Fonte Chaveada Buck não isolada-Capacitor de Saída fritando

[mrgadotti]

Capacitor só vai esquentar se tiver sobretensão ou invertido...

[livifw]

Sem querer ofender: o capacitor não está invertido? E nunca foi carregado com polaridade invertida?

Toda sugestão é bem vinda, quando se trata de capacitores polarizados como o capacitor eletrolítico, sempre manuseio com um cuidado extra. Nunca liguei um invertido, mas acredito que eles devam explodir após um certo período, ou eles simplesmente esquentam?

[livifw]

Capacitor só vai esquentar se tiver sobretensão ou invertido...

A corrente de ripple não entra nessa história?

EDIT.: Acabei de fazer um teste aqui, e se eu tiro os resistores do feedback nada do meu circuito esquenta.

EDIT2 : Agora a coisa ficou séria, acredito realmente que é sobretensão, acabei de fazer um teste, desligando a centra de controle (arduino) e deixando a fonte auxiliar igualmente desligada, liguei a rede AC e a lâmpada que estou usando como carga acendeu, isso quer dizer que meu mosfet morreu?

[MOR_AL]

Vamos por partes.
Procure responder às perguntas para termos uma melhor noção do problema:

1 - Quais são os valores dos componentes? Procure colocar o diagrama com os valores.

2 - Com a identificação do mosfet, é possível saber quais sejam as tensões de corte e de saturação para a corrente que passa nele.

3 - Para testar o mosfet, desconecte a conexão de gate e aplique uma tensão de corte nele. Geralmente basta um curto entre gate e source. Tem que confirmar com o manual. Mantendo a alimentação via V1, meça a corrente no indutor.

4 - Qual é o valor eficaz da tensão V1? Com esse circuito, a tensão no eletrolítico NÃO DEVE ultrapassar o valor de pico de V1. A exceção é quando o "Q" do circuito formado por L1, C2 e a carga do motor (ou da lâmpada) assume um valor alto. A corrente no indutor e capacitor é composta por um componente CC e outro CA na frequência do PWM além de muitos harmônicos. Essa parte CA é que, junto com o "Q" do circuito, poderia gerar tensões superiores ao valor de pico de V1.

5 - De onde vem a tensão de alimentação do Arduino? Qual é o circuito dessa alimentação? Sem os valores dos componentes do circuito, ainda não descarto que o problema possa ter a causa nas referências A e B.

6 - Sabe que circuitos com realimentação negativa TÊM que ser estáveis. É costume ser necessário incluir um circuito de filtro na realimentação. A teoria nos informa que o ganho do circuito (em função da frequência) tem que possuir uma "Margem de Ganho" ou "Margem de Fase". São termos bonitos para dizer que se o ganho for maior que 1 quando a fase for 180º, o circuito não controlará a tensão de saída (o circuito não fica estável, podendo oscilar francamente).

7 - Se possível tire uma foto do indutor e do capacitor com os valores e ao lado de uma régua para termos noção dos tamanhos.

8 - Qual é o período T do PWM e quais os limites para Ton mínimo e Toff mínimo?

Aguardo retorno.
MOR_AL

[brasilma]

Não poderia ser aquela velha questão da resistência interna do capacitor?

Mesmo a tensão não estando invertida e dentro da nominal, caso o ciclo de carga e descarga do capacitor seja muito alto ele esquenta.

A solução é ou usa um capacitor com resistência interna baixa ou divide o valor da capacitância entre várias peças em paralelo...

[livifw]

Vamos por partes.
Procure responder às perguntas para termos uma melhor noção do problema:

1 - Quais são os valores dos componentes? Procure colocar o diagrama com os valores.

2 - Com a identificação do mosfet, é possível saber quais sejam as tensões de corte e de saturação para a corrente que passa nele.

3 - Para testar o mosfet, desconecte a conexão de gate e aplique uma tensão de corte nele. Geralmente basta um curto entre gate e source. Tem que confirmar com o manual. Mantendo a alimentação via V1, meça a corrente no indutor.

