Fuente conmutada (switching)

Hola gente:

El motivo de este nuevo tema es para saber si alguien estuvo experimentando con las fuentes switching (conmutadas), pues resulta que estoy tratando de diseñar una fuente con salidas múltiples ( 12V, 5V, 3V3 y -12V ) y para esto utilizo el integrado SG3524 (voltaje mode controller), ademas utilizo la configuracion Flyback con una tension de entrada que puede ir entre los 12Vcc y 34Vcc.
Ahora bien , el problema que tengo es que no logro realizar un lazo de realimentacion optoaislada con el TL431 para que las 4 tensiones de salida se estabilicen en los voltajes que yo quiero.
Si alguien me puede sugerir algo.

Saludos , dant

Hola amigo, aunque ya paso bastante tiempo de la publicacion de este tema y si aun necesitas ayuda al respecto yo te podria orientar en esto. Yo por aca diseno fuentes de este tipo y tengo cierta experiencia en este tema. Esto me permite dar cursillos de fuentes commutadas en mi universidad. Bueno me comentas luego OK.

Hola. Que bueno que haya un experto en esto. Necesito consejos sobre los transformadores. Probé varias configuraciones que no dan resultado y rendimientos < 40%

Hola Francisco, ok, dime mas o menos que deseas saber sobre los transformadores.
Tu me dices que has probado varias configuraciones, pero no se cual!!; el bobinado del transformador depende de la topologia que estas usando (flyback, forward, half bridge, full bridge) y ademas hay tecnicas de bobinados tales como margin wound, split, sandwich las cuales se usan para mejorar la eficiencia del transformador, tambien hay que considerar factores como la densidad de flujo, el AP (area producto) que es importantisimo para determinar el transformador adecuado para tu diseno y tambien lo calibres de los conductores que de deberias usar.....pero mejor ya no te aburro
con tanta chachara y espero que me especifiques que que deseas al respecto de los transformadores.

Al fin alguien que puede aclararme tantas dudas!
Usé una configuración full bridge on un TL494 como modulador y un IRFZ44N por cada extremo del bobinado primario. Mi idea es sacar de 12V más, por ejemplo +-45VDC. Para esto usé toroides y ETD's de fuentes de PC ya que son difíciles de conseguir pero al final encontré alguien que me los vende.
Para los bobinados usaba un método completamente experimental e intuitivo. Empecé con 4+4 vueltas en el primario y las aumenté hasta 12+12 variando el secundario proporcionalmente.
En cuanto al calibre, era a ojo, alambres gruesos ó finos en paralelo. Todo muy tirado de los pelos.
Lo único fijo era la frecuencia: 33KHz porque era la que usaban las fuentes de donde saqué los núcleos.

Me gustaría saber algunas ecuaciones que relacionen todas las variantes para tener algo de fundamento sobre lo que hago. Si no, algunas recomendaciones a la hora de calcular el calibre, número de vueltas y dimensión del núcleo.

También me gustaría hacer una fuente switching reductora de 220VAC (311VDC) a +-70VDC pero antes tengo que diseñar la electrónica y hacer algunas pruebas con el disparo de transistores mediante transformadores de pulsos. ¿Es mejor disparar los transistores con transformadores y poner el circuito modulador del lado del secundario o poner el modulador conectado al primario y usar una retroalimentación optoaislada para la tensión?

Uuu! Cuantas dudas, no me aburro de esto

Gracias por todo.

