Autor Tema: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack  (Leído 21391 veces)

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Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #75 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.
« Última modificación: 05 de Febrero de 2014, 07:23:46 por Picuino »

Desconectado Fer_TACA

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #76 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.

Desconectado fuente

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #77 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.

Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #78 en: 05 de Febrero de 2014, 12:31:22 »
Fue la primera tienda en la que compré componentes.
Eran los tiempos del Spectrum.



Nos vamos haciendo viejos...

Saludos.


Desconectado fuente

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #79 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.

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #80 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

Desconectado Fer_TACA

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #81 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

Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #82 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.

Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #83 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:




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:



Si esto ha quedado claro, podemos continuar.

Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #84 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
« Última modificación: 05 de Febrero de 2014, 17:08:41 por Picuino »

Desconectado Picuino

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #85 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.
« Última modificación: 06 de Febrero de 2014, 09:25:12 por Picuino »

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #86 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?

Un saludo desde Sevilla, España.
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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #87 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.
Un saludo desde Sevilla, España.
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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #88 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)



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:




Saludos.
« Última modificación: 08 de Febrero de 2014, 10:01:44 por Picuino »

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Re: Construcción de trafo toroidal para fuente FlyBack
« Respuesta #89 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.


 

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