BC337.

Eso no es normal, ¿verdad?

(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/829/zrmx.jpg)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 08 de Febrero de 2014, 08:51:57
Ya encontré el error. El IRF540 estaba quemado; lo he cambiado por un IRF830 que tenía por aquí y ya tengo el primario funcionando bien.
Voy a montarle el secundario y os cuento.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 08 de Febrero de 2014, 09:57:13
El driver da poca tensión. Apenas llega a pasar de 4 voltios.
Eso es suficiente para que conmute, pero debería tener más tensión para que la resistencia del mosfet sea más pequeña (Rds_on)

(http://www.hispavila.com/3ds/atmega/mosfets_datos/driver_mosfet_n_2.gif)

En este caso el primer transistor sí es necesario. Vcc = Vdd = 12 voltios.



En el secundario también debes colocar una red snubber en paralelo con el diodo:

(https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQetZybVLT1KN4nm_qVKNzeG0oVJ8jrSuGet73kUN5VE6rr4Dzv)


Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 08 de Febrero de 2014, 10:10:43
Ya encontré el error. El IRF540 estaba quemado;

Ten mucho cuidado con las pruebas. Puedes quemar el transistor con mucha facilidad.

Te recomiendo que comiences con tiempos de ciclo altos T = 50us o más y ciclo de trabajo pequeño t_on = 3us.

Con estos parámetros la potencia de entrada será de 1 vatio y la corriente de entrada estárá limitada a 3A de pico y 100mA de media.

En el secundario tienes que poner alguna carga para evitar que se queme por sobretension. 4 resistencias de 1Mohm en paralelo serán suficientes en este momento


A partir de aquí, puedes ir aumentando poco a poco el tiempo de encendido (t_on) mientras mides todos los parámetros para asegurarte de que todo va bien.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 08 de Febrero de 2014, 10:16:53
Según la hoja de características del IRF540, con Vgs = 4.5 voltios, no llega a conducir 7 amperios de pico.

Es probable que se haya quemado por eso.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 08 de Febrero de 2014, 10:24:03
Con el IRF830, la corriente de pico debe ser menor de 6 amperios.
En la práctica, con una resistencia Rds_on tan alta (1.2 ohmios) ni siquiera esa corriente es práctica. Caerían 7'2 voltios en el transistor !!

Con ese transistor te vale para comenzar a hacer pruebas, pero no deberías pasar de:

    ton = 3us

Para limitar la corriente de pico a unos 3 amperios.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 08 de Febrero de 2014, 10:30:36
(http://www.hispavila.com/3ds/atmega/mosfets_datos/driver_mosfet_n_2.gif)

Se me olvidaba, El transistor PNP es mejor sustituirle por un diodo 1N4148.

Si mantienes el PNP, deberías poner una resistencia entre la puerta y el driver (por ejemplo de 10 ohms) para limitar la corriente.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 08 de Febrero de 2014, 11:14:57
Driver:

(https://imagizer.imageshack.us/v2/618x476q90/545/g11t.png)


http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=42244.0
Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 08 de Febrero de 2014, 14:50:03
Finalmente he optado por colocar la resistencia de 10ohm entre los NPN-PNP y la puerta del mosfet, porque las otras soluciones me complicaban bastante desmontar todo.

Y también he montado el secundario y he comenzado a probarlo. Además de ponerle las 4 resistencias de 1Mohm en paralelo como carga, he colocado un divisor resistivo 1:1000.
Ingresando un pulso de 1us esto es lo que veo:

(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/841/hqw4.png)

Y ahora las preguntas:
1.- ¿Qué más pruebas tengo que hacer?
2.- Me da igual que la fuente entregue corriente alterna, ¿puedo eliminar el diodo y condensador de la salida?
3.- Me gustaría aprovechar el pedido a Mouser de Juanfe (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=41864.0), ¿podrías recomendarme componentes definitivos?
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 08 de Febrero de 2014, 16:47:52
¿Tienes puesto el diodo y el condensador en el secundario?

Parece que hay un pulso de 2000 voltios ¿¿?? es demasiado.

¿Qué señal se vé en el primario?


