Fuente switching para audiocar 12V -> +-42V

[ibdali]

estoy seguro que influye mucho en el rendimiento, en textos que he leído sobre esto, explicaban claramente que el driver en este tipo de fuentes es una de las partes mas importantes.

Existen muchas técnicas para activar y desactivar un mosfet, pero en altas velocidades de conmutación hay muchos factores que hay que tener en cuenta, por ejemplo el "apagado" del mosfet tiene muchos inconvenientes causados por oscilaciones por los "componentes parásitos" del mismo, entre otras cosas.

El integrado del que hablamos incluye tecnicas para lograr reducir al máximo estos efectos indeseados, de ahí que interviene en la eficiencia de la fuente.

Lograr abarcar esas técnicas con componentes tiene sus inconvenientes.

por supuesto, siempre hablando de necesitar algo mas "profesional"...............

 

[seaarg]

Que interesante debate, es precisamente lo que me viene bien para diseñar mejor.

La idea de usar el IR2110 para mi nueva fuente es porque vi que en el ampli clase D de ejtagle prefirio utilizar este driver en vez de componentes discretos. El precio no es excesivo (aqui en cordoba) No conocia este integrado.

¿Porque pense en utilizarlo? porque el driver con transistores en totem-pole que hice en la version aqui publicada se supone que apaga y enciende bien los mosfets, pero los transistores tienen una pequeña curva en esos momentos (tengo entendido). El driver internamente tiene mosfets para hacer esto, y "se supone" que deberia hacer este corte mas brusco aun, mejorando el rendimiento del transformador.

Es todo imaginacion, no se como se comporta en realidad. Tambien pienso agregarle el diodo en paralelo a la resistencia de gate de los mosfets para hacer mas brusco aun el "apagado" del mosfet.

¿Todo esto tiene algun sentido? o la pequeña curva que hay en los cambios de estado de un driver totem-pole discreto no se solucionaria con el uso del IR2110?

Ademas: Actualmente uso BC337 y BC327 para el driver, ¿Sugieren algun transistor que cumpla mejor esta funcion? (cortes aun mas bruscos y definidos).

Una ultima: Si en la nueva version utilizo bc817 y bc807 (SMD, para reducir tamaño lo mas posible)... los mismos son de 200ma, contra los 800ma de los 337 y 327. ¿Esta diferencia en corriente tiene algun efecto para manejar el gate del mosfet? (tengo entendido que los mosfets trabajan "por voltaje" y no por corriente de gate.)

Muchas gracias por este debate, lo necesito para direccionar el diseño.

Sobre los mosfets:

IRFZ48N: 64A, 55V, Rdson = 0.014 ohm
IRFP250: 33A, 200V Rdson = 0.085 ohm

Cual recomendarian? el IRFP250 sera muy "duro" para gatillarlo con 12V, 200 ma?

 

[ibdali]

Exactamente como decis, el tema del totem-pole tiene ese y mas inconvenientes, sirve, pero si buscas mayor calidad debes abarcar diversas técnicas para el "apagado" correcto del mosfet.
El drives hace el corte mas brusco, como dijiste vos. Pero no necesariamente el driver tiene mosfet en su interior, la tecnica mas usada es la de totem-pole, pero a esto le agregan todo una circuiteria para mejorar su corte.

Lo del diodo en paralelo con la resistencia que decis es correcto, mejora aun mas el corte.

Con el integrado solucionás estos inconvenientes, de todas formas he visto que también se les puede agregar circuitería externa para mejorar aun mas.

Bienen transistores especiales encapsulados en un chip para este uso específico, sin embargo yo no los he conseguido.Uno es el ZXGD3001E6.

"¿Esta diferencia en corriente tiene algun efecto para manejar el gate del mosfet?"

lamentablemente la respuesta es si, interfiere en el funcionamiento. Sin embargo esto depende mucho del mosfet utilizado y si has incluido alguna tecnica para mejorar el "encendido" y "apagado" del mosfet.

Lo de los mosfet, depende del diseño del driver y demas...........si no es un buen diseño, no obtendrás buenos resultados.

PD: Como consejo te diría utilizar el integrado, ya que para lograr un driver "eficiente", se debe proceder a varios calculos para determinar componentes a utilizar según características técnicas de los mismos. Esto incluye tener conocimientos suficientes sobre los "componentes parásitos" y sus complejo comportamiento.
Estoy estudiando mucho este tema y sus cálculos, y la verdad es bastante complejo.