Saludos

huyyyy que bueno!!!.., de encontrar alguien que hable el mismo lenguaje; bueno amigo primero la topologia que usaste (full bridge) se aplica mas comunmente para potencias mayores a los 500W, y lo que te conviene en este caso es usar la half Bridge o "medio puente", para asi evitar colocar muchos mosfets. El PWM que usaste (TL494) es uno de los mas usados y es excelente ya que puedes usarlo sobre frecuencias de 500KHz siendo esto ventajoso para el diseno ya que reduce el tamano del transformador. Los transformadores que elegiste ETDs son unos de los mas eficientes pero hay que ver las caracteristicas del fabricante ya sean de TDK, Phillips o Ferroxcub, esto me indica en que densidad de flujo maxima alcanzan y aproximadamente es unos 5000 gauss.
La frecuencia que elegiste (33KHz) si me parece muy baja ya que considerando la topologia que usaste el transformador se disenaria a a la mitad de frecuencia de oscilacion esto es 16.5KHz y no seria viable porque generaria ruido audible y el requerimiento de las dimensiones del nucleo serian un poco grandes. Lo que tu quieres disenar es un convertidor DC-DC de 12VDC a +-45VDC que seguramente usaras para alimentar un amplificador para auto o no se!!.. ; bueno yo te puedo disenar este, pero para tal efecto necesito cual es el requerimiento maximo de potencia o en su defecto las corrientes que necesitas en los +-45V, el diagrama de tu circuito PWM solo si lo tubieras si no te proporciono uno, las dimensiones de tu transformador ETD para disenarlo en base a este asi como de que fabricante es tu transformador. Yo hago los calculos requeridos del diseno paso a paso y luego los subo aqui al foro para que tu mismo lo hagas en tu casa.
En cuanto a la otra fuente de 220VAC a +-70VDC tambien se puede hacer un poquito mas laboriosa pero tambien se puede, pero "vamos por partes" dijo Jack el destripador........ja,ja,ja,ja,.. ese diseno lo vemos luego.
Espero tu respuesta amigo.........ok.

Hola. Gracias por tu tiempo.
Acá te adjunto el modulador que uso.
La frecuencia de oscilación es de 73.3KHz pero está configurado como push pull la frecuencia a la que trabaja el transformador es de 36.6KHz.
También dejo adjunto un pdf con todos los modelos de núcleos que puedo conseguir y sus datos para seleccionar el más adecuado, referente al precio también: Núcleos
El uso es efectivamente para un amplificador de +-50V. Necesitaría 6A pico, 300W máximo de consumo.

El circuito que adjunto es el que uso para las pruebas, tiene salida simple y las masas no están aisladas.
El ETD más grande que tengo es de 42mm pero se partió al tratar de abrirlo y lo pegué, así que no espero grandes resultados con ese núcleo. Voy a comprar alguno.

Cualquier dato es bienvenido

Hola amigo Galarza; estuve revisando tu esquema y veo que hay que hacerle unos cambios.
Primero, hay que variar la frecuencia de oscilacion a 200KHz para asi obtener en el transformador 100KHz. Para obtener la potencia que deseas (300W) hay que adicionarle un par de mosfets mas para cada fase; esto es debido a que como la tension de alimentacion sera de 12V para conseguir los 300W la corriente pico (Ipk) en el primario del transformador sera un poco elevada y por ende tambien el conductor primario. Tambien hay que modificar la forma de rectificacion de secundario (en Puente) y adicionarle una salida de voltaje de +-15V para los previos.
Mas bien detallame algo, si la potencia es de 300w y el voltaje es de +-50V lo que necesitarias
en corriente seria 3+3Amp....verdad?.
Bueno voy empezando el diseno en base a esto y lo voy subiendo al foro ...ok.
los paso aseguir seran:
1)Modificacion del esquema
2)Calculo del Transformador
3)Diseno del PCB (en programa de tu agrado)
4)Prueba final de ckto (rendimiento, eficiencia,regulacion, etc)
5)diseno Terminado.

Saludos amigo!!!!!!!!!!!

Bueno, es un prototipo de prueba para transformadores, por eso uso un solo par de mosfet's y una sola "salida" de tensión.
Por lo que decís de la frecuencia vas a usar full bridge. ¿No era conveniente half bridge para esa potencia?
Lo que yo necesito del transformador es que me de 6A máximos pero por una sola rama a la vez, por ejemplo voy a necesitar 6A y +50V y despúes 6A y -50V pero nunca 6A y los 100V.
Un programa de mi agrado es el National Instruments Multisim v10, pero tengo muy buenas recomendaciones del OrCAD v10.3; personalmente nunca lo usé.