Hay una capacidad parásita en el secundario:

   La oscilación tiene un periodo de T = 5us
   El secundario tiene una inductancia:   L2 = L1 / n = 11uH / 0.04 = 275uH

   La fórmula de oscilación LC es:

      T = 2·pi·sqrt(L·C)

   La capacidad parásita vale:

      C2 = T^2 / (4 · pi^2 · L2)

      C2 = 5us^2 / (4 · pi^2 · 275uH) =

      C2 = 2.3 nF

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 08 de Febrero de 2014, 16:48:33
2.- Me da igual que la fuente entregue corriente alterna, ¿puedo eliminar el diodo y condensador de la salida?

Por supuesto. Mientras funcione la lámpara.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 08 de Febrero de 2014, 17:03:07
3.- Me gustaría aprovechar el pedido a Mouser de Juanfe (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=41864.0), ¿podrías recomendarme componentes definitivos?

Por ahora sólo te recomendaría el transistor.
En Mouser no parece haber muchos. Este modelo no creo que necesite disipador:
http://es.mouser.com/ProductDetail/STMicroelectronics/STF110N10F7/?qs=sGAEpiMZZMshyDBzk1%2fWi%2fS6olPLoOa4gbDNeGqHMDI%3d



Hasta que no pongas en funcionamiento la fuente, no creo que sepas con exactitud que parámetros necesita la lámpara. Deberías poner en marcha primero una fuente provisional para probar la lámpara y diseñar la fuente definitiva después.

Con la fuente actual puedes dar pulsos en el secundario de hasta 100V · 25 = 2500 voltios (con riesgo para el mosfet, porque estás llegando en el primario a 100voltios)
Con eso la lámpara debería encenderse. Luego creo que necesitará menos tensión.


Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: tapi8 en 08 de Febrero de 2014, 18:12:35
En electronica de potencia y gran potencia creo que "Digikey" es la que mas surtido tiene, incluso creo que los mejores precios.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 09 de Febrero de 2014, 07:14:35
MODO DE CONDUCCIÓN CONTINUO
El modo de conducción discontinuo es típico de las tensiones altas en el secundario.
Cuando la carga en el secundario aumenta, la tensión baja y el conversor entra en el modo de conducción continuo.

En este modo de conducción, la tensión prácticamente no varía en el secundario y la corriente aumenta lo que sea necesario para conseguir mantener esa tensión. Por esta razón este modo de conducción hay que controlarle midiendo la corriente máxima que circula por el transistor, para limitarla y evitar que el circuito se queme cuando la carga en el secundario aumenta demasiado.

Las gráficas de corriente y tensión en el primario son las siguientes:

(http://www.power-eetimes.com/imf/c/eyJtYXNrIjoiNDM2eDI4OCJ9/images/01-edit-photo-uploads/2011/2011-10-october/sclocchi_figure4.jpg)

En este ejemplo, debajo del mosfet de potencia hay una resistencia que mide la corriente que circula por el, para limitarla (I_sense):

(http://cds.linear.com/image/3139_app_1.jpg)

Las fórmulas para la conducción continua son las siguientes:


Relación entre ciclo de trabajo y tensiones de entrada y salida

  D = Vo·n / (Vo·n + Vi)

  Vo = Vi · D / (n · (1 - D))

  Vi = Vo · n · (1 - D) / D

   Vi = Tensión de entrada
   Vo = Tensión de salida
   n = N1 / N2  =  Relación de transformación del transformador
   D = t_on / T = Ciclo de trabajo o porcentaje de tiempo de ciclo que el transistor mosfet está encendido


Máxima corriente de entrada

  Ii_avg = D · (I_max - Vi ·D · T / L1) + (Vi · D)^2 · T / (2 · L1)

   Ii_avg = Corriente media de entrada
   I_max = Corriente máxima por la bobina del primario del transformador. L1
   D = t_on / T = Ciclo de trabajo o porcentaje de tiempo de ciclo que el transistor mosfet está encendido
   T = Tiempo de ciclo PWM
   Vi = Tensión de entrada
   L1 = Inductancia de la bobina del primario del transformador.


Máximo tiempo de ciclo que asegura la conducción continua

  T = (Vo · n + Vi) · Imax · L / (Vi · Vo · n)

   T = Tiempo de ciclo PWM
   Vi = Tensión de entrada
   Vo = Tensión de salida
   n = N1 / N2  =  Relación de transformación del transformador
   I_max = Corriente máxima por la bobina del primario del transformador. L1
   L1 = Inductancia de la bobina del primario del transformador.