4 - Qual é o valor eficaz da tensão V1? Com esse circuito, a tensão no eletrolítico NÃO DEVE ultrapassar o valor de pico de V1. A exceção é quando o "Q" do circuito formado por L1, C2 e a carga do motor (ou da lâmpada) assume um valor alto. A corrente no indutor e capacitor é composta por um componente CC e outro CA na frequência do PWM além de muitos harmônicos. Essa parte CA é que, junto com o "Q" do circuito, poderia gerar tensões superiores ao valor de pico de V1.

5 - De onde vem a tensão de alimentação do Arduino? Qual é o circuito dessa alimentação? Sem os valores dos componentes do circuito, ainda não descarto que o problema possa ter a causa nas referências A e B.

6 - Sabe que circuitos com realimentação negativa TÊM que ser estáveis. É costume ser necessário incluir um circuito de filtro na realimentação. A teoria nos informa que o ganho do circuito (em função da frequência) tem que possuir uma "Margem de Ganho" ou "Margem de Fase". São termos bonitos para dizer que se o ganho for maior que 1 quando a fase for 180º, o circuito não controlará a tensão de saída (o circuito não fica estável, podendo oscilar francamente).

7 - Se possível tire uma foto do indutor e do capacitor com os valores e ao lado de uma régua para termos noção dos tamanhos.

8 - Qual é o período T do PWM e quais os limites para Ton mínimo e Toff mínimo?

Aguardo retorno.
MOR_AL

1 - link para o diagrama com valores dos componentes.

2 - datasheet do IRF840

3 - Posso fazer esse teste colocando direto na rede AC, ou seria melhor utilizar uma fonte de bancada? Pergunto isso pois não tenho uma fonte de bancada , para medir a corrente no indutor coloco o amperímetro em série com o indutor, sem carga?

4 - A tensão eficaz é de 220Vrms

5 - A alimentação do arduino vem de uma fonte bivolt 12V/1A modelo HT-1210

6 - Citações interessantes as quais não lembro te ter visto no livro que estou seguindo, vou ler ele novamente com mais cuidado.

7 - Link para a foto.

8 - T = ta + tf = 1/f = 1/31372.55= 31,8749us , nos testes iniciais que fiz deixei o pwm fixo em 20%


EDIT.: O transitor que estava usando estava em curto (fiz o teste com um ohmímetro e deu 0 entre o drain e source), fiz a troca do mesmo por outro que tinha a minha disposição que é o IRF740.

[MOR_AL]

Vamos por partes.
Procure responder às perguntas para termos uma melhor noção do problema:

1 - Quais são os valores dos componentes? Procure colocar o diagrama com os valores.

2 - Com a identificação do mosfet, é possível saber quais sejam as tensões de corte e de saturação para a corrente que passa nele.

3 - Para testar o mosfet, desconecte a conexão de gate e aplique uma tensão de corte nele. Geralmente basta um curto entre gate e source. Tem que confirmar com o manual. Mantendo a alimentação via V1, meça a corrente no indutor.

4 - Qual é o valor eficaz da tensão V1? Com esse circuito, a tensão no eletrolítico NÃO DEVE ultrapassar o valor de pico de V1. A exceção é quando o "Q" do circuito formado por L1, C2 e a carga do motor (ou da lâmpada) assume um valor alto. A corrente no indutor e capacitor é composta por um componente CC e outro CA na frequência do PWM além de muitos harmônicos. Essa parte CA é que, junto com o "Q" do circuito, poderia gerar tensões superiores ao valor de pico de V1.

5 - De onde vem a tensão de alimentação do Arduino? Qual é o circuito dessa alimentação? Sem os valores dos componentes do circuito, ainda não descarto que o problema possa ter a causa nas referências A e B.

6 - Sabe que circuitos com realimentação negativa TÊM que ser estáveis. É costume ser necessário incluir um circuito de filtro na realimentação. A teoria nos informa que o ganho do circuito (em função da frequência) tem que possuir uma "Margem de Ganho" ou "Margem de Fase". São termos bonitos para dizer que se o ganho for maior que 1 quando a fase for 180º, o circuito não controlará a tensão de saída (o circuito não fica estável, podendo oscilar francamente).

7 - Se possível tire uma foto do indutor e do capacitor com os valores e ao lado de uma régua para termos noção dos tamanhos.

8 - Qual é o período T do PWM e quais os limites para Ton mínimo e Toff mínimo?

