Fuente conmutada (switching)

[Jazz_Light]

Hola a todos!



Soy novato en el foro. Nunca había participado, y me interesa mucho el tema de las fuentes conmutadas. Mi pregunta es si algún miembro del foro conoce alguna(s) direccion(es) en internet para bajar bibliografía relacionada con todo esto de las fuentes conmutadas. Mientras más completos y avanzados sean los libros, mejor... !


Juan Romero Alvarado:

Sabes donde se pueden bajar esos libros que, me parece, mencionaste en un comentario?

(Realmente sabes bastante de diseño de fuentes!)


Otra cosa:


Tengo una fuente de PC ATX que me encontre botada. La he ido reparando poco a poco. Tenía varios componentes destruidos en el primario del Stand-By (creo que el origen de la falla fue un corto en un condensador cerámico conectado en el transistor de conmutación (entre C y E... no se de que valor era... le puse uno de 470pF-1 kV...), pues estaba carbonizado e hizo que se dañara un transistor C945, un zener, una resistencia y un par de diodos 1N4148...

Además el condensador de filtro a la salida de +5V-STBY, de 10V- 470 µF, estaba reventado. Reemplacé todo y funcionó... pero no logro sacarle mucha corriente a los +5DC, +12DC o +3.3DC... los voltajes caen y oscilan en forma errática!

El Stand-By alimenta los integrado TL494 (con un voltaje no regulado de unos 20V salidos del transformador de Stand-By) y un tps5510 (http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/29215/TI/TPS5510P.html) alimentado con +5V-STBY.


Quizá alguien me pueda dar una pista de lo que está pasando... pero sospecho que el tps5510 está dañado, y, ya que éste controla el funcionamiento del TL494 a través del pin 4 Dead Time Control, está afectando la regulación de los voltajes...



PD.: El tps5510 es el encargado de manejar las señales PSON y PWR-OK, y por eso gobierna el funcionamiento del TL494... para hacer funcionar una fuente ATX, generalmente cortocircuito estas dos señales (cables gris y verde).

 

[Nilfred]

El primario es tipo auto-oscilante, hay 2 transistores de conmutación idénticos y por cada uno un capacitor (2 capacitores idénticos). Si se quema uno reemplaza el par.

El TI es un comparador de ventana, si las tensiones estan fuera del 10% tolerable dispara la señal PWR-NOT-GOOD ¿Que entendiste? Se suele eliminar para darle otro uso a la fuente y no pasa nada.

La única tensión regulada es la de 5v, las otras no. En el transformador de 5v-stdby, a la salida deberías tenes 5v no 20v.

Este no es el mejor hilo para hablar de fuentes ATX, a ver si te mudas con tu historia a otro lado, novato.

 

[Jazz_Light]

El Stand-By funciona con sólo un transistor de potencia (es del tipo fly-back). La etapa half-bridge de potencia funciona correctamente. No es necesario reemplazar nada allí.

El secundario del transformador del stand-by da dos voltajes (se sobreentiende): los +5V-STBY regulados además de un voltaje no regulado de unos 20V (cuando existe bajo consumo), el cual alimenta al TL494 en stand-by.

Ya encontré la falla: el voltaje de referencia que entrega el TL494 (5 volts) cae notablemente cuando aumenta el consumo de este integrado, por lo que caen los voltajes que son regulados por éste (+5DC y +12DC).


Ah... no sabía que una fuente ATX no era una fuente conmutada...

 

[ricardodeni]

jazz light , no te estan diciendo que una fuente atx no es una conmutada, lo que te quiso decir nilfred es que este no es el mejor lugar para hablar de como reparar una fuente atx, en este espacio se trata de desarrollar fuentes NO de repararlas.

bueno estoy por aca para ver si podrian aclararme una duda que me surgio, la duda se trata de la bobina driver que tienen las fuentes half bridge o semi puente ( estoy diseñando una,cuando este terminada la subo).
en el driver veo que en el primario hay un bobinado de 112 espiras con tap central que esta conectado a los transistores driver del tl494 y en el secundario de la bobina driver hay dos bobinados de 15 espiras que son los que se conectan entre el emisor y la base de los transistores de salida,hasta ahi estoy bien , mi duda es que este driver tambien tiene una bobina en el secundario de 3 espiras con un alambre mucho mas grueso que va conectado en serie al primario del transformador de salida ¿para que sirve?
adjunto el circuito de una fuente en donde marque con un circulo rojo dicha bobina.
bueno espero que puedan ayudarme,desde ya muchas gracias
saludos, ricardo

 

[carlosyuca]

hola megagame, gracias por la respuesta y estar siempre dispuesto a ayudar.

voy leendo el libro "switching power supply desing de presman" y da como sujerencia trabajar con
un flujo maximo de 1600 G. crees q seria conveniente tomar este flujo o algo cercano a ese?