Si el tiempo de ciclo se hace mayor, la fuente entrará en modo de conducción discontinuo.


Errores en las fórmulas
Todas estas fórmulas se refieren al conversor flyback ideal. En la práctica, el conversor flyback real tendrá valores algo distintos.
Esto se debe a las pérdidas en los elementos de conmutación. Un ejemplo típico es la tensión de salida. La tensión real Vo será menor que lo que indican las fórmulas debido a la caída de tensión en el diodo rectificador del secundario (unos 0.7 voltios) y a la caída de tensión debido a la resistencia de los bobinados.
En cualquier caso, las fórmulas dan una buena aproximación a los valores reales.
 

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 09 de Febrero de 2014, 07:28:15
La distinción entre modo de conducción contínua y discontínua es importante porque, para unas tensiones determinadas de entrada y salida, la mejor forma de aprovechar al máximo el transformador es hacerle funcionar en el límite entre la conducción continua y discontinua.
Este límite se da cuando la corriente en el secundario baja hasta cero justo en el mismo momento en el que comienza de nuevo otro ciclo de conmutación. Con este diseño, el transformador se hace lo más pequeño posible.

Con tensiones de salida por encima de este punto de trabajo, la conducción será discontinua.
Con tensiones de salida por debajo de este punto de trabajo, la conducción será continua.

Saludos.
 
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 09 de Febrero de 2014, 08:51:26
Máxima potencia absorbida por la fuente flyback

Una vez construido el transformador, la máxima potencia que puede absorber va a coincidir con el límite entre el modo de conducción continuo y discontinuo.
Sustituyendo en las fórmulas, el resultado nos da:

   P_max = I_max · (Vi · Vo · n) / [2 · (Vi + Vo · n)]

   I_max = Corriente máxima por la bobina del primario del transformador. L1
   Vi = Tensión de entrada
   Vo = Tensión de salida
   n = N1 / N2  =  Relación de transformación del transformador


Esta es la máxima potencia que el transformador puede entregar para un punto de trabajo determinado por Vi y Vo.
Si se trabaja con una frecuencia PWM fija, la potencia entregada será menor para tensiones de salida mayores o para tensiones de salida menores.


Por ejemplo para el transformador que estamos construyendo:

   I_max = 12A
   Vi = 12V
   Vo = 600V
   n = N1 / N2  =  0.04


   P_max = 12 · (12 · 600 · 0.04) / [2 · (12 + 600 · 0.04)] = 48 vatios


Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 09 de Febrero de 2014, 14:43:22
Esta es la señal que había en el pin del PIC con un pulso de 1us

(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/811/nkew.png)

Y esto lo que se ve en el primario:
(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/844/gxx6.png)

Luego he colocado la lámpara, en sustitución de la etapa con diodo y condensador y he ido ampliando el ancho del pulso hasta conseguir que luzca. Lo ha hecho a partir de que el pulso tenía 10us. Esta es la señal del secundario en ese momento.
(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/833/nvn5.png)

El consumo del circuito en ese momento a 12V es de 320mA.
Tras dos minutos funcionando el consumo ha subido a 380mA y el transistor ha subido a 52ºC. El trafo no ha cambiado de temperatura.

En cualquier caso, aunque la lámpara lucía, no producía ozono ya que no se percibía ningún olor.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 09 de Febrero de 2014, 17:06:14
No termino de entender la tensión del primario. Parece que está alimentado a 5 voltios.

Tienes mucho ruido. ¿Cómo es el circuito?


¿Cómo es la tensión en el drenador del transistor cuando conmutas con 10us?
 Antes de llegar a tanto tiempo de ciclo, hay que comprobar que la red snubber del primario es suficiente, no se vaya a quemar el transistor.


Las oscilaciones hay que intentar quitarlas con una red snubber en el secundario (hay que calcularla).


