Autor Tema: diseño de una PSU  (Leído 1492 veces)

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Desconectado juaperser1

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diseño de una PSU
« en: 02 de Marzo de 2021, 16:23:22 »
Hola.

Normalmente para todos los proyectos en los que necesito conectar a tensión de red (230 AC 50Hz en mi país) tiro de transformador o de fuente conmutada (transformador electrónico también llamado) tipo Recom (https://d311uvhi8lkjbj.cloudfront.net/media/Datasheet/pdf/.f7S7vjMX/.t5ca32a5e916099fe1de3/Datasheet-130/RAC05-K.pdf)

Pero estos tienen unas claras ventajas y desventajas, por enumerar algunas:

Transformador:
Ventajas: Muy fácil diseño, bajas emisiones, pocos componentes...
desventajas: Gran tamaño (mas grande mientras mas potencia) tienes que buscar el especifico para tu país y si lo montas en otro con distinta red ya no sirve...

Fuente conmutada:
Ventajas: La pones y ya esta, la mayoría cumple con todas las normativas aplicables a emisiones y seguridad, tienen rangos de entrada de tensión y frecuencia que las hace ideales para ponerlas en cualquier país tenga el tipo que tenga de red.
Desventajas: Son carísimas, la mayoría solo tienen una salida positiva si quieres la negativa tienes que tirar de inversores.

Creo que va siendo hora de que aprenda a diseñar fuentes tipo flyback o algún otro tipo que me permita mayor flexibilidad. Algunas cosas las tengo claras, otras no tanto, y me gustaría que alguien que entienda del tema me ayude con las dudas y con el diseño de una como aprendizaje (Esquemático y rutado)

Como todo proyecto, lo primero debe ser colocar unas especificaciones o condiciones, pues creo que podrían ser estas:
-Entrada de 85VAC a 265VAC (Me gustaría 300 pero para empezar supongo que es mas fácil ese margen)
-Que pueda funcionar en 50 y 60Hz.
-Que se puedan obtener salidas positivas y negativas, como con un transformador con punto medio, +-12V de salida por ejemplo.
-Que este aislada.
-Que no sea una antena, que sea capaz de pasar una certificación de emisiones si en algún momento lo necesitara.

¿Alguien se anima a ayudarme con el diseño? si alguien se anima iré posteando aquí todos los avances, esquemáticos, rutados etc para que sirva de guia para otros.

Lo primero es la selección del integrado de conmutación, supongo que lo mejor es de tipo flyback. creo que seria una buena opción tirar por "power integrations" (https://ac-dc.power.com/products/) o por un texas intruments (https://www.ti.com/power-management/offline-isolated-dcdc-controllers-converters/flyback-controllers/overview.html)

un saludo.
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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #1 en: 02 de Marzo de 2021, 17:20:26 »
¿Qué potencia o qué intensidad de salida necesitas?

Desconectado juaperser1

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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #2 en: 02 de Marzo de 2021, 17:36:42 »
¿Qué potencia o qué intensidad de salida necesitas?

Cierto, es verdad eso no lo he especificado, es un ejercicio para aprender pero lo que aprenda me gustaría aplicarlo a futuros proyectos, suelo necesitar entre 5W y 10W rara vez necesito mas potencia en los sectores que me muevo. O sea de momento es una fuente digamos pequeña, además supongo que para intensidades mas grandes las emisiones se harán mayores o los transformadores se harán mayores una de dos.
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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #3 en: 02 de Marzo de 2021, 19:02:31 »
Entonces puedes comenzar por desmontar un alimentador de smartphone para ver cómo están hechos por dentro.
Lo que buscas es muy similar y puedes aprender mucho por unos pocos euros.

PD:
http://www.righto.com/2012/05/apple-iphone-charger-teardown-quality.html

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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #4 en: 02 de Marzo de 2021, 21:30:30 »
Y diría que lo general es buscar algún integrado con el mosfet incorporado (para esas potencias), estilo TYN263/268 , 275, 284, etc TOP223, LNK62x.

Lo digo por lo siguiente....

- En los datasheet tenes como "diseñarlos" (apenas, pero te da una gran idea y luego vos podes extrapolar de ahí) y te da ejemplos. Ejemplo:
https://www.mouser.com/datasheet/2/328/linkcv_family_datasheet-1083.pdf
https://www.mouser.com/datasheet/2/328/tinyswitch-4_family_datasheet-1511375.pdf

- Usualmente la parte mas "complicada" es el transformador. SI, ya que hay que fabricarlo, PERO en algunos casos vienen transformadores diseñados exclusivamente para algunos de estos integrados con 1 o mas salidas de tensión. Por lo tanto buscaría si existe alguno ya fabricado. Ej:
https://www.we-online.de/katalog/datasheet/750871032.pdf
http://www.premiermag.com/pdf/pol-jx.pdf

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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #5 en: 03 de Marzo de 2021, 04:28:09 »
Entonces puedes comenzar por desmontar un alimentador de smartphone para ver cómo están hechos por dentro.
Lo que buscas es muy similar y puedes aprender mucho por unos pocos euros.