O es q talvez los nucleos de tv tendran alguna caracteristica muy especial?

agredecere tu respuesta. Gracias ops:

 

[Juan Romero]

Hola amigo Ricardodeni, me demore con la respuesta ya que tuveque analizar el ckto.
Te comento que particularmente yo no uso esa bobina auxiliar en el transformador de pulsos y hago los disparos de los transistores sin esa bobina en mencion.
Primero debes saber esa forma de disparo de los transistores se llama "Transformer Coupled Drive" y la configuracion de resistencias diodos y condensador es clasica (Ref: Switchmode power supply reference manual; de Marty Brown; pag 19).
Aunque el analisis del funcionamiento de la fuente es "generico" y valido para este, el porque se usa esta bobina auxiliar es solamente mi apreciacion en particular pero sin embargo mi evaluacion esta en base a otras aplicaciones para la cual se aplica esta bobina aux.
El funcionamiento es el siguiente: (Ver el grafico)

1) Q4 entra en conduccion generando el flujo de corriente (1) y este a su vez genera a (2) y (3)
2)La tension inducida (2) polariza a Q1 y pone en corte a Q2 en (4); Q1 conduce generando los flujos de corrientes (5) y (6).
3)Como la corriente inducida (3) esta en fase con la corriente del primario del transformador (6), entonces refuerza el voltaje inducido en (2) incrementando la conduccion del transistor Q1.
4) Cuando Q1 conduce se descarga el condensador C5 mediante el flujo de corriente (7).
5)Para la conduccion de Q2 es similar a lo anterior solo que con sentido contrario (lineas azules). Observa las polaridades delas bobinas segun el flujo de corriente.

Observacion: Hice una correccion de la marca de polaridad de la bobina en (9) ya que para que funcione el ckto tienen que estar en contrafase, si no conducirian Q1 y Q2 a la vez habiendo un cortocircuito de la "put********are".
Corrige eso en tu diagrama.

Att: Juan Romero

 

[Jazz_Light]

Juan Romero Alvarado:



Las flechas que dibujaste en los secundarios y que indican la dirección de la corriente están invertidas. No pueden pasar por las bases de los transistores.






En los transformadores, los primarios actúan como carga (la corriente entra por el + y sale por el -) y los secundarios actúan como fuentes (la corriente sale por el + y entra por el -). O sea, esa bobina adicional actúa como un primario cuando alguno de los transistores de potencia entra en conducción, pues la corriente entra por el lado + de dicha bobina.

La consecuencia de esto es que refuerza la corriente del secundario y, por ende, la corriente de base del transistor que está conduciendo.

Cuando el transistor driver se corta, el secundario (a pesar de que todavía existe corriente en la bobina adicional) trata de oponerse a dicho cambio, invirtiendo la dirección en que circula la corriente, y forzando el corte del transistor de potencia.





Edición:



Considero el flujo de la corriente desde el positivo hacia el negativo de la fuente, como es tradicional en los esquemas. Sé que la corriente fluye realmente desde el negativo de la fuente, debido al movimiento de los electrones.

 

[Juan Romero]

Bueno en realidad siempre se opta por por el sentido del flujo de corriente de - hacia +; pero eso es arbitrario siempre y cuando se respete la polaridad de la tension inducida, es por eso que puse las polaridades pero siempre considerando la corriente para un analisis de calculo de valor negativo y este no es el caso solo es un analisis de funcionamiento y yo los puse en ese sentido solamente para respetar las marcas de polaridad y eso si esta permitido (ojo: revisa algun libro de "maquinas electricas" y encontraras ese tipo de disposicion para los transformadores).
En cuanto para que sirve esa bobina por lo menos coincidimos en los pùntos de vista.
En un libro de fuentes SMPS que he revisado se usa una bobina similarar para una fuente tipo flyback pero self-oscilating osea auto oscilante y la explicacion de operacion es similar.

**************************************************************************
Y para nuestro amigo Fredy Esneider: Si estas esperando que todo te lo pongan facil y desarrolado solamente para ensamblarlo, entonces nunca aprenderas nada, porque no analizas, no experimentas, no desarrolas nada, no investigas. En internet hay un monton de información para empezar desde lo mas basico hasta lo mas elaborado, solo hay que saber buscar y te sugiero que busques en ingles, Ejm: pon en el "GOOGLE" la siguiente frase:
"Switching mode power supply design" o si no visita esta pagina:
http://www.smpstech.com

Y por favor no renieges y no "jo******as" a los demas de tu incapacidad.
¿Electronico? no, no creo!