Gracias

Si necesitas 6Amp por cada rama de 50V entonces la potencia de la fuente deberia ser de 600W y ahi si que la demanda de corriente en el primario del transformador seria muy elevada por ejm;
Si Consideraciones de diseno;

• Potencia de salida Po: 600W
  corriente de salida Io: 6A
  voltaje de entrada minimo Vin-min: 10.5V
  Eficiencia n:80%
  Duty Ratio maximo Dmax: 0.48 o 48%

se tendria tendria de Corriente pico Ipk:

Ipk=2Po/(nxVin-minmax) ............Para cada fase se considera Po/2

Ipk=2x300W/(0.8x10.5Vx0.48)=148Amp por cada fase

Tendrias que considerar esto ya que los mosfets tendrian que soportar esta corriente pico. Para que tengas una idea la corriente Ipk esta relacionado con la forma de onda de la senal del convertidor porque tambien hay que considerar las corrientes Irms y Iavg pero estas son de menor amplitud.
Para disminuir la Ipk tendrias que duplicar el voltaje de alimentacion a 24V y si no sera con 12V no mas.
En cuanto al aumento de la frecuencia no implica que cambie la topologia seguira siendo la misma y esto sera ventajoso ya que tu transformador sera mas pequeno.
Haber piensalo bien y me comentas ok, porque me pereces que estas exagerando un poco en la corriente de 6A por fase.

Si, puede que se me haya ido la mano de corriente. Con 3A andaría. Pasa que estoy acostumbrado a pensar: "más vale que sobre y no que falte".
Decía lo de la frecuencia porque se me había mezclado la idea de half bridge con la de flyback, en fin, error mío ops:
Nos mantenemos en contacto.

Estoy apurado porque se me quema la pizza!

Ke tal Juan Romero.
Esto de las fuentes conmutadas es muy interesante, llevo poco tiempo experimentando con ellas, la primera ke hice fue una elevadora(como la ke todos keremos para nuestros amplificador de auto) la cual era de 12V elevarlos a -+45VDC por 3 amperes ke es la tension y corriente ke necesita las etapas de potencia ke he fabricado y publicado en este gran foro de electronicos; la poca documentacion ke consegui en internet y revisando etapas ya hechas fueron los principios para el diseño de lo ke serian varios prototipos, todos trabajaban en medida unos con mas eficiencia ke otros, pero trabajaban, de las situaciones "problematicas" a las ke me he enfrentado han sido conseguir y bobinar los transformadores, aunke pienso ke eso ya paso a segundo plano, lo ke ahora se me complica es lograr eliminar el ruido ke produce la fuente conmutada en los medios y agudos; es un ruido ke al aumentar el volumen por logica se distingue mas, esto es sin señal de audio, ya con al señal de audio se pierde en cierta medida, el ruido es algo asi como una "matraca" ke se escucha a lo lejos, y si lo monto en el automovil al momento de arrancarlo, es peor; ya hice varias pruebas como por ejemplo: meter filtros Snuber por cada seccion de conmutacion, diodos en paralelo, optoacoplar la retroaliemtnacion, kitar la retroalimentacion, meter capacitores de poliester y tantalio, filtro EMI en la entrada de 12V, elevar y bajar al frecuencia de oscilacion etc.. y nada ha funcionado bien, no se si podrias darnos algo de teoria ya ke todo ha sido en base a prueba y error, aparte de ke no se tiene al alcance a alguien kien oriente sobre el tema.
Te anexo el link de la fuente Fuente SMPS (Switching Mode Power Supply) 12VDC

de antemano gracias.
Atte: Fernando

Hola Fernando(Luciperro); he revisado tu circuito y tu diseno esta muy bueno pero me doy cuenta que no adicionaste un filtro en la salida de voltaje y lo mas probable es que la alta frecuencia generada por el ckto oscilador este pasando al audio amplificador y eso es lo que perturba la senal de salida. Otro factor puede ser el voltaje de rizado elevado que esta presente en la tension de continua de tu fuente y esta tambien es de alta frecuencia.
En tu diagrama veo que le colocaste un condensador de 4700uF x63V a cada rama y me pregunto como determinaste ese valor?; cual es el requerimiento de voltaje de rizado que usaste en tu diseno?; consideraste el ESR y ESL del condensador?. o lo hiciste de manera empirica?.
Bueno te comento; para fuentes que trabajan a altas frecuencias el valor de la resistencia serie equivalente (ESR) y la inductancia serie equivalente (ESL) del condensador juegan un papel importantisimo ya forman aqui un ckto serie resonante siendo esto perjucial para la fuente y el componente. Para disminuir este factor se suele colocar varios condensadores el paralelo igual a la capacidad equivalente total, con esto se disminuye el ESR (aprox 20~30mohm). Para que calcules el capacitor adecuado usa la siguiente expresion:


Co=[Io_max *(1-Dmin)]/[f*Vripple_p_p]

Donde:
Io_max:Corriente de salida en Amperios
Dmin: Duty Ratio minimo; se puede considerar 0.3
f : Frecuencia de oscilacion
Vripple_p_p: Voltaje de rizado picp a pico requerido en la salida (100mV aprox o mas)

Para que calcules la inductancia de choque usa esta expresion:

Lmin=(Vin_max - Vo)*Toff/ 1.4*Io_min

Donde:
Vin_max: es el voltaje de entrada maximo (V)
Vo : voltaje de salida (V)
Toff: tiempo en que el switch (transistor) esta desactivado
Io_min: corriente minima en la salida

Estas ecuaciones las puedes encontrar en estos libros:
Power Supply Cookbook de Marty Brown y
Switchmode Power Supply de Keith Billings
yo no invento nada solo las aplico
Auque esto me tomo un tiempo, porque tuve que volver a revisar estos libros , espero que te sirvan de algo.
Luego me comentas tus inquietudes y tus resultados.........hasta luego amigo.[/list]

Ke tal Juan Romero. Bueno hantes ke nada te agradesco la ayuda ke me brindas. Pasando al tema de la fuente, bueno te dire ke la verdad no tengo calculos de nada, el diseño del PWM es una combinacion de varios circuitos ke revise en internet, otra cosa es ke no tengo la matematica para hacer los calculos ke me marcas, y esto se me dificulta un poco pero ya buscare a alguien ke me ayude con eso; en el link ke te envie el circuito ke coloke no lleva el arreglo LC ke me indicas a causa de ke otras fuentes ke hice con anterioridad me trabajaron sin problemas y parte de como me base en diseños de fuetnes de amplificador de carro, estos en su mayoria no cuentan con este arreglo; o almenos no me ha tocado reparar alguno ke los contenga; el calculo del capacitor tampoco lo tengo, yo solo se los coloke de un valor alto pensando ke asi abria soporte para los fuertes tirones de corriente ke demandara el amplificador, lo del ESR y ESL habia escuchado hablar pero no comprendo como se maneja eso y mas si uno ke kiere conseguir material tan especifico o de alguna marca es complicado ya ke en als electronicas de mi "aldea" te venden lo ke kieren y muy a fuerzas se consiguen las cosas, yo habia leido ke los capacitores ke marcan 105ºC como limite de temperatura son de bajo ESR, no se si sea verdad nadie me ha podido explicar. Hace una semana aproxiamdamente termine un diseño prototipo para intentar corregir los problemas ke tengo, entre ellos la parte del ruido ke se cuela en la fuente a los altavoces o el amplificador siendo mas especifico es en parte por la retroalimentacion o mas bien el ajustar la tension de salida y dejarla esclavisada, parte ke tampoco he visto en ningun amplificador comercial y ke ha causa de eso la mayoria de los amplificador ke he reparado traen los capacitores explotados por la variacion de tensiones entre los automoviles camionetas etc.; te paso este link nuevo del post donde coloke las fotos y diagrama del prototipo Amplificador para Automovil , en este nuevo diagrama le he colocado un driver para los Fet`s de la fuente ya ke se me deforamba mucho el pulso en el disparo, tambien cambie la configuracion de el SG3525, agregue el filtro LC a la salida, claro ke no calculado sino solamente le kite las ferritas a una fuente de computadora y se las coloke a cada BUS de tension pero no resolvio nada; estos han sido los resultados ke he tenido hasta el momento, seguire haciendo pruebas y despues te comento.