Tengo que aclarar que lo que hablo es en busca de un circuito altamente eficiente, porque un driver comun, compuesto por dos transistores y un par de resistencias funciona. De ahí a que sea eficiente, es otro mundo.

Si tienes una duda sobre el tema, consultame, dentro de lo que puedo, te podré ayudar.

 

[seaarg]

Gracias por tus respuestas. Si bien es mucho mas "caro" utilizar el IR2110 voy a probarlo en un prototipo ya que tengo un par sin utilizar. De ahi el osciloscopio dira si la onda cuadrada es mejor o no que un totem pole discreto, con estos cambios.

Tambien estoy pensando en apilar 2 toroidales en un intento de obtener mas potencia (con otro bobinado claro) porque no pude conseguir nucleos mas grandes que el actual que me tira 5A. Mi idea es llegar a 50+50V con al menos 7A alternando entre ramas. (350W)

 

[arlenis]

hola compañeros del foro.soy nuevo en este foro ,pero quisiera hacerle una pregunta esta fuente regulada es muy estable ya la probe con +/-50vdc y trabaja excelente de maravilla. una pregunta compañero seaarg se puede utilizar en +/-70v dc ya QUE no la he probado quisiera QUE me asesores si la puedo usar sin causar problemas.

 

[seaarg]

Hola arlenis, bienvenido al foro y muchas gracias por tus comentarios.

Se puede obtener el voltaje que necesitas PERO
1)- tendrias que agregarle vueltas al secundario del transformador (unas 60+60 vueltas aproximadamente tendria que quedar en vez de 38+38. Esto es un calculo muy "a ojo" como se dice por aqui) La otra opcion a probar es aumentar la frecuencia de trabajo a unos 98khz (x2) y reducir las vueltas del primario a unas 4+4 y el secundario a 33+33

2)- Tendrias que aumentar los valores de los zeners que van al optoacoplador para que el integrado PWM corte en 70v en vez de lo que esta en diseño. y recalcular la resistencia del opto (6K8 actualmente, aumentala un poco).
3)- Cambiar los electroliticos de salida, que son de 63v por unos de 100v

Aproximadamente esos son los ajustes. Obviamente que con el mismo nucleo que usas ahora quiza tengas menos Amps en la salida, si es que lo estas trabajando al limite.

Me imagino que debes querer subir el voltaje para darle mas Watts a algun amplificador, en cuyo caso no te conviene que baje el amperaje porque los watts resultantes serian los mismos (de la fuente). Para subir todo deberias aumentar el calibre de los alambres del transformador, sumandole cables en paralelo, tanto al primario como al secundario.

Otra mejora que aun no he probado seria poner un diodo 1N5817 en paralelo con cada resistor de gate de los mosfets, con el anodo en el gate de los mismos. Esto mejora el apagado de los mosfets haciendolo mas brusco, y se supone que mejora la eficiencia de la fuente. Repito, esto NO lo probe aun. Quiza tal cual como esta el apagado es bueno.

 

[arlenis]

gracias por la acesoria compañero seaarg. pero otra pregunta yo tengo varias ferrite plantas mono blok marca rofort forgate modelo T2000 Y voy a probarla para un amplificador para mi jeepp este amplificador lo voy a usar en puente briget con dos fuente en parlelo, cada fuente le voy agregar 8 mosfet ifrp064n cada mosfet aguatan segun el data cheet 110amperes ,y les voy agregar a cada fuente los dos retificadores con 4 filtro 4700 uf a 100v. usted cree QUE se puede para adquirir mas amperaje.

ooooo disculpa compañero cuando termine mi amplificador con las dos fu
entes voy a subir una foto.

 

[seaarg]

Mucho no entendi tu consulta pero aqui va:

Para obtener mas amperes de la fuente, deberias cambiar los bobinados del transformador y/o poner un nucleo mas grande y/o agregar mas cables paralelos tanto en primario como en secundario.

El siguiente paso es calcular la potencia de salida e incrementarla en un 30% aprox para saber que potencia se requiere en la entrada. A dicha potencia dividirla en los mosfets (en amperes) para ver si los mismos y su cantidad aguantan. Casi cualquier mosfet canal N puede funcionar, pero esto no indica que todo mosfet funcionara, o al menos bien.

Ojo con la disipacion termica del encapsulado, y pensa que 110 amperes no pueden pasar por un terminal de un mosfet! Si el datasheet lo dice, no es para tomarlo literal. Usa la regla de 1A x mm, si la pata del mosfet es de 2x1mm pasarian 2A de continua constantes, digamos 4A a 50% duty cycle. Todo esto es estimado y teoria.