 

[fredy esneider valdes]

cuando el trabajador es malo le echa la culpa a la herramienta, por que los otros del foro como ,zeuspower,fogonazo,tupolev,yori16,lucipierro,josesoto,tecnideseo,jhon mulato ponen sus circuitos con todo y no aparentan tanto , ademas no estoy interesado en la fabricacion de estas fuentes por que yo fabrico fuentes estabilizadoras de voltaje y inversores ,y amplificador echisos , y medoy cuenta que no son rentables , pero yo ya hice una fuente conmutada que saque de un plano de un televisor y me funciono a la perfeccion y no medemore tanto y los voltages se los saque a my volunta pro que le pregunte aun ingeniero de diseño como funcionavan y el me explico y la hice, y si me quieren sacar saquenmen ,se ponen bravos por que se les dice la verdad , esta es la diferencia de nosotros a los de las demas potencias mundiales, la poca calidad de nuestros conocimientos

 

[Juan Romero]

Sr. Fredy Esneider, sin animos de entrar en un contrapunteo inultil en una tematica que no aporta nada a esta seccion del foro, y esperando de su parte solo ideas y aportes, le digo lo siguiente:
Si va a mentir o florear hagalo con fundamento porque ud dice:
"medoy cuenta que no son rentables": Eso es una falsedad; porque apartir de 300W una fuente SMPS es mas rentable que una fuente lineal (las que ud hace). Ademas son mas eficientes (80%) frente a las lineales (50 a 60%). Por eso es la tendencia mundial al diseño de fuentes conmutadas. Si no evalue ud el costo de una fuente para ATX de 450W conmutada frente a una que ud haria para la misma aplicacion pero lineal. solo el transformador costaria mas que la fuente ATX, ja,ja,ja,ja,ja.
"pero yo ya hice una fuente conmutada que saque de un plano de un televisor":
Ummmhhh; interesante, los TVs mas grandes solo llegan hasta 250W o maximo en su defecto 300W, un poco restringido en potencia pero valido; sin embargo el diseño esta muy limitado a esa aplicacion ya que el secundario es de alto voltaje (90 a 135VDC) y baja corriente (2A max). Tambien dices: "los voltages se los saque a my voluntad"; seria bueno ver las modificaciones que hiciste. "ver para creer".
Y por ultimo dices: "y si me quieren sacar saquenmen ,se ponen bravos por que se les dice la verdad ": no, no, nadie te quere sacar, mas bien quedate y aporta ideas, seria bueno que pongas las modificaciones que hiciste a la fuente de TV aqui en el foro; si verdaderamente hiciste tu fuente,,,,Uphssss.
Y yo tambien digo la verdad y no me pongo "bravo" y tengo como fundamentarlo.

Bueno espero que no te moleste por esto, pero era necesario este comentario, amigo.

Bueno ahora si, a aportar ideas, conocimiento, trabajos en este post.

Guten tag, meine lieben anhang!

 

[ricardodeni]

hola, muchas gracias juan y muchas gracias jazz light, ahora me quedo claro.

para fredy: aca nadie aparenta nada, solo estamos desarrollando circuitos y a medida de que uno hace eso va aprendiendo, aca no mal gastamos el tiempo de los demas por que no obligamos a nadie a que lea este post , el que esta es por que le interesa el tema y la electronica, te aclaro que en este tema hay tanto principiantes como estudiantes de ing. y como ingenieros, otra cosa, ya que vos "pudiste" hacer tu fuente switch , para que pedis que demos una fuente?
ademas las fuentes de tv, como ya dijo juan , no dan la potencia que estamos buscando,son de topologia fly back y oscilan dentro del rango audible , asi que quiesiera ver como hiciste esa fuente si es que pudiste
ademas no te hagas el bravo por que encima de no saber redactar tenes mas errores de ortografia que un chico de primaria, te propongo que primero leas un diccionario,despues leas algun libro para aprender a redactar de manera entendible ya que esta en un foro y recien despues hables de electronica tratando de aportar algo util ya que en ninguno de tu comentarios lo hiciste.
sin dar mas lugar a estos comentarios que de nada sirven dejo el esquema de la fuente que estoy desarrollando, es una topologia half-bridge con transistores mosfet .
la verdad es que no la queria subir hasta tenerla probada y con un pcb hecho para que la pueda armar cualquiera, pero gente como fredy hace enfadar a cualquiera.

aaa francisco me uno a tu propuesta otro voto por aca .
saludos

 

[Francisco Galarza]

Ricardodeni:

¿Cómo calculás la R y el C en paralelo con el primario del transformador? Estoy trabajando en una flyback pero no puedo encontrar información parar calcular estos componentes. Esto me traba todo el trabajo porque no puedo probar la fuente, ya que sin ese circuito de reseteo del núcleo, la corriente inducida me quema el mosfet.