Aguardo retorno.
MOR_AL

1 - link para o diagrama com valores dos componentes.
Ok! Agora dá para opinar.
Observei valor do capacitor fora do comum. A tensão no motor pode ir até 220 x 1,414 = 311Vdc. A tensão de isolamento do capacitor é de 250Vdc, MENOR que a maior tensão que a fonte vai produzir quando Ton chegar a 80% ou mais. Quanto ao indutor. Não sei se 40 espiras dão 5,5mH, mas não é muito importante. O filtro L C forma um passa-baixas em cerca de 1450Hz, o que é bem menor que a frequência de chaveamento. Isso não deve ser problema. A tensão CA presente na carga deve ficar próximo a 2V.
Quanto ao indutor. Parece pequeno, mas somente daria para saber se suporta a corrente fazendo testes. Tem que saber qual é a máxima corrente que a carga (motor) solicita.

2 - datasheet do IRF840
Ok!

Com 12V de Vgs, a corrente Ids não ficará limitada pelo mosfet. Para esta tensão de Vgs a corrente média PODE ser de ATÉ 5,4A.
Com o IRF740 também pode funcionar. Apenas o VDS máximo é de 400V.

3 - Posso fazer esse teste colocando direto na rede AC, ou seria melhor utilizar uma fonte de bancada? Pergunto isso pois não tenho uma fonte de bancada , para medir a corrente no indutor coloco o amperímetro em série com o indutor, sem carga?
Meça com essa fonte retificada do circuito. Amperímetro em série com o indutor. Ou antes ou depois do indutor. Dê a preferência com a carga (motor ou o que for). A corrente TEM que ser mula. Consultei o datasheet do IRF840. Basta curto-circuitar o source com o gate.
Faça o teste com a realimentação desligada, porém ela não vai interferir neste teste do mosfet com Vgs = 0v.

4 - A tensão eficaz é de 220Vrms
Ok! 311Vdc de pico.

5 - A alimentação do arduino vem de uma fonte bivolt 12V/1A modelo HT-1210
Não sei que fonte é essa, mas tem que haver isolamento galvânico.

6 - Citações interessantes as quais não lembro te ter visto no livro que estou seguindo, vou ler ele novamente com mais cuidado.
Ok! Mas calcular este filtro não é tão simples assim. Deve ser a última coisa a projetar.

7 - Link para a foto.

Só achei este indutor pequeno, mas vai depender da corrente que vai passar por ele.

8 - T = ta + tf = 1/f = 1/31372.55= 31,8749us , nos testes iniciais que fiz deixei o pwm fixo em 20%
Ok!

EDIT.: O transitor que estava usando estava em curto (fiz o teste com um ohmímetro e deu 0 entre o drain e source), fiz a troca do mesmo por outro que tinha a minha disposição que é o IRF740.
Ok! Fiz um comentário anterior sobre ele.

Bom.
Caso o mosfet esteja bom, faça um teste SEM A REALIMENTAÇÃO. Programe o arduino para responder à tensão de um potenciômetro em sua entrada (tensão de 0 a 5V). Melhor ainda. Programe o arduino, que por meio de um botão, o delta possa variar de 0% até 100% com passos de 20%. Use a carga real (o motor) e meça a corrente em função do delta. Mas ANTES TEM QUE MUDAR A TENSÃO DE ISOLAMENTO DO CAPACITOR DE 2,2Uf/250v PARA ALGO COMO 2,2Uf/450v. CASO CONTRÁRIO, O CAPACITOR PODE EXPLODIR.
MOR_AL

[edsont]

4 - A tensão eficaz é de 220Vrms

Eu tinha deduzido que a tensão de entrada era 127VAC. Que retificado daria os 180VDC de pico.

220VAC após o retificador passa dos 250V do capacitor. Tem que usar capacitor de pelo menos 400V.

[brasilma]

Eu tinha deduzido que a tensão de entrada era 127VAC. Que retificado daria os 180VDC de pico.

220VAC após o retificador passa dos 250V do capacitor. Tem que usar capacitor de pelo menos 400V.

Desculpe a observação, a tensão no pico da senoide em 127V é 180V e em 220V é 311V, com ou sem retificação.

[edsont]

Eu tinha deduzido que a tensão de entrada era 127VAC. Que retificado daria os 180VDC de pico.

220VAC após o retificador passa dos 250V do capacitor. Tem que usar capacitor de pelo menos 400V.