 

[alejandrow999]

Te hago un par de sugerencias para futuros diseños:
1 - Me parece que no se justifica usar el IR2110. Es bastante lento en la conmutación y usarlo equivale a duplicar los tiempos de conmutación y retardo (el TL494 tarda 100 y 200ns, el IR2110 tarda 120 y 100ns adicionales,....). Creo que el totem-pole que usás anda mejor. Si igual querés un driver integrado, uno rápido es el HIP4081, pero igual se desperdicia un poco la circuiteria...creo.
2 - Probá los IRF530. Tienen una Rds(on) mayor, pero conmutan más rápido. Y eso puede ser una ventaja, en lo referente a disipación total.

Saludos.

 

[seaarg]

Te hago un par de sugerencias para futuros diseños:
1 - Me parece que no se justifica usar el IR2110. Es bastante lento en la conmutación y usarlo equivale a duplicar los tiempos de conmutación y retardo (el TL494 tarda 100 y 200ns, el IR2110 tarda 120 y 100ns adicionales,....). Creo que el totem-pole que usás anda mejor. Si igual querés un driver integrado, uno rápido es el HIP4081, pero igual se desperdicia un poco la circuiteria...creo.
2 - Probá los IRF530. Tienen una Rds(on) mayor, pero conmutan más rápido. Y eso puede ser una ventaja, en lo referente a disipación total.

Saludos.

Mi sola idea del IR era para hacer mas cuadrada o brusca la onda, que tengo la teoria que con el totem pole no lo es tanto. A mas brusquedad mejor rendimiento del trafo.
Buena referencia el otro driver, gracias. Ahora pensando si es por hacer cuadrada la onda podria poner un par de schmidt trigger.

Sobre los mosfets, casualmente ayer me puse a comparar los datasheets entre el IRFZ48N y el IRFP250 y encontre que para esta aplicacion gana el 48N (menor rdson, mas capacidad de corriente, mas rapido en conmutacion), en lo unico que es mejor el IRFP250 es en la disipacion por que es to-247. Voy a chequear el datasheet del que sugeris.

Volviendo al tema inductor de salida: Si, la verdad que la fuente funciona y es super estable en su salida, esta varia en su rama positiva de 42.1v a 41.5v aprox cargandola de 0 hasta 5A. A partir de los 5.25A el voltaje empieza a caer.

Poniendo el tester mientras la misma alimenta el ampli class D de ejtagle no UCD, no hay caida de tension apreciable, excepto en golpes muy fuertes de bajo, cuando tiene que cargar ademas los cap de salida. Y Aun asi la caida no era grande segun recuerdo, digamos 39v.

Como el tester es lento, probablemente la caida sea mayor en los golpes.

Teoricamente, si el inductor de salida esta bien calculado y dimensionado no deberia tener perdida alguna de potencia no es cierto?

 

[alejandrow999]

Idealmente la bobina no pierde energía, al igual que el capacitor. Las pérdidas en las bobinas vienen definidas, por un lado, por la resistencia en DC y el efecto skin; por el otro, la saturación del núcleo, debido a un campo muy intenso (no tomes esto ultimo literalmente, pues con el magnetismo me llevo bastante mal).
Para mí, los problemas que tuviste con los inductores pasan por ese lado.
¿Probaste reciclar los toroides de PC "como vienen"? Soportan un buen amperaje, y conectando las bobinas de forma adecuada (polaridades adecuadas) no deberías tener problemas.
A propósito, cuando comparás los MOSFETS, acordate de fijarte qué valor de resistencia de gate usaron los fabricantes. Por ejemplo, el IRF530 fue probado según la hoja de datos con una Rg de 13 Ohms, creo, y aún así conmuta bastante más rápido que los IRFP250 , probados con Rg's de 6,2 Ohms, además de tener una conducción un poco mejor y ser más baratos. También acabo de comparar los IRF530 con IRFZ48: creo que la mejor elección sigue siendo el IRFZ48, pues es un poquito más lento, pero su Rds(on) es 1/4 del anterior (16mOhm contra 66mOhm). Como escupí para arriba...

Saludos.