Otra cosa: en mi opinión, la red de realimentación tiene resistencias muy altas, lo que la hace susceptible a interferencias. Yo le daría una corriente de 1 o 2 mA al divisor de tensión.

 

[Jazz_Light]

Ricardodeni:

Analicé más a fondo el funcionamiento del circuíto driver. Su configuración en el primario es del tipo full-bridge. Quizá sea necesario intercalar un condensador entre una de las salidas del integrado y el primario del transformador para aislarlo de cc y evitar que el núcleo se sature.


Éste es el análisis que hice (en el esquema se puede ver la configuración interna de las salidas del integrado, nota que son salidas en totem-pole. Obvié la resistencia de 4.7 ohms que estaba intercalada):



Este esquema representa el funcionamiento de las salidas cuando el pin 14 cambia de nivel alto
a nivel bajo, permaneciendo el pin 11 a nivel bajo.

Suponiendo que inicialmente el pin 14 se encuentra a nivel alto y el 11 a nivel bajo, circula corriente desde el pin 14 hacia el 11 a través del primario del transformador. Cuando el pin 14 pasa a nivel bajo (suponiendo que el pin 11 todavía no pasa a nivel alto), el primario intenta mantener la corriente, invirtiendo la polaridad del voltaje entre sus terminales. Esto provoca que el pin 14 quede expuesto a un voltaje negativo menor o igual a -0.5 volts y fuerza a Q9-Q10 a seguir conduciendo debido a que las bases de estos quedan polarizadas en directo (el cálculo de -0.5 volts corresponde al voltaje del colector de Q8 en saturación, 0.7+0.2 volts=0.9 volts, menos la suma de los voltajes de polarización de las bases de Q9-Q10, o sea, 0.9-1.4 volts=-0.5 volts).


Es un poco compleja la situación, pero puede que el integrado soporte trabajar así.

 

[megagame]

hola megagame, gracias por la respuesta y estar siempre dispuesto a ayudar.

voy leendo el libro "switching power supply desing de presman" y da como sujerencia trabajar con
un flujo maximo de 1600 G. crees q seria conveniente tomar este flujo o algo cercano a ese?

O es q talvez los nucleos de tv tendran alguna caracteristica muy especial?

agredecere tu respuesta. Gracias ops:

Hola Carlos, te comento lo que pude apreciar, las fuentes de PC y de fichines son casi todas half bridge, todos los núcleos de los traffos que desarme de estas fuentes eran de alta permeabilidad o mucho flujo magnético, los de fuente de TV eran de baja permeabilidad o bajo flujo magnético, esa es la observación que pude hacer, saludos.
Oscar.

 

[carlosyuca]

Hola ricardodeni muy buen aporte, es justo lo q andaba buscando, una fuente pa mi amplificador de 400 W.

bueno como ya lei por ahi algunas cosas estas claro q lo q buscamos en este foro es aprender sobre el tema de SMPS, ok en primer lugar tengo una duda en la eleccion de los mosfet
TC = +25°C . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10A
TC = +100°C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.3A
Power Dissipation (TC = +25°C), PD . . . . . . .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125W
lo q yo pienso es q entre los dos mosfet disiparan una potencia de 250W verdad, si m equivoco podrian indicarme a q se refiere esa potencia.

En el primario de Tr2 pones 52 esp*6 y 26+26 esp*5 en el secundario, sera q t refieres a 6 y 5 conductores en paralelo respectivamente?

para q dimensiones de nucleo de nucleo son estos calculos? y si no fuera mucho pedirte nose si podrias comentar con cuando de induccion trabajaste ah y tambien la frecuencia.

Bueno y por ultimo, se podria alimentar el CI de alguna otra forma q n sea utilizando un transformador independiente? AH jejeje una cosa mas, el lazo de realimentacion q usas es para asegurar q la salida de tension-corriente de el transformador de potencia sea constante verdad?
como se ve en el circuito lo tomas del lado positivo, quisiera saber si esto tambien hace q se mantenga constante la salida negativa.

Q curioso n? pero esto de las fuentes m interesa mucho. ojala n t moleste con tantas incognitas, algo mas, para las personas q les interse,tengo un pequeño libro sobre simulacion de electronica de potencia en Psice y el q lo quiera le puedo facilitar el problema es q es de 9Mb.

