[Proyecto] - Step UP 12V a 19V para notebook - Finalizado

[Picuino]

Sección magnética: 
   A = 9.7mm * 9.4mm * 0.95 = 87 * 10^-6 m²

Inducción magnética:
   B = N * I / (R * A) = 23 * 7.5A / (17.6 * 87) = 0,112 Tesla

Me he equivocado en estos valores. La sección magnética es la mitad y la inducción vale el doble. Para un núcleo de polvo de hierro sigue siendo un valor bajo.

Un saludo.

[micro_pepe]

Bueno, comento los resultados:

- He cambiado la resistencia de puerta, de 15ohm, a 22ohm.
- La bobina, le dí las 46 espiras, he medido el valor y da 100uH.
- El condensador del oscilador, le he puesto en paralelo uno de 4,7nF y otro de 1nF, en paralelo con el de 2,2nF que tenía, total 7,9nF.

La oscilación se hace audible.

Con una carga de 42w (1.8A) el resultado es este:

22KHz-22ohm-100uH.gif
(18.12 kB, 800x480 - visto 490 veces)

Creo que no mejora mucho, con una carga mayor los pulsos serán mayores. Tengo que observar el calentamiento de la bobina, y habría que subir de frecuencia para que no sea audible la oscilación.

[micro_pepe]

Este otro oscilograma es con la misma carga de 42w y bajando la resistencia del oscilador a 6K8, y el condensador a 6n8. La bobina calienta unos 55ºC, el resto de conponentes no calientan a penas.

Sigue siendo audible, pero muy leve, habría que subirlo un pelin más.

6k8-6n8-42w-24v.gif
(18.34 kB, 800x480 - visto 441 veces)

Este otro oscilograma, con carga de 70w a 24v. La bobina anda cerca de los 70ºC.

6k8-6n8-70w-24v.gif
(18.64 kB, 800x480 - visto 456 veces)

[Chaly29]

Hola micro_pepe, hay algo que no me gusta de esos oscilogramas, y es que claramente se ve, que por cada ciclo, hay dos periodos de conmutación, uno corto, y el otro, considerablemente más largo.

Esto no es normal y por supuesto, incrementa las perdidas por conmutación, al doble de lo que debería de ser.

En oscilogramas anteriores esto no se ve, y estoy casi seguro que es por haber incrementado demasiado el valor de la inductancia, yo no usaría un valor tan alto, ya que como existe un límite inferior recomendado, también hay uno superior, y creo que ya lo sobrepasaste con el valor de 100uH. Pero bueno, lo mío es solo por experiencia y no tengo formulas para acompañar lo dicho.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[Picuino]

Chaly tiene razón, esas gráficas tienen dos conmutaciones muy rápidas y eso no es normal.
Pero vayamos por partes porque hay muchas cosas que no cuadran.

1. El valor de la inductancia se está midiendo mal.
Las inductancias son muy estables en esto. Si aumentas las espiras al doble, aumenta la inductancia cuatro veces.
La inductancia depende del cuadrado del número de espiras, y siempre se cumple.
Es probable que el aparato esté falseando un poco las medidas por la capacidad y la resistencia parásitas.
Pero no es grave.


2.- El tiempo de ciclo ha variado más de lo esperado.
Aquí ocurre lo mismo. El oscilador del integrado es muy estable. Si multiplicas por dos la capacidad, multiplicas por dos el tiempo de ciclo y siempre se cumple (salvo para valores muy pequeños de capacidad o muy grandes de corriente, que no es el caso)
En las gráficas anteriores se ve claramente que tenías un tiempo de ciclo de 11.6us = 86kHz de conmutación
Ahora el tiempo de ciclo que pareces tener en la primera gráfica es de 84us = 12kHz
No cuadra, porque el valor del condensador lo has multiplicado por 3.6 (de 2.2nF a 8nF) y el tiempo de ciclo se ha multiplicado por 7.2 (de 11.6us a 84us).
Se debería haber multiplicado por 3.6, lo mismo que el valor del condensador. Los condensadores suelen tener una tolerancia muy grande, pero eso es demasiado.

Pero en este caso lo importante es que la frecuencia esté en torno a los 20 a 25kHz (40 a 50us de tiempo de ciclo)
Veo que bajando la resistencia has conseguido en la última gráfica 50us = 20kHz, por ahora con eso es suficiente.