Puede que la lámpara necesite corriente continua. He pensado que puedes conseguir más tensión haciendo varios arrollamientos en el secundario con 100 vueltas cada uno.
Cada arrollamiento tendrá un diodo y un condensador, así puedes utilizar diodos de sólo 1000 voltios (UF4007). Luego pones en serie los secundarios para conseguir toda la tensión.
Con 4 bobinas de secundario, puedes conseguir 3000 voltios. Lo mejor es intentar bobinarlas una encima de otra con una capa de aislante entre ellas y todas encima del primario.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 10 de Febrero de 2014, 16:40:23
¿Cómo va la fuente, Nocturno?

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 10 de Febrero de 2014, 16:50:56
Hoy no he podido hacer nada,y mañana a hora indecente me voy 3 días a Barcelona así que hasta el viernes no habrá novedades.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 10 de Febrero de 2014, 17:12:01
Ok, seguimos el viernes.

Buen viaje. Ultimamente estás que no paras  ;-)

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 11 de Febrero de 2014, 01:13:55
Pues sí  :oops:
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 15 de Febrero de 2014, 13:36:45
He montado tres secundarios de 100 vueltas sobre el primario con capas de cinta aislante en medio. No puedo montar un cuarto secundario porque ya es inmanejable y no puedo pasar más arrollamiento por la cara interna de la ferrita.

Al conectarlas con diodo rectificador, condensador paralelo y las tres en serie, obtengo una tensión contínua de 1.500V pero la lámpara no hace nada.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 15 de Febrero de 2014, 17:05:52
¿Qué transistor estás utilizando?

Hay que medir las señales de primario para comprobar que todo funciona bien, antes de intentar subir la tensión .

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 16 de Febrero de 2014, 08:38:16
Estas son capturas a distinta t/div de la misma señal. Lámpara alimentada con un trafo de 2.650V/50Hz en serie con una resistencia de 100ohm; el osciloscopio sondaba los dos extremos de la resistencia.

(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/829/6l7i.png)

(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/62/is9c.png)

(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/841/augz.png)

(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/542/oi9i.png)

(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/32/tn8.BMP)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 16 de Febrero de 2014, 09:53:34
Parece que estás viendo pequeñas descargas. Como pequeños rayos.

Aparte de esos pulsos, debería verse una corriente más pequeña debido al efecto corona.

Esos pulsos son de unos 10mA y 4us. Prueba a filtrar la señal con una red rc a ver que aparece.
Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 16 de Febrero de 2014, 15:40:02
Con una R de 1K sí que se ve un patrón de 50Hz
(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/841/vsfs.png)

En esta imagen he añadido además otra R de 1K y un C de 100nF a modo de filtro, aunque no parece que filtre mucho.
(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/844/434d.png)
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 16 de Febrero de 2014, 17:43:17
Vamos a seguir filtrando a ver que pasa.
Aumenta la R de filtro a 10K y el condensador hasta que los picos sean comparables a la señal de 50 Hz.
Creo que con esto ya lo podremos medir bien.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 16 de Febrero de 2014, 17:48:32
Imagino que el filtro está bien colocado:
Resistencia de filtro en serie con el condensador. Conectados en paralelo con la resistencia Shunt. Medición en bornes del condensador.
Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 16 de Febrero de 2014, 17:55:26
Parece que la corriente media es de unos 100microamperios con picos puntuales de hasta 20mA.
¿Está la lámpara funcionando a tope?
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Nocturno en 16 de Febrero de 2014, 18:45:30
El problema era que medía en la resistencia. Midiendo en el condensador veo esta señal:

(http://imagizer.imageshack.us/v2/800x600q90/39/jsf.BMP)

Al medirla con el polímetro leo 75Vac

La lámpara no va a tope, ha bajado el rendimiento al ponerla en serie con la resistencia
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 17 de Febrero de 2014, 05:55:20
Esa señal de 75 milivoltios en AC significa que circula muy poca corriente:

I = V / R = 0.075 / 1000 = 75 uA en alterna


Por otra parte, para que la resistencia de shunt afecte a la tensión de 2600 voltios, es necesario que caiga en ella una tensión elevada. En torno a 1000 voltios.
Eso significa que debe haber corrientes de 1000 voltios / 1000 ohmios = 1 amperio !!!


Creo que circulan pulsos de corriente elevada (en torno a un amperio o más) y de duración muy corta, para que la corriente media sea baja.


