Fonte chaveada Flyback, como entender as formas de onda?

[Msconfig]

Montei um inversor 24/220V topologia FlyBack e no coletor do mosfet tenho esse sinal:



No shunt do emissor (3x1R2) tenho esse:



A frequencia é de 23kHz.

Pergunta: Esse depressão na forma de onda um pouco antes do Mosfet voltar a conduzir é normal?

[MOR_AL]

Olá Msconfig. Tudo bem?

A forma de onda da tensão no dreno é normal. O que está ocorrendo é que, quando termina a energia nos indutores do trafo, ocorre uma alta impedância no dreno e há um circuito RLC, formado pela indutância parasita do trafo e as capacitâncias parasitas do trafo, do dreno (Cds), da placa, do secundário, etc.

Seria interessante se você juntasse as duas formas de onda em uma tela apenas (duplo traço, chopeado), e mostrasse apenas um ciclo completo. Isso ajuda na análise.
Por exemplo. Ao ligar o mosfet ocorre um grande pico de corrente. Isso é devido, provavelmente, a um capacitor quase que em paralelo entre o dreno e o source ( ou o terra). Se os resistores estiverem em paralelo, a corrente é de 2,75A. Isso gera um excesso de dissipação no mosfet que poderia ser evitado. Repare que os picos iniciais da corrente são aproximadamente senoidais, somados à rampa. É a frequência de ressonância do seu circuito, e também depende um pouco de quão rápido é o seu diodo de secundário (isso está relacionado com a capacitância entre catodo e anodo).
Repare que o circuito que usei para testar o indutor que eu fiz no outro tópico, possui um primário semelhante à topologia flyback. Repare na pureza da rampa do meu circuito, comparando-a com a forma de onda de corrente do seu circuito.
Coloque o diagrama de seu circuito para que eu possa analisá-lo.
Se você quiser saber um pouco mais do que esperar das formas de onda da tensão e da corrente para a topologia flyback, terei prazer em postar.
MOR_AL

[Msconfig]

Bom, todo esse projeto começou para obter 260V, 50mA a partir de 24VCC.

Como eu não sei calcular o trafo, paguei para um Eng. Eletricista faze-lo e montei um Flyback com o UC ou TL3845, utilizando um core EE 25/10/6 da Thornton, fazendo um Gap (com duas camadas de fita crepe mesmo) na mão.

Mas como não obtive os resultados esperados, fui alterando empiricamente o numero de espiras até obter um resultado satisfatorio.

Só que eu não posso realimentar o circuito... Se eu colocar uma realimentação, para manter a tensão de saida, o UC fica doido e o Mosfet aquece.

Acho que pode até ser erro de Lay-Out...

Deixa eu postar o sch, aqui...

[Msconfig]

Segue SCH:



O pdf mandei para teu email, Mor_Al

[Msconfig]

Seguindo a dica da rampa de corrente do MOR_AL, consegui uma config do trafo que não aquece o mosfet, nem o trafo e atende a demanda. Obrigado MORA_AL!

Tensão no "Coletor" do mosfet e corrente o Dreno Shut de 0,4R (Sem Snubber):



Ponto em que o Mosfet Liga:



Ponto em que o Mosfet desliga:



Para mim, que sou leigo tá bom. Agora é ver o Snubber...

[tecman]

desculpe estou fugindo do topico mas qual e o software que vc usou para fazer o desenho do circuito agradeço

[MOR_AL]

Olá Msconfig.

1 - Snubber super dimensionado.

O pico de tensão, imediatamente após o corte do mosfet, tende a sumir, como é o caso da forma de onda da tensão da postagem 1. Isso é bom.
A comutação do mosfet (no corte) passa a ser mais lenta, gerando sobre dissipação no mosfet, necessitando um dissipador maior. Isso é mau.
Quando acaba a energia no trafo, instante em que a corrente do secundário vai à zero (o mosfet está cortado, a tensão de dreno está diminuindo de seu valor aproximado de 2 vezes a tensão de alimentação), inicia-se uma oscilação bem amortecida (tem apenas um ciclo na sua primeira figura) e de tensão reduzida. Isso é bom.
O resistor do snubber dissipa mais calor. Isso é mau.

2 - Snubber sub dimensionado (ou sem snubber).

O pico de tensão, imediatamente após o corte do mosfet, tende a ficar muito alto, como é o caso da forma de onda da tensão da postagem 2. Isso é mau. O mosfet pode sofrer condução por break down. É uma espécie de entrar em zener com uma tensão muito alta. O mosfet se encontra fora da “região de operação segura” (safe operation area). Ocorre uma sobre dissipação.
A comutação do mosfet no corte fica muito rápida. Isso não é muito bom. Pode provocar a condução no mosfet por “taxa de comutação muito rápida no corte” (dv/dt).
Quando acaba a energia no trafo, instante em que a corrente do secundário vai à zero (o mosfet está cortado, a tensão de dreno está diminuindo de seu valor aproximado de 2 vezes a tensão de alimentação), inicia-se uma oscilação sub-amortecida (tem dois ciclos na sua segunda postagem) e de tensão muito alta. Isso é mau. O diodo intrínseco do mosfet conduz nos dois instantes a nível de tensão zero.
O resistor do snubber dissipa menos calor (ou não sissipa, caso sem snubber). Isso é bom.

Qual é a solução então?

3 – Snubber corretamente dimensionado.