Desculpe a observação, a tensão no pico da senoide em 127V é 180V e em 220V é 311V, com ou sem retificação.

Certíssimo.

Um capacitor de 350V teoricamente dá conta dos 311V, mas considerando as variações da rede e os transientes melhor usar um de 400V.

[livifw]

Antes de fazer os testes acima, resolvi testar para "ver" se estava funcionando com o transistor novo.
O que acabou acarretando em mais um transistor em curto. Poucos segundos antes disso acontecer o fusível de entrada de 250Vac x 10A explodiu.

Programei o arduino para inicialmente, durante 10sec, inicar o duty cycle em 2%, após isso ir para 40%. Na saída em paralelo ao capacitor que me informaram pra trocar, coloquei 1 de 1000uF de 200V (este capacitor tem uma baixa ESR, por isso quis testa-ló antes de fazer os testes recomendados).

Alguma dica do que pode ser? Estou sem ideia além de que este capacitor de 1000uF "sugou" muita corrente inicialmente e fez com que o transistor morresse.

Edit.: O valor que estava no gate era de aproximadamente 1,87V

[eletroinf]

Eu sugiro a você simular no PSIM este seu circuito. No Psim há um bloco C para poder testar o seu código.
Aí é possível de verificar as tensões e correntes com realismo, identificar e corrigir os problemas.
Inclusive tu pode simular e colocar as formas de onda aqui.

[livifw]

Eu sugiro a você simular no PSIM este seu circuito. No Psim há um bloco C para poder testar o seu código.
Aí é possível de verificar as tensões e correntes com realismo, identificar e corrigir os problemas.
Inclusive tu pode simular e colocar as formas de onda aqui.

Tem como simular 2 ground separados como no circuito que estou montando?
Aproveitando, há possibilidade de colocar componentes reais neste simulador?

[eletroinf]

Ele tem um GND padrão, mas tu pode usar os dois caminhos separados, sem problema.
Quanto aos componentes, tu insere os valores de resistência, indutância, etc, de modo que podem ser bem realistas. Sugestão: começa com os componentes ideais e depois adiciona a porção "realidade".

[KrafT]

Gente, isso aqui tá mais feio que uma briga de foice... Eu não ia me meter, mas enfim vamos lá, desculpem se eu for muito ríspido, mas eu acho que não tem crianças criadas a "leite com pera e Nutella" aqui.

1- Um projeto desses não é trivial para quem nunca fez nada na área. Que o digam o desenho horrível do esquema a a montagem bagunçada. O capricho é fundamental para entender o circuito (esquema) e para para a integridade dos sinais (montagem);

2- Precisa de um osciloscópio, para validar a parte do Arduíno antes de usar potência de fato. Livifw, tens um osciloscópio?

3- O arranjo do driver da gate e do próprio mosfet são bem atípicos. Eu já fiz produtos em escala industrial cujo conversor boost de 125 V CC para 300 V CC era gerido por um simples NE555 e funcionava perfeitamente para a aplicação;

4- O MOR_AL tem um profundo conhecimento no assunto: Ouvir ele com atenção e seguir suas orientações é praticamente sucesso garantido.


Minhas sugestões:

1- Usa uma fonte de bancada variável, simula, testa e valida a lógica do Arduíno com baixa tensão (12 V), monitorando somente a saída PWM no osciloscópio. Usa um potenciômetro no feedback para simular variação da carga;
2- Etapa 1 concluída, coloca um mosfet, indutor, etc, testa e valida o circuito em 12 V;
3- Etapa 2 concluída liga a tensão desejada na entrada com uma carga resistiva e de baixa potência (lâmpada);
4- Etapa 3 bem sucedida, passa para o motor.
5- Faça todas as etapas com capricho.
6- Tenha capricho. Hardware não dá simplesmente para compilar de novo e ver se o compilador reclama de alguma coisa.

Desculpe minhas palavras rudes, mas são sinceras e com intuito de ajudar. Se você seguir a linha que proponho e encaixar as observações que os colegas já fizeram, vais ter sucesso.

Edit: PELOAMORDEDEUS usa uma lâmpada série na entrada antes de aplicar a rede CA ao circuito. Só liga direto, sem a lâmpada série, após verificar que está tudo ok.