Saludos.

hola juan romero:

que bueno que por fin encontre una persona que entiende pero demasiado del tema fuentes switching, mi problema es que desde hace algun tiempo he querido diseñar este tipo de fuentes para empezar a innovar con las tipicas fuentes, ademas yo en mi trabajo construyo circuitos pero siempre que diseño a lo mas tengo que proporcionar fuentes de baja tension como +-5V, a lo mas +-12V, pero ahora tengo que diseñar una fuente que sea regulada de 0 - 300VCC para calibrar un lem, la entrada es de 220 VAC y la I de salida puede ser de unos 2 A CC como max, bueno compradito ojala me pudieras enseñar como diseñar este tipo de fuentes ya que me apasiona construir circuitos y tambien quiero cambiar los diseños de mis fuentes por switching, pero no se cuales son las complicaciones o cuales son los criterios o en que condiciones son mejores de utilizar, etc. ojala me pudieras ayudar te agradeceria mucho ya que he buscado información en internet pero se especifican mucho, si no que estan mas orientadas a lo general

Hola amigo electrogomez, yo te prodria recomendar cierta bibliografia para que busques en la web, todo lo que yo he aprendido lo busque en internet desde libros hasta tutoriales de la IEEE al respecto. Tengo algunos apuntes que hice de algunas traducciones de libros y de notas de aplicacion. Empece con un tutorial de la POWER INTEGRATION con el IC de codigo
TOP223 y otros mas, luego con TL494,SG3524, MC39064,luego pase a diseñar con el UC3842 y asi con otros mas.Alguna bibliografia que use
Transformer and inductor design- Col. William McLyman
Switching power supply design- Ibraham Pressman
Switch mode power supply Handbook- Keith Billing
Power supply cookbook- Marty Brown,, y otros
Tengo bastante practica en esto, me costo bastante tiempo aprender esto, y me apasiona mucho este tema ya que son pocos aqui en mi pais me manejan este tema.
Algunos ingenieros que fueron mis profes no me creian cuando le decia que diseñaba fuentes tipo SMPS hasta que les mostre mis trabajos y mis apuntes de los diseños.
Ahora doy un curso de fuentes SMPS en mi U.
Bueno espero que esto te sirva de incentivo para ti.
Cualquier consultas me contactas en el foro, suerte amigo.
Como ejemplo les dejo unas fotos de una fuente de 15V- 5A que hice para una Laptop:

La Fuente vista externamente



El circuito interno hecho el Eagle

[/b]

Para algunos amigos interesados en este diseno aqui les dejo:
El circuito elaborado en Eagle



Y tambien el diseno de la placa PCB obtenido con Eagle3D

El circuito en 3D



Disfrutenlo amigos, cualquier consulta estoy a su disposicion.

gracias amigo juan por tu recomendaciones las tendre en cuenta, pero quisiera hacerte una consulta mas, tengo q diseñar una fuente de entrada 220 VAC y de una salida regulada de 0- 300V DC con mas o menos 1A a 2 A tu que eres el experto que me recomendarias para el diseño?, tienes alguna idea de como poder fabricarlo?

de ante mano muchas gracias

Hola amigo electrogomez, disculpa por la demora en responder a tu inquietud; con respecto a tu consulta te sugeriria hacer un diseno usando la topologia "buck converter"; es decir un convertidor reductor pero de salida variable. No seria necesario usar transformador ya que el voltaje max de 300V lo puedes tomar directo de la rectificacion de linea (de 220VAC). Los condensadores de entrada los calcularias para que entregen un rating de potencia de 750W para maxima carga en minimo voltaje de entrada. Usa como PWM el SG3524, la frec. de oscilacion podria ser 35KHz, el inductor y el capacitor de salida calculalos para que almacenen una potencia de 700W para mantener el consumo de la salida.
Descarga el datasheet de SG3524 revisalo ahi contiene el ckto que puedes usar segun la topologia y luego nos comentas.
Mucha suerte!.!.!.!.!.!.!.!.!.

ok compadrito hoy dia mismo lo reviso y te cuento como me fue, y gracias por responder
ç