En este caso creo que lo mejor es colocar un condensador en paralelo con la lámpara para que absorba los picos de corriente y que el transformador no tenga que aportarlos.
Como no creo que tengas condensadores pequeños para tensiones tan altas podemos hacer lo siguiente:
Fabrica un condensador con una placa PCB de fibra de vidrio de 1.6mm de grosor, doble cara y tamaño 60x60mm.

Ese condensador debería tener una capacidad aproximada de 100pF (si puedes medirlo, mejor)

Conviene que lo cubras con cinta aislante para evitar contactos con alta tensión.

Intenta conectar el condensador en paralelo a la lámpara, lo más cerca posible de ella.

Para medir la corriente, utiliza una resistencia shunt de 100 ohmios. El filtro, con una resistencia de 1K y un condensador de 100nF.

A ver si ahora podemos medir la corriente media.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 17 de Febrero de 2014, 10:18:24
Una página con simulaciones de avalancha de electrones:
http://plasma.szfki.kfki.hu/~zoli/research/avalanche/

Explicación en Wikipedia de los distintos regímenes de corriente en gases:
http://en.wikipedia.org/wiki/Townsend_discharge

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4c/GlowDischargeVoltAmpere.jpg/300px-GlowDischargeVoltAmpere.jpg)

Se supone que la lámpara debe funcionar en el punto E. Es donde se comienza a ver la descarga eléctrica y donde la corriente comienza a aumentar aunque disminuya la tensión.

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 17 de Febrero de 2014, 10:31:01
Explicación del generador de ozono o Dielectric Barrier Discharge:
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_barrier_discharge

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e6/DBD.png/220px-DBD.png)

Gráfica de la corriente que circula por el generador de ozono:
(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2c/Fig3_DBD.tif/lossy-page1-778px-Fig3_DBD.tif.jpg)

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 17 de Febrero de 2014, 10:50:12
Modelo de la lámpara DBD.
Circuito driver para lámpara DBD:

Modeling of and Driver Design for a Dielectric Barrier Discharge Lamp (https://tspace.library.utoronto.ca/bitstream/1807/24745/6/El-Deib_Amgad_A_201006_PhD_thesis.pdf)

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 17 de Febrero de 2014, 12:59:43
Transformadores para alimentar lámparas de descarga de cátodo frío:

http://en.wikipedia.org/wiki/CCFL_inverter

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: Picuino en 18 de Febrero de 2014, 18:46:05
Un driver de TI para activar mosfet a 12 voltios:
LM5111 - Dual 5A Compound Gate Driver (TTL input)
UCC37325 - Dual 4 A Peak High Speed Low-Side Power MOSFET Drivers (CMOS input)

Saludos.
Título: Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
Publicado por: cristian_elect en 08 de Marzo de 2014, 13:46:01
Estuve probando también alto voltaje como una un experimento inicial para después ponerle audio.
Estuve probando un transformador flyback de monitor antiguo de PC, primero con topología flyback, adicione un enrollado de 14 espiras como primario y una fuente de 12Vdc, primera prueba  sin capacitor a 24Khz en el primario tenía un pico de 120Vdc en el drenador del mosfet irf540 se calienta mucho, la puse capacitor de 100nF en paralelo con el primario se redujo a 110Vdc y bajo la corriente de consumo, el arco generado llegaba a 3cm y era algo ruidoso. Felizmente el mosfet no se quemo.
Tome los 24Khz porque era lo que mejor resultado daba en la salida.
Ahora con el ir2153s con un capacitor de 1uF en serie con la bobina primaria llegue a una frecuencia de resonancia 26Khz la cual alcanza 100Vac pico a pico, el arco es de 4cm y es silencioso casi nada de ruido pero su consumo de corriente aun sin estar en corto es alta, hay otra frecuencia un poco más del doble de la resonancia que da un alto voltaje de salida pero su arco es muy ruidoso. En esas 2 frecuencias tengo una salida de alto voltaje con gran energía.
En half bridge del ir2150s los mosfet no sufren ese alto voltaje que llega cuando la bobina le deja de alimentar.
Al final probare con un tl494 para el audio en half bridge, primero con diodo y voy a ver si le puedo sacar el diodo al transformador y probar sin diodo.