Autor Tema: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack  (Leído 21389 veces)

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Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #45 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.


Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #46 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.
« Última modificación: 02 de Febrero de 2014, 18:26:14 por Picuino »

Desconectado AngelGris

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #47 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
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Desconectado micro_pepe

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #48 en: 02 de Febrero de 2014, 19:37:16 »
El BU508 es muy comun en televisores de trc, y se encuentra facil.
Se obtiene más en dos meses interesandose por los demás, que en dos años tratando de que los demás se interesen por ti.

新年快乐     的好奇心的猫死亡

Desconectado Nocturno

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #49 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.
Un saludo desde Sevilla, España.
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Desconectado MerLiNz

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #50 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.
« Última modificación: 03 de Febrero de 2014, 08:24:50 por MerLiNz »

Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #51 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" 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.

Desconectado ppyote

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #52 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?
PPyote... siempre estareis en mi corazon.... Te quiero Hermano...

Desconectado Nocturno

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #53 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.
Un saludo desde Sevilla, España.
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Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #54 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:



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.
« Última modificación: 03 de Febrero de 2014, 10:30:03 por Picuino »

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #55 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.
« Última modificación: 03 de Febrero de 2014, 10:32:39 por Picuino »

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #56 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".


Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #57 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
« Última modificación: 03 de Febrero de 2014, 18:00:23 por Picuino »

Desconectado jfh900

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #58 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
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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #59 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.
« Última modificación: 04 de Febrero de 2014, 07:23:55 por Picuino »