Ajuda Fonte Chaveada

[leco]

Olá! Estou desenvolvendo uma fonte chaveada offline 100~240V=>10A,15Vdc. Testei basicamente 3 topologias(Flyback, Forward e Half-bridge) e cheguei as seguintes conclusões(nada de novo, rsrrs..)

1-Flyback(uc3844+6n80) exige trafo maior e mais caro que as outras e transistor chaveador caro.
2-Forward(uc3844+6n80) trafo menor, sem gap. Exige um indutor, um diodo a mais na saída, enrolamento desmagnetizador+seu diodo(nem sempre...), chaveador caro.
3-Half-bridge(tl494+ir2110+2Xirf840) tbm exige 1 diodo a mais na saída, mais uma "perna" no secundário, além de mais um transistor chaveador... o preço dos 2 irf é menor que o preço de 1 6n80, o ir2110 é caro e o tl494 é menos da metade do preço do uc3844.
4-Testei também uma half-bridge(ir2153 + 2Xirf840) barato e simples mas sem possibilidade de regular a tensão. Quase não há literatura a respeito do ir2153, acho que seria mais adequado para amplificadores pois fornece uma corrente "nervosa". Mesmo sem regulagem a tensão quase nem cai com variação na carga mas a aplicação exige tensão estabilizada o que torna o ir2153 inviável. Pensei em colocar um dimmer com triac antes dos retificadores da entrada da fonte mas não fui adiante.

Half-bridge me parece a melhor relação custo benefício(sem o ir2110.. tl494 + 2X Mje13009-NPN é mais barato ainda que o irf)... o problema é o drive para o chaveador positivo. Não pretendo usar transformador para os chaveadores. Não da para usar opto(ex. pc817) pois são muito lentos. Estava pensando em utilizar o 0V como gnd do tl494 e fazer uma saída como de um amplificador de potência. Como drive dos MJE13009 os MPSA42 e MPSA92... mas... se é tão fácil(sem transformador drive) e barato, pq ninguém fez ainda? Seria uma boa solução?

Mje13009:
Vce........400V
Ic..........12A
Hfe(min)..6
P...........110W

Mpsa92/42(complementares):
Vce........300V
Ic..........500mA
Hfe(min)..25
P...........625mW

Eu to meio perdido... tenho 2 circuitos que funcionam bem mas um é caro e o outro é de difícil montagem, preciso do mais barato e fácil de montar possível. Se desse para fazer tl494+mpsa+mje(sem transformador) seria perfeito... mas tenho que testar isso ainda. Tem drive viper que faz quase toda a fonte mas é caro.
Bem, eu cheguei até esse ponto mas... se vcs precisassem fazer uma fonte 100~240=>15Vdc 10A qual topologia utilizariam e quais componentes a grosso modo?
Se alguém precisar de ajuda para fazer uma fonte chaveada to a disposição... mas se quiser uma fonte chaveada barata e fácil de montar ai vou ficar devendo Obrigado a todos pela atenção, abraço!

[MOR_AL]

A escolha da topologia da fonte é em função da potência na saída e tensão de entrada, isolada ou não.
A flyback possui isolamento galvânico e regula apenas uma tensão de saída. Se na saída houver mais de uma tensão, as outras vão variar com mais intensidade que nas outras topologias. Isso porque a fonte flyback é basicamente uma fonte de corrente, que colocada com um eletrolítico reforçado na saída, se torna uma fonte de tensão.
Outro inconveniente em fontes flyback é que a corrente de pico no secundário e no diodo, tem que ser PELO MENOS 4 (quatro) vezes maior que a corrente máxima projetada. Por usar apenas um dos lados da curva BxH e ter que armazenar um pacote de energia no indutor do primário a cada ciclo, o trafo (ou os indutores que compartilham o mesmo percurso magnético) têm que ser MAIORES que em outras fontes.
Outro detalhe importante nas fontes do tipo flyback é a tensão de overswing e a de pico reverso. Isso limita bastante no projeto e na escolha do transistor, ou mosfet, da fonte. Para você ter uma idéia, um bom valor de sobretensão de pico (apenas o instante em que o transistor estiver cortando) seria uns 50V, já com o circuito snubber. Para que o valor de pico da corrente de saída fique limitado em NÃO MENOS que 4 vezes o valor nominal, a tensão de overswing no primário (período em que o secundário estiver conduzindo) TEM que ser igual à tensão retificada de entrada.
Então, se sua fonte deve suportar uma entrada de 240Vca, em algum momento, a tensão retificada de entrada alcançará 240V * 1,414 = 340V. O transistor terá que suportar 340V (do Vcc) + 340V da tensão de overswing + 50 Vmínimos da tensão de pico instantâneo. Isso dá uns 730V de pico repetitivo!!!!! Não é qualquer transistor que aguenta essa tensão! Para minimizar essa tensão, você pode reduzir a tensão de overswing, mas a redução implica em, ou reduzir o período Ton, para compensar o aumento do período Toff (secundário conduzindo), ou reduzir a frequência de chaveamento. É um cobertor de pobre.
Logo após as fontes flybacks, e possuindo uma faixa de potência em comum, em que ambas são indicadas, vem a fonte Forward. Ela usa um transformador real. Quando o primário conduz, o secundário também conduz. Com isso a forma de onda da corrente tende a se aproximar da quadrada (na fonte flyback é triangular). Isso significa que o volume do núcleo do trafo tende à metade do volume do núcleo da flyback. Porém, como a saída do trafo se assemelha a uma fonte de tensão, com onda quadrada, é necessário um indutor e um eletrolítico (de valor menor que na fonte flyback), que formam um filtro passa-baixas frequências de segunda ordem. Sua atenuação para frequências maiores é mais contundente. Daí o menor valor do eletrolítico.
Resumindo. No seu caso e em termos práticos de custo benefício, a topologia estaria no limite da flyback e dentro da forward.
Bons projetos.
MOR_AL

[Djalma Toledo Rodrigues]

Sugestão:
Fonte Push Pull, a Texas tem bons controladores
mas, nada impede usar um microcontrolador.