N t aburro mas, estare esperando ancioso tu respuesta. ah y el libro es en español.

 

[joryds]

Hola Carlos, sobre la fuente para alimentar el IC se podria probar esta, la duda que tengo es el aislamiento a la red por que la GND de esta fuente esta conectada a la GND de la salida de la fuente conmutada.

Saludos.

 

[Jazz_Light]

bueno como ya lei por ahi algunas cosas estas claro q lo q buscamos en este foro es aprender sobre el tema de SMPS, ok en primer lugar tengo una duda en la eleccion de los mosfet
TC = +25°C . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10A
TC = +100°C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.3A
Power Dissipation (TC = +25°C), PD . . . . . . .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125W
lo q yo pienso es q entre los dos mosfet disiparan una potencia de 250W verdad, si m equivoco podrian indicarme a q se refiere esa potencia.

Esa potencia define el límite superior del producto Vds(voltaje drain-source)*Id(corriente drain), o sea, en este caso, Vds*Id nunca debe ser superior a 125W. Un consumo mayor de potencia en el transistor lo puede destruir por sobrecalentamiento.


En los circuitos switch, como los transistores de conmutación trabajan como interruptores, la potencia disipada por estos es ínfima:

cuando el transistor está en OFF Id=0 (no se consume potencia).

cuando el transistor está en ON Vds es aprox 0 (existe una pequeña caída de voltaje, la cual provoca que se consuma una pequeña potencia).

En los transistores de conmutación, la mayor cantidad de potencia se disipa en las transiciones entre los estados ON y OFF, ya que este cambio no es instantáneo, pero de todas maneras, siempre es relativamente baja comparada con la potencia máxima que pueden disipar estos.

 

[wacalo]

Hola amigo Juan Romero:
Soy Walter de la Provincia de Salta-Argentina.
Respecto de su análisis sobre el circuito del Sr. Ricardodeni quiero hacerle llegar una idea sobre el porqué del uso de la bobina de 3 vueltas:
En este circuito lo realmente importante (por el peligro que entraña) es la conducción simultánea de los Transistores de potencia Q1 y Q2, entonces esta bobina lo que hace es aprovechar la tensión inducida en el corte de los transistores (tensión de flyback) para generar una tensión inversa que acelere (o refuerze) el corte en el transistor que acaba de conducir; esto asegura que no habrá conducción simultánea cuando el otro transistor empiece a conducir.
Lo felicito por su preparación.
Por favor agradecería me aclarara si estoy equivocado.
Felicito a los del foro por este sitio.
A sus órdenes.

Soy Walter de Salta (Argentina)

 

[wacalo]

Hola amigos del foro:
Veo que hay muchos que nos estamos iniciando en el tema de las SMPS (Switch Mode Power Supply) y noto que muchos eligen como proyecto inicial unas fuentes demasiado complicadas y de mucha potencia.
Por lo que leí sobre el tema, la topología más adecuada para alguien que quiere iniciarse en el tema es la Flyback (DCM mode: Modo discontínuo), para mi los controladores más adecuados por su simpleza, bajo costo y existencia de herramientas de desarrollo son de los siguientes fabricantes:
On Semiconductor (ex motorola) (tiene un software de diseño)
Fairchild Semiconductor (tiene software de diseño)
Power Integrations (tiene software de diseño)
International Rectifier (tiene una hoja de cálculo)
Si usan Núcleos de ferrita que sacan de televisores viejos, entonces solo les que la opción de una fuente Flyback, porque éstos nucleos tienen entrehierro (gap).
Veo que en general usan los reconocidos TL494/594 y SG3525, el problema con estos controladores es que tienen un límite mínimo en la potencia que pueden entregar (o sea no pueden funcionar sin carga)
Los controladores actuales tienen modo StandBy, y el tema del lazo de realimentación está bastante simplificado.
Hasta el momento en mi diseño de una SMPS lo más complicado fué el diseño de la red amortiguadora (snubber) para proteger el MOSFET de potencia y el bobinado del Transformador para bajar al máximo la inductancia de pérdida que es la que me genera los picos al mandar el MOSFET al corte.
Por si les interesa yo uso en mi diseño un controlador de On Semiconductor: el NCP1200 que me maneja directamente el gate del MOSFET, Núcleo (ETD291610: sirve hasta 60Watts a 100Khz) de MMG, Ferroxcube, EPCOS, etc.
Ojalá les haya sido útil en algo.

Suerte.

Walter de Salta (Argentina)

 

[Jazz_Light]

No he calculado valores de los componentes, pero... funcionará controlar los mosfets mediante optoacopladores?

Éste es el diseño que tengo en mente: