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Mejorar la eficiencia de un convertidor DC-DC basado en el TL494

K

kiwhilario

Hola a todos,

Ultimamente he estado trabajando en el circuito que adjunto. Esta un poco desordenado pero creo que se entiende. Es un conversor push pull de 24 a 5V, ajustable.

En fin, estoy utilizando el programa que subió Fogonazo, el ExcellentIT-En y bueno, bobiné un nucleo toroidal de ferrita pequeño con 14+14 a 21AWG como primario y 6 vueltas a 21AWG como secundario. No tengo ningun dato adicional del nucleo, solo sus medidas: 20mm diametro exterior, 12mm diametro interior y 9mm de ancho.

Añadi un snubber RC serie conformado por 1k y 150pf. Esto mejoro la eficiencia un poco. Mi inductor de salida es de 100uH.

En fin, a 5V y 1A de carga obtengo una eficiencia de aprox 58% :S. Quisiera obtener algo cercano a 80, obviamente mientras más, mejor.

Que recomendaciones me pueden hacer? todo es bienvenido.
 

Adjuntos

  • dc-dc.pdf
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Tenes un puente a la entrada y otro puente a la salida, son 2,8 V de 5 V solo en los puentes, tuviste mucha suerte de obtener η=58%.
¿Es necesario una topología aislada? Con una "Syncronous Buck" vas andar mejor para voltajes tan bajos.
Si es solo Buck viene hecha.
 
Si bueno, en realidad necesito varios voltajes aislados. Pero pensé que primero debería hacer funcionar solo uno.
En fin, el puente de la entrada lo uso como corrector de polaridad(para que funcione si lo conectan al revés) y también para que pueda permitir una entrada ac de un transformador de 15vac (obviamente con menos eficiencia). El puente de la salida es schottky y tienen caída de 0.2v cada uno.

Luego de obtener mas eficiencia, haré otros bobinados adicionales de 9-0-9 (2) todos aislados entre si.
 
¿Cuáles tensiones? Si la sumatoria de tensiones te da 24 V o menos, conviene fuente aparte para cada una, sincronizadas y desfasadas.
Medí η luego del puente, fijate si el calibre de alambre que usas se corresponde con la frecuencia de oscilación. 21 AWG = 33 kHz máximo
La eficiencia para 5 V, me parece correcta, vas a tener mas eficiencia con tensiones mas altas.
 
ajá. Ese detalle de la frecuencia no lo habia considerado, felizmente acabo de comprar 100g de cobre esmaltado AWG 28. Trenzaré 6 hilos para hacer un alambre de litz (creo que asi se llama no?) y probaré nuevamente. Ahora estoy en una frecuencia muchisimo mas alta (200kHz)

No entendi porque me conviene fuente aparte para cada una.

Mi idea es excitar el primario con 24V y tener 3 secundarios independientes. El lazo de control estará mediante optoacoplador solo al bobinado de 5 voltios, que es el más critico.

Los otros 2 bobinados son de +9VDC y escencialmente alimentan OPAMPS asi que no consumen mucha corriente por lo que regulare su tension con TL431 ya que quiero llevar el ruido al mínimo posible. Quizá tambien opte por usar solo uno de 18VDC y usar tierra virtual... aunque creo que es lo mismo.

Al bobinado de 5V le pondré dos lm1117-3.3, uno para alimentar un circuito digital y otro para alimentar un circuito analogico (interfaz para ADC). Hago eso para obtener un voltaje mas limpio ya que he visto que la señal de salida de 5V que tengo ahora (que probablemente aumente a 6V), cuando la carga aumenta tiene un rizado que está aproximadamente a 1,3kHz.

Segun el datasheet del LM1117, tiene buena PSRR a esa frecuencia asi que por ese lado estoy bien creo. Este rizado reduce su frecuencia y aumenta su amplitud cuando agrego una capacitancia entre el pin 1 y el pin 3 del TL431 porque varía la ganancia de fase (si no estoy mal). Como voy a tener pérdidas por los post reguladores lineales, justamente deseo que la parte DC-DC aislada sea lo más eficiente posible para compensar las pérdidas.
 
kiwhilario dijo:
ajá. Ese detalle de la frecuencia no lo habia considerado, felizmente acabo de comprar 100g de cobre esmaltado AWG 28. Trenzaré 6 hilos para hacer un alambre de litz (creo que asi se llama no?) y probaré nuevamente. Ahora estoy en una frecuencia muchisimo mas alta (200kHz)
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Mal otra vez, para AWG 28 máximo 170 kHz.
No hace falta trenzarlos.
A 200 kHz tenes una profundidad pelicular de 0,1477 mm en cobre. Osea, podes usar cualquier AWG, pero no debes considerar toda la sección. Es solo un desperdicio de cobre y un cálculo mas complejo.
[LATEX]\frac{K}{\sqrt{f}}=\frac{66.04}{\sqrt{200000\; Hz}}=0,1477\s\; mm[/LATEX]
Al radio del AWG le restas el radio del efecto skin y te queda el radio desperdiciado.
Con ese radio desperdiciado, calculas la superficie del círculo desperdiciado y le restas a la superficie de tu alambre AWG. :rolleyes:
 
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creo que me expliqué mal, o me entendiste mal. En el diseño del pdf está a 200kHz. Obviamente cuando bobiné nuevamente el transformador con el AWG 28 si consideré lo de la frecuencia máxima y baje la frecuencia a 120kHz.

Por lo que acabas de explicar entiendo que al usar AWG21 estaba desaprovechando el cobre, mas no tenia un efecto perjudicial en el circuito. Cierto? Esto de las fuentes conmutadas es algo que recien voy aprendiendo.

En fin, hice la modificacion del circuito e incluso en el secundario le baje de 4 a 2 diodos usando punto medio como gnd.

Use el programa para diseño de transformadores y los valores q me entrego fueron de primario 12+12 con un solo alambre AWG28 y secundario 4+4 con 2 alambres en paralelo.

la eficiencia se mantuvo igual en promedio entre 0.5 y 0.58 y lo que no me gusto fue que con la carga a 1A mi voltaje de salida bajaba a 4.5v. Le di un par de vueltas a cada secundario (6+6)y eso lo compenso. Luego de los cambios la eficiencia subio un poco. Ah por cierto medi mal la vez anterior, solo llegaba a 50%. Ahora esta en 56%.

Alguna técnica adicional para subir la eficiencia un poco más? O me conformo con eso. Ah y gracias por las correcciones.
 
Última edición:
Bajar la frecuencia, sube la eficiencia, pero se agrandan el núcleo y los filtros.

Depende si calculaste el cobre desperdiciado, si lo calculaste, no es lógico seguir usando cobre grueso difícil de bobinar con mas del 50% desperdiciado. Así que asumo que es perjudicial.
En el caso de AWG28 a 200 kHz, me parece bien usarlo considerando el efecto skin. Solo se desperdicia un radio de 0,01285 mm. En cambio el AWG29 no tiene desperdicio hasta 210 kHz.

Me parece que duplicaste la potencia del núcleo con la modificación del puente de diodos. Puede que el núcleo te haya quedado chico.

Hay que ser bien obse, bobinar apretado y prolijo. Luego queda la rectificación sincrónica, es un MOSFET cortocircuitando un diodo de rectificación. Elegir un MOSFET con bajo RdsOn y a la vez baja capacitancia de gate, esto último para poder dispararlo rápido con menos potencia.
 
baje la frecuencia a 105khz. utilicé AWG26. 12+12 como primario y 4+4 como secundario. Mi eficiencia ronda el 58% a carga de 800mA.

Hay algo curioso, cuando coloco el inductor de salida y la carga aumenta se produce un sonido agudo. El inductor es uno pequeño, como los a la derecha en la imagen.
images


Cuando los coloco en serie o paralelo el zumbido varia en frecuencia. Si utilizo un inductor toroidal que saque de una fuente de pc, no suena.

En fin, me rindo a pasar la valla del 60%. Asumo que cuando utilice los otros secundarios la eficiencia total subira un poco. Lo de rectificacion sincronica ya creo que sería demasiado.

Gracias x la ayuda Nilfred.
 
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