De todas formas no vendría mal que observases la oscilación directamente en el condensador C6 para comprobar que la señal es limpia y de 20kHz


3.- El integrado parece estar conmutando dos veces por ciclo
Esto es raro y no está funcionando bien. Me gustaría poder ver la señal que tienes en bornes de las resistencias de sensado de corriente con un rango de 0.5v por línea vertical y 10us por línea horizontal (para que se vea grande)
Con esta señal se puede estimar el valor de la inductancia, se puede ver si se está saturando o no y se pueden ver las corrientes medias y de pico que pasan por la bobina, además de comprobar las conmutaciones que se están dando.

A ver si así damos con el problema.

Un saludo.

[Picuino]

Con respecto a la inductancia, creo que lo mejor es no modificarla hasta ver que está ocurriendo.
En principio un valor alto no debería ser un problema. Cuanto más alta sea la inductancia, mejor filtra y mejor funciona todo. Además al bajar la frecuencia de trabajo, hay que aumentar el valor de la inductancia para que no aumenten mucho los picos de corriente.
Pero vamos a esperar a ver por qué se dan esas conmutaciones tan extrañas.

Un saludo.

[Picuino]

Otro punto que habría que comprobar es la puerta del mosfet y la salida de conmutación del integrado (pin6)
Si todo es normal, la salida del integrado debería tener una onda cuadrada de unos 12v y 20kHz.
La puerta del mosfet debería tener una señal cuadrada suavizada en los flancos con pequeños escalones en la conmutación, con una duración de 200 a 300ns y con una tensión de 4v más o menos.

Un saludo.

[Chaly29]

Hola Picuino, y permíteme llevarte la contra un poco 

En la teoría, cuando una inductancia es más grande, pues la señal de salida sería más filtrada, en la practica también los es, pero se le agrega un pequeño detalle.
Cuando una inductancia es muy grande (pasando ciertos limites), esta almacena demasiada energía, que cuando la libera, la tensión de salida permanece estable por mucho más tiempo que un ciclo de reloj, por lo tanto, el IC "detecta" esta situación, y trata de compensarla  salteandose una conmutación, para no exceder la tensión de salida programada y en estas situaciones es cuando el circuito deja de funcionar de manera estable.

Por lo anterior es que en post más antiguos decía que también tenemos ciertos límites superiores y no es tan simple como colocar la inductancia más grande que podamos. Ya que con un funcionamiento inestable, el comportamiento del IC no es predecible tan sencillamente.

Con respecto a este punto "2.- El tiempo de ciclo ha variado más de lo esperado."

Este comentario tuyo, a medias está confirmando lo que trato de explicarte más arriba, ya que una fuente de este tipo, pues no debería de presentar variaciones de frecuencia con la variación de la inductancia, ya que al no ser una fuente auto oscilante, la inductancia no está implicada en la generación de la frecuencia, por lo tanto, una inductancia mayor o menor siempre debería estar sometida a la misma frecuencia de funcionamiento si no hay cambios en el sector del oscilador RC.
Tu mismo al hacer las cuentas, notas que el cambio de periodos paso de 3.6 a 7.2 (y no le encuentras sentido), esto significaría que la inductancia al ser tan grande, esta haciendo que el IC se "coma" una conmutación intermedia y la frecuencia sobre la bobina se a reducido a la mitad.

Mi consejo, regresen a un valor de inductancia de aproximadamente 30/40 uH que es la adecuada para una fuente de esas características, luego vean como mejorar el filtrado de salida.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[Picuino]

Hola Chaly,
No me llevas la contraria. Tienes razón en que en ocasiones las fuentes no son estables y se 'comen' algunos ciclos. Pero esto no es lo que yo veo en este caso.
En ese caso que comentas se debería ver un periodo total siempre constante (ton + toff = constante), pero con tiempos de encendido variables, a veces largos y a veces cortos (ton = largo seguido de ton = corto).
Lo que yo veo es un periodo no constante (ton + toff = no constante) y eso no me cuadra, creo que se están dando dos conmutaciones en un sólo ciclo.

Por esa razón le he pedido a micro_pepe que nos enseñe la señal que hay en bornes de las resistencias de sensado de corriente (R6 y R7), y que compruebe la frecuencia de conmutación directamente en el condensador C6, para intentar confirmar qué es lo que está pasando.

Un saludo.