PD:
http://www.righto.com/2012/05/apple-iphone-charger-teardown-quality.html
Me encanta
Un saludo desde Sevilla, España.
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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #6 en: 03 de Marzo de 2021, 08:12:22 »
Entonces puedes comenzar por desmontar un alimentador de smartphone para ver cómo están hechos por dentro.
Lo que buscas es muy similar y puedes aprender mucho por unos pocos euros.

PD:
http://www.righto.com/2012/05/apple-iphone-charger-teardown-quality.html

Si ya me he visto varios, no solo cargadores, si no fuentes de PLC, sistemas de domótica, mas de un electrodoméstico etc, pocas cosas hay hoy en día que vayan con transformador o con una fuente ya montada.

Citar
Y diría que lo general es buscar algún integrado con el mosfet incorporado (para esas potencias), estilo TYN263/268 , 275, 284, etc TOP223, LNK62x.

Entonces, texas intruments descartado y mejor power integrations que los de la familia tny264 por ejemplo los tienen integrados.

Citar
- Usualmente la parte mas "complicada" es el transformador. SI, ya que hay que fabricarlo, PERO en algunos casos vienen transformadores diseñados exclusivamente para algunos de estos integrados con 1 o mas salidas de tensión. Por lo tanto buscaría si existe alguno ya fabricado. Ej:
https://www.we-online.de/katalog/datasheet/750871032.pdf
http://www.premiermag.com/pdf/pol-jx.pdf

Sinceramente esa es la parte que me preocupa, ya que lo demás es mucho mas "mecánico por así decirlo", he buscado transformadores para fuentes flyback pero no encuentro ninguno con la salida con punto medio para poder sacar las tensiones negativas. Y es lo que mas me preocupa, por que si vas a hacer 1000 o mas pues encargas el transformador y listo, pero si lo que quiero hacer es uno, o el prototipo antes de hacer las 1000 unidades o las que sean ¿Como lo hago? He visto que venden núcleos pero no se hasta que punto es factible que yo mismo pueda hacer un transformador.
¿Como lo hace la gente cuando diseña una fuente de este estilo? hacen ellos el transformador, o hacen los cálculos fabrican 1000 y se la juegan?

Otras cosas que me preocupan son el diseño del filtro y que el ruido del transformador no sea audible pero eso se puede hacer con componentes del mercado, sin tener que realizar nada custom.

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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #7 en: 03 de Marzo de 2021, 08:43:12 »
Puedes hacer el transformador tú mismo a mano.
Te puedo ayudar con eso.

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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #8 en: 03 de Marzo de 2021, 09:20:02 »
Puedes hacer el transformador tú mismo a mano.
Te puedo ayudar con eso.

A pues perfecto entonces muchas gracias. Voy entonces a empezar el esquemático y demás y voy poniendo los avances.

gracias.
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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #9 en: 03 de Marzo de 2021, 16:48:25 »
He seleccionado finalmente el TNY28xD aun no he seleccionado la potencia, pero si quiero tener una salida de +-12V (o +-15 para meter LDOs) necesitaría al menos 10W, asi que el TNY286 debería estar bien.

Bueno creo que podría empezar por este esquemático genérico o simplificado e ir mejorándolo para mis características (Faltan cosas)

 

* Sin título.png
(74.67 kB, 1038x524 - visto 134 veces)


El Funcionamiento seria el siguiente el puente de diodos mas el condensador c1 Actuarían de rectificación por lo tanto este sistema puede ser alimentado a 85-254VAC o a 120-374VDC no veo en la hoja de datos del TNY la frecuencia máxima de entrada:?

El circuito formador por D2, R2 R1 y C2 sirve para cuando apaga el mosfet disipar la potencia almacenada en el transformador, además de que limitan la corriente inversa del diodo cuando enciende el mosfet.

C9 supongo que actúa como filtrado, siendo un condensador de seguridad. filtrando ruido hacia presente en la salida hacia la red.

el diodo D4 y el condensador C6 actúan como rectificación del lado secundario.

EL diodo Zener D7 junto con la resistencia R5 activan el optoacoplador cuando la tensión de salida pasa de 12V. Haciendo que el mosfet se apague. Con la caida del zener mas la caida del led del opto la intesidad es de unos 3,5mA suficiente para el optoacoplador. La resistencia R6 no tengo muy claro para que sirve, he leido que es para cuando limitar a 0,5mA cuando el zener entra en modo avalancha, Esto no me queda muy claro la verdad.

En el devanado 2 del secundario, la verdad es que no se muy bien como funciona, veo que un método de apagado si existe sobretensión en la salida. ¿Pero no se encarga de esto ya el optoacoplador? Si alguien me puede explicar esta parte agradecido estaré.

un saludo.

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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #10 en: 03 de Marzo de 2021, 17:15:02 »
https://www.mouser.es/datasheet/2/328/tinyswitch-4_family_datasheet-1511375.pdf

Te falta una línea del secundario a masa. Creo que ese secundario (pines 5 y 6 en tu esquema) es la alimentación del circuito.

 

* esquema.png
(80.58 kB, 1366x768 - visto 138 veces)
« Última modificación: 03 de Marzo de 2021, 17:21:08 por Picuino »

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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #11 en: 03 de Marzo de 2021, 17:29:02 »
No era la alimentación, es un filtro emi. Está en el datasheet:

In addition to the simple input pi filter (C1, L1, C2) for differential mode EMI, this design makes use of E-Shield™ shielding techniques in the transformer to reduce common mode EMI displacement currents, and R2 and C4 as a damping network to reduce high frequency transformer ringing.  These techniques, combined with the frequency jitter of TNY288, give excellent conducted and radiated EMI performance with this design achieving >12 dBμV of margin to EN55022 Class B conducted EMI limits.

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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #12 en: 03 de Marzo de 2021, 17:37:56 »
entonces supongo que (sobre mi esquemático) D3 y C5 generan una tensión rectificada que equivaldrá a 1,41* la salida del¡ ese secundario, R4,R5 y D6 es una protección para que la tensión del ese secundario no pase de 15V y R3 no es mas que una resistencia de pull-up para el encendido.

ok ahora si entiendo esa parte, pero, al estar unido con la masa del primario, deja de estar aislado, no se cuanto cuesta un transformador pero no seria mas barato, hacer una pequeña fuente capacitiva o usar un RL8 por ejemplo? (https://www.microchip.com/wwwproducts/en/LR8) y así ahorrarse un devanado?

Osea que eso es mejor aceptarlo tal y como dice el fabricante y usar un devanado para mejorar las emisiones, entonces esa parte del diseño se asume como fija ya ya esta.

aunque esto dice del pin, no parece que diga nada de que sea para un filtro emi

Citar
BYPASS/MULTI-FUNCTION (BP/M) Pin:
This pin has multiple functions:
• It is the connection point for an external bypass capacitor for the
internally generated 5.85 V supply.
• It is a mode selector for the current limit value, depending on the
value of the capacitance added. Use of a 0.1 μF capacitor results
in the standard current limit value. Use of a 1 μF capacitor results
in the current limit being reduced to that of the next smaller device
size. Use of a 10 μF capacitor results in the current limit being
increased to that of the next larger device size for TNY285-290.
• It provides a shutdown function. When the current into the bypass
pin exceeds ISD, the device latches off until the BP/M voltage
drops below 4.9 V, during a power-down or, when the UV function
is employed with external resistors connected to the BP/UV pin, by
taking the UV/EN pin current below IUV minus the reset hysteresis
(Typ. 18.75 μA). This can be used to provide an output overvoltage function with a Zener connected from the BYPASS/MULTIFUNCTIONAL pin to a bias winding supply

Por cierto se que aun no hemos llegado al transformador pero una cosa que creía que tenia yo clara aquí me lia un poco, la convención del punto del transformador en esta aplicación me lia un poco, en el lado primario no seria mas lógico que estuviera en el pin 1? o tiene que estar invertida la salida por algún motivo? además el condensador C4 (o C13) en el que has pasado une el positivo del primario con el negativo del secundario, no deberia unir los dos negativos?

por cierto yo me estaba basando en este:

https://ac-dc.power.com/sites/default/files/product_document/design_example/rdr-839_12watt_power_supply_using_tinyswitch-4.pdf
« Última modificación: 03 de Marzo de 2021, 17:53:39 por juaperser1 »
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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #13 en: 04 de Marzo de 2021, 10:27:36 »
El flyback funciona parecido a un Buck-Boost. https://en.wikipedia.org/wiki/Buck%E2%80%93boost_converter
Primero se carga la bobina del primario con energía durante la conmutación y luego se descarga la energía almacenada, en el secundario, durante el tiempo que el transistor está abierto.

No funciona como un trafo normal, funciona más bien como una bobina.

Desconectado Picuino

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Re:diseño de una PSU
« Respuesta #14 en: 04 de Marzo de 2021, 10:34:41 »
además el condensador C4 (o C13) en el que has pasado une el positivo del primario con el negativo del secundario, no deberia unir los dos negativos?

El condensador C4 (o C13) une el negativo del secundario (la masa) con el positivo del primario que son los puntos de tensión del transformador más estables en alta frecuencia. Creo que se coloca para anular las capacidades parásitas del transformador y reducir el ruido.