O pico de sobre tensão, durante o início do corte do mosfet, fica controlado. A tensão neste instante fica menor que a tensão de ruptura do mosfet, garantindo que ele não saia da região segura de funcionamento.

A taxa de comutação no instante do corte (dv/dt) não fica tão rápida a ponto de fazer o mosfet conduzir, nem tão lenta, a ponto de gerar sobre dissipação no mosfet.
A potência dissipada no resistor do snubber é controlada (cerca de 1W aprox.)
A oscilação, no instante em que a corrente de secundário vai à zero, fica com poucos ciclos e sua tensão cai um pouco abaixo da tensão de alimentação, porém não tende a ir a zero.

Qual é o valor ideal do resistor e do capacitor do snubber?
Há uma fórmula (que não me lembro agora) que dá estes valores, porém o importante é ajustar os valores obtidos até verificar as condições expostas no item 3. Procure na internet que você acha as duas expressões.

Um antepenúltimo detalhe.
Os dois diodos (D2 e D3) devem ser rápidos e o 1N4007 não é rápido. Porém é uma solução mais barata e funciona. Só que as formas de onda durante as comutações ficam piores. É como se tivesse um capacitor de valor não desprezível em paralelo com eles.

Um penúltimo detalhe. Não conheço o funcionamento do integrado, para poder lhe dizer por que o problema da realimentação.

Um último detalhe.

Você blindou o trafo? (Tira de cobre por FORA do núcleo e enrolamento; envolvendo o gap. Sua largura pode ser a altura do carretel. Soldar as extremidades e conectá-lo ao terra.)

Ha... já ia me esquecendo... Normalmente as fontes flyback precisam de um consumo mínimo na carga (quando sem realimentação), ou o CI tem que interromper a oscilação. Se a carga for retirada, a tendência é de aumentar a tensão de saída até valores que algum componente entre em condução e queime por sobre dissipação. Por outro lado, este tipo de fonte não queima se na saída ocorrer um curto circuito (garantido quando não tem o CI).

MOR_AL

[fabim]

excelentes colocações.
Mais ó, tem certeza que acabou não faltou nadinha ?rs

[MOR_AL]

... Esse Fabim ...

[Msconfig]

Bom, com a super-ajuda do Mor_Al consegui que o treco funcionasse sem aquecer, embora a oscilação me pareca alta:




O pico de tensão parece suportavel pelo IRF530:



Ah, eu digitei errado, o tal diodo é UF4007.
O software é o ORCAD.

Brigadão a todos, vou salvar esse tópico e o do LM2576 como referência. Referencia que não se encontra em livros.

Em tempo: Não precisei blindar e como a saída é 260VCC, uma carga significativa acaba por aquecer muito. Deixei um tempão funcionando sem carga e não houve danos à fonte, o CI fica em regime ON-OFF, conforme a carga do capacitor de filtro de saida.

[fabim]

Isso não é uma oscilação....

Isso é uma BIXONA.


Olha como ela se desmunheca toda, aiaiaia uiuiuiu eu pareço uma ondinha senoidal em alta frequencia, uiuiuiu..

rs.

Viu você esta testando o trafo com simulação de carga nominal na saida ?

Tipo se é para Umax de saida de 1A, simule com resistores uma carga de 500mA, e bizóie novamente. Com certeza essa bixona vai diminuir bastante.

Fabim

[Red Neck Guy]

Obrigado tio!
Esse teu circuito caí como uma luva pra uma aplicação que um cliente meu tem aqui. Até parece que trabalhamos na mesma área, sinistro isso!

[EDSONCAN]

Eu não aconselho usar 1N4007 em D2, trata-se de um chaveamento de alta-frequencia. D3 parece ser UF4007 não conheço esse diodo.

Neste tipo de projeto a pcb é muito critica, principalmente sem isolamento.


Edson

[MOR_AL]

O trafo é um componente difícil de fazer....
1 - ... a posição dos fios do enrolamento secundário é preocupante. São poucas espiras (fontes de 5V podem precisar de 3 espiras apenas) e a tensão de saída depende da distribuição delas no carretel.
2 - ... a indutância de entrada e de saída são muito dependentes da distância do gap. Se o valor das indutâncias não estiverem com precisão de até uns 20%, o comportamento da fonte, nos extremos de alimentação e corrente de saída, pode não ficar bom.
3 - ... a capacitância dos enrolamentos influencia muito no valor da onda senoidal gerada no dreno, ou coletor.
4 - ... a geração de EMI é alta. Quase sempre é necessário usar uma fita de cobre aterrada em volta do trafo. Principalmente se a realimentação passar por um acoplador ótico.
5 - ... determinar quantas espiras tem que possuir o enrolamento primário não é fácil, pois é função do tamanho do gap e do tamanho e formato do ferrite.
6 - ... idem para o enrolamento secundário.
7 - ... determinar qual vai ser o diâmetro do enrolamento do primário.
8 - ... idem para o secundário.
9 - ... determinar quanto de "interlaceamento (?)" deve haver entre os enrolamentos.

Muitos itens acima são calculados. Dão cerca de 50 fórmulas.
Alguns são subjetivos, como nos itens 1, 3, 4 e 9. Vem com a experiência acumulada por diversos projetistas que produziram alguma documentação a respeito.

MOR_AL

[Red Neck Guy]

Aquele documento da AN-4140 da fairchild é um bom caminho, certo? Ou não?