[Picuino]

Acabo de caer en que tienes razón, Chaly.
Estaba mirando mal el gráfico. Los tiempos 'cortos' no van juntos. Cada tiempo 'corto' va con el tiempo 'largo' que le corresponde.

Entonces las frecuencias de conmutación son la mitad de lo que creía y están bien.
Efectivamente hay un problema de regulación, pero se puede solucionar sin cambiar la bobina.

Tengo que mirarlo todo de nuevo. Cuando tenga un rato lo miro y posteo.

Un saludo.

[Chaly29]

Hola Picuino, es que exactamente ese es el problema, la bobina.

El gran valor de la bobina es el que causa ese efecto, por lo tanto deben de reducir el valor de la misma, tal como ya e comentado a uno valor entre 30/40 uH y para solucionar el problema de rozado, pues mejorar el filtrado de salida.

Una red RC de filtrado de salida, más el capacitor ya existente, debería de funcionar correctamente. O sea, pasando el diodo un capacitor de unos 2200uF (mejor sería 2 de 1000uF) luego una bobina con una inductancia de unos 100uH y luego, nuevamente uno o dos capacitores para formar 2000/2200uF. Y por supuesto, no olvidar los capacitores de .1/.5uF

Y también mejorar la resistencia de gate. Para ver si la resistencia de gate es la correcta, pues necesitaríamos un oscilograma de la tensión de gate con respecto al source.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[Picuino]

Las oscilaciones se pueden compensar con facilidad. No hay problema, ya lo he hecho antes y es sencillo.

Este tipo de circuitos en 'modo corriente' suelen tener este comportamiento y se soluciona con un circuito simple que el fabricante llama 'slope compensation'. Este circuito se añade para evitar que el circuito oscile cuando el ciclo de trabajo sobrepasa el 50%

En este caso no se debe a la bobina, es intrínseco a los controladores en modo corriente y les pasa a todos cuando el ciclo de trabajo es alto.
Por suerte se soluciona con un transistor y una resistencia que se pueden soldar al aire.
Aparece en la página 7 (hoja 8 ) de este datasheet: https://www.fairchildsemi.com/datasheets/UC/UC3843.pdf

Un saludo.

[Picuino]

Una vez compensado, el 'ruido audible' desaparecerá, incluso si vuelves a poner la resistencia de 10k para bajar la frecuencia.

El ruido típico en otros casos (cuando la frecuencia de conmutación es baja o la fuente oscila por una mala regulación) es un pitido de un solo tono, como un silbato.

El ruido que a tí te aparece, micro_pepe, debe ser de otro tipo. Es un ruido blanco, de muchas frecuencias, como cuando hay un escape de gas o como cuando dos piezas se frotan con rozamiento. No es un pitido de una sola frecuencia.
Así se identifica el problema de falta de Slope compensation en los integrados con control por corriente.

Ten en cuenta que esto siempre te ocurrirá cuando la tensión de entrada baje. Si pones una tensión de entrada más alta, el ciclo de trabajo se reduce y el ruido desaparece. Ese es otro síntoma y otra forma de identificar este problema.

Un saludo.

[micro_pepe]

Bueno, vengo con las gráficas pedidas. En la del shunt, el voltaje alcanza en un punto unos 0.75v, no sé si con eso es suficiente para que empieze a actuar la protección en corriente (en teoria es 1v), creo que no, pues hay un integrador que da la media de esa señal al integrado.

De todas formas, yo recuerdo un poco la teoría de los convertidores DC-DC, y se hacian estudios de conducción continua y discontinua, un estado u otro dependen de la bobina y la carga, si no recuerdo mal, y lo ideal es trabajar en continua.

Bueno ahí va la gráfica del shunt:

shunt.gif
(21.49 kB, 800x480 - visto 390 veces)

la del oscilador:

oscilador.gif
(19.65 kB, 800x480 - visto 415 veces)

la salida de pulsos.

salida pulsos.gif
(19.04 kB, 800x480 - visto 373 veces)

y la Vgs:

Vgs.gif
(18.5 kB, 800x480 - visto 380 veces)

[micro_pepe]

El estado de modo discontinuo al que me refiero, sería el que se ve en la página 28:

http://ocw.uc3m.es/tecnologia-electronica/electronica-de-potencia/material-de-clase-1/MC-F-005.pdf

en un momento la corriente por la bobina es cero.