 

[alejandrow999]

Me quedó picando la idea de usar Schitt's trigger's: hay un par de detalles:
- Tecnología CMOS: trabajan entre 3 y 15V , y tienen unos niveles de tensión de salidas muy buenos. Además, podés encontrar algunos de ellos a precios mucho más accesibles que los IR2110. Pero lo malo es que los tiempos de respuesta son parecidos. Y conviene tener cuidado con la estática. Si los usas, cuidá bien que su tensión de alimentación no alcance los 15V (la tensión de batería de auto puede variar demasiado: tengo entendido que puede alcanzar los 16V)
- Tecnología TTL: directamente , no se bancan los 12v necesarios de esta aplicación. Y sus niveles de tensión de salida no son muy lindos que digamos.

Saludos.

 

[atillahalil]

Hola, quiero hacer este circuito.
pcb dibujos y esquemas de circuitos, pero no abierta.
archivo pcb y la bobina se envuelve en detalle cómo yazarmısınız.
Estoy mucho menos de liquidación. Spir Cómo yazarmısınız terlçapı imagen detallada.
Saludos ...

 

[seaarg]

Hola, quiero hacer este circuito.
pcb dibujos y esquemas de circuitos, pero no abierta.
archivo pcb y la bobina se envuelve en detalle cómo yazarmısınız.
Estoy mucho menos de liquidación. Spir Cómo yazarmısınız terlçapı imagen detallada.
Saludos ...

Hola atillahalil, utilizaste un traductor pero no entiendo que necesitas. Quiza si lo deseas puedes enviarme un mensaje privado en ingles para asi poder ayudarte. (Las reglas del foro no permiten comunicarse en ingles). Si estas buscando los esquematicos estan en el primer post de este thread, los PCB estan en la direccion que se menciona en este primer post.

Merhaba atillahalil, i kendi ihtiyaçlarınıza anlamadığınız bir çevirmen ama hareketsiz i kullanılmış görebilirsiniz. İsterseniz ben size yardımcı olabilir bu yüzden belki, bana İngilizce bir özel mesaj (MP) gönderebilirsiniz. (Biz bu forumunda İngilizce iletişim kurmak için) izin verilmez. Eğer bir şema arıyorsanız, o bu konu ilk mesajını olduğunuzu, PCB's sonrası ilk belirtilmitir url bulunmaktadır.

Hi atillahalil, i can see you used a translator but still i do not understand your needs. Perhaps, if you wish, you can send me a private message (MP) in english so i can help you. (We are not allowed to communicate in english on this forum). If you are looking for the schematics, those are on the first post of this thread, the PCB's are on the url that is mentioned on the first post.

PD: Moderadores, disculpen el ingles pero la idea es ayudar. Intentando no incumplir las reglas pongo el mensaje en español y en ingles.

Me quedó picando la idea de usar Schitt's trigger's: hay un par de detalles:
- Tecnología CMOS: trabajan entre 3 y 15V , y tienen unos niveles de tensión de salidas muy buenos. Además, podés encontrar algunos de ellos a precios mucho más accesibles que los IR2110. Pero lo malo es que los tiempos de respuesta son parecidos. Y conviene tener cuidado con la estática. Si los usas, cuidá bien que su tensión de alimentación no alcance los 15V (la tensión de batería de auto puede variar demasiado: tengo entendido que puede alcanzar los 16V)
- Tecnología TTL: directamente , no se bancan los 12v necesarios de esta aplicación. Y sus niveles de tensión de salida no son muy lindos que digamos.

Saludos.

Estaba viendo la hoja de datos del 40106 (CMOS), puesto a 10v la respuesta es de 35ns, es bastante rapido, de hecho su fuera de 500ns aun podriamos llevarlo a 1MHZ asi que el tiempo sobra. Por favor corrijanme si me equivoco.

Lo que si, creo que hay que descartar la idea ya que dan 10ma en sus salidas. Si bien los mosfets trabajan por voltaje no por intensidad, tengo leido por algun lado que se necesita una buena intensidad para "vencer" la capacitancia de gate.

O sea: O totem-pole con diodo en paralelo a la R de gate (para ayudar al corte) o driver tipo IR. La verdad no se me ocurre otro metodo.

Sobre los toroides de PC, no probe (detalle: la bobina no tiene polaridad) y lo de la R de gate en los datasheet, muy buen dato que nunca tuve en cuenta, gracias!