DJ

[leco]

Valeu MOR_AL! Inicialmente, eu tinha optado por Forward mas não tinha(ainda) descartado flyback.. o que me fez descartar ela foi o núcleo maior e componentes mais caros. A Forward tem o indutor na saída do trafo, mais 2 diodos e o desmagnetizador.. complica um pouco e aumenta o custo. Não tenho muita experiência em smps(exceto manutenção). Pensando em reatores de lâmpadas fluorescentes(baixo custo...) é que resolvi ver melhor a half-bridge. Vou fazer mais alguns testes essa semana e depois posto os resultados.
Obrigado!!

[leco]

E ai Djalma, beleza? Com certeza a push-pull tornaria muito mais fácil a parte do drive uma vez que os emissores dos chaveadores ficam no mesmo potencial. O lado ruim dela é que exige 2 transistores de 800V para uma entrada de 240Vac. A half-bridge para a mesma tensão de entrada exige 2 de 400V. "Depois" da fonte tem um micro que(entre outras coisas...) reduz a tensão de saída da fonte para evitar uma possível situação de sobrecarga. Vou dar uma olhada nesses controladores da TI que vc falou. Tava pensando em algo bem simples como um ir2153 ou uma etapa auto-oscilante como em reatores eletrônicos mas em ambos casos(ainda mais para uma entrada de 100~240V) é difícil de implementar um controle de tensão de saída...
Valeu Djalma!

É um cobertor de pobre.

hehehhe... verdade!!

[Red Neck Guy]

Push pull pra altas tensões acaba sendo problemático o fato da tensão em cima das chaves ser o dobro do half bridge, o transformador ficar maior além de dificultar o emprego de técnicas para evitar a saturação do núcleo. Além disso, no minimo vc teria o dobro do enrolamento primário em relacao ao half, aí em muitos casos teria que partir pra um ae*aw maior

[andre_luis]

...Half-bridge me parece a melhor relação custo benefício(sem o ir2110.. tl494 + 2X Mje13009-NPN é mais barato ainda que o irf)... o problema é o drive para o chaveador positivo. Não pretendo usar transformador para os chaveadores. Não da para usar opto(ex. pc817) pois são muito lentos...mas... se é tão fácil(sem transformador drive) e barato, pq ninguém fez ainda? Seria uma boa solução?...

Até onde me lembro, o maior atributo do IR2110 é justamente a possibilidade de drivear o lado alto da ponte sem necessidade de transformador ou opto.
Inclusive, encontra-se na Web vários exemplos desses circtuitos ( é verdade, simplificados ).


+++

[leco]

E ai Andre, beleza? Muito obrigado por responder!! O que eu escrevi pode ter ficado meio confuso mesmo... realmente, o ir2110(+ poucos componentes auxiliares) controla 2 FET'S de saída em uma ponte half-bridge para 100~240V e tem um circuito bem baratinho que pode dar a partida na fonte, sem problemas. O meu problema é que o ir2110 é caro. Um transformador para controlar os chaveadores da saída é caro também.. mas com o transformador pode ser usado o MJE13009(mais barato que o IRF840) em uma etapa auto-oscilante que da a partida na fonte.. depois dela atingir determinada voltagem na saída o tl494 "assume" o controle e faz o "meio de campo" na fonte. É, a bem dizer, a mesma etapa usada por fontes de pc controladas pelo tl494. A minha dúvida(maior, rsrsrs...) é a seguinte(mudando um pouco o que escrevi):

=>Estava pensando em utilizar o 0V como gnd do tl494 e fazer drive e saída como de um amplificador de potência. Como drive dos MJE13009 os MPSA42 e MPSA92... mas... se é tão fácil e barato sem transformador drive e sem o ir2110 que são duas opções caras, pq ninguém fez ainda dessa maneira? Ou já foi feito?

=>Seria uma boa solução fazer uma fonte half-bridge da mesma maneira que é feito drive e saída de um amplificador de potência para "escapar" de componentes caros?
Obrigado a todos pela colaboração!!

[andre_luis]

Bom, esse 494 eu nunca usei, então não tenho como opinar, mas somente o 2110, mas que me lembro não era tão caro assim.
Dando uma fuçada agora na Web, localizei valores de 1,3 a 2,5 dólares...


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[leco]

Verdade Andre, sou obrigado a concordar com vc.. tem na China a Us$ 0,30. Eu só tinha consultado fornecedores no Brasil para ter uma base(R$ 3,18). Importando, deve chegar aqui a pouco menos de R$ 2,00.. já ta "pronto" e comprovadamente funciona.. no entanto é mais caro que transistores e resistores para fazer o drive. O tl494 é muito utilizado em fontes de pc e módulos de som automotivo, é o controlador mais barato que conheço(R$1,04). Obrigado a todos!!!