 

[alejandrow999]

He podido encontrar la hoja del CD40106BC y CD40106BM.Estos son mucho más lentos que el 40106 que mencionás. Algo así he visto con otros modelos: hay que prestarle mucha atención a las letras del nombre de dispositivo, pues la velocidad varía mucho de un modelo a otro.
Sobre los tiempos involucrados: lo mejor es que el tiempo de respuesta (acá incluyo retardos, subidas y bajadas, todo) del circuito PWM sean mucho menores que los tiempos de conduccción máximo de los conmutadores (en este caso, MOSFETS). Yo no haría la tiempo de respuesta mayor al 10% del tiempo de conducción ( y esto es bastante.Acordate: queremos una señal medianamente cuadrada, y no una triangular o sinusoide fea)).
Por ejemplo: si el PWM oscila a 100KHz, cada MOSFET conduce como máximo durante 5us. Por lo tanto, si el retardo de todo el circuito PWM es de 500ns, pues ya alcanzamos ese límite. Mejor aún sería trabajar con un retardo que sea 5% o menos del ciclo de conduccción, por lo tanto, o bajamos la frecuencia de oscilación o usamos un circuito PWM más rápido. Y en este último caso, hay que tener en cuenta cuánto tiempo necesitan los MOSFETS para conmutar (el IRFZ48 andaba bien, en ese sentido).
De todas formas, el uso de esos triggers puede ser interesante para excitar a un par complementario de transistores (totem pole), pues esos triggers tienen tensiones de salida más lindos que el del integrado modulador usado (494). Aunque...ahora que lo pienso, para excitar unos MOS de potencia no hace falta una onda tan definida. Tal vez sea mejor dejar el circuito como está.
Y para omitir un diodo:

De todas formas, creo que es una buena idea dejar las Rgate individuales de los MOSFETs en sus valores recomendados por el fabricante, para no sobreexigirles en la conmutación. Despues de todo, si necesitás un encendido más lento aumentás R2 y listo.

Saludos.

Pd: sigo sin entender como esta fuente y la de Mnicolau regulan sin el inductor de choque....

 

[Derhund]

Hola, El IR2110 trabaja bien como driver, aunque si logran conseguir el TC427 tambien es muy buena opcion.

Saludos.

 

[seaarg]

Pd: sigo sin entender como esta fuente y la de Mnicolau regulan sin el inductor de choque....

Yo tampoco, pero lo hace te juro je je. Ando con ganas de probar poner uno lo mas calculado posible, quiza si lo hago la fuente magicamente empiece a tirar aun mas potencia. Es solo esperanza

Hola, El IR2110 trabaja bien como driver, aunque si logran conseguir el TC427 tambien es muy buena opcion.
Saludos.

Buen dato, muchas gracias!

 

[microsistel]

Hola chicos, me meto nuevamente.... yo desarme varias Potencias comerciales, y usan toroidales VERDES o AZULES, esos son de ferrite verdad?? yo uso unos iguales, o similares, y no puedo hacerla funcionar, incluso se me "hierven" una rama de mosfet.....

Saludos

 

[seaarg]

La verdad que desconozco, todos los ferrites con los que trabaje son negros, sin pintar. De todos modos, y dadas las altas frecuencias involucradas tienen que ser ferrites esos que decis. La diferencia de material cambia la saturacion de los mismos, por ej.

A un par de personas les ha pasado lo que comentas, de que una rama de mosfets del primario calienta mucho. La verdad no tengo una solucion para eso, pero en mis primeras pruebas me pasaba, luego, con otro transformador bien parejito (medido con inductometro) funciono perfecto. ¿Quiza sea eso? Intenta medir ambos primarios a ver si hay diferencias.

Pregunta basica: El gate de los mosfets que calientan esta siendo excitado correctamente?, deberias tener pulsos cuadrados de mas de 10v, mejor si es 12 o 13 (depende el v. de entrada claro). Tenes oscilaciones en el gate?

Tambien podes probar poner un par de redes snubbers en el primario, fijate en el diseño de la elevadora de mnicolau. Obviamente los valores de R y C cambian segun la frecuencia e inductancia, habria que buscar las formulas.

En estos dias estoy haciendo una potencia de subwoofer de 300-400W. El ampli es el nuevo UCD de ejtagle y la fuente es una adaptacion mia de una de mnicolau (queria probar el SG3225) Despues comento aqui los resultados.

 

[Diego German]

exelente tu diseño seaarg yo lo arme realize mi propio diseño de pcb y funciona sin ningun problema cabe recalcar que use un nucleo que saque de una fuente de computadora el EI33 puse tambien un potenciometro antes del opto con lo cual regulo la tension de salida desde 33 a 45v ademas solo deje dos mosfet por rama agrege una salida auxiliar para preamplis que me da 15 gnd -15 volts y funciona sin ningun problema....

saludos...