Convertitore Dc-ac Per Induzione

[etan982]

Ciao a tutti, sono un nuovo utente, mi è stato consigliato di aprire questa discussione in questa sezione.

Sto realizzando un progetto in cui è coinvolto il meccanismo di induzione elettromagnetica, che come saprete è innescato attraverso una corrente alternata che percorre una bobina.

La corrente dovrebbe essere intorno ad 1A(anche 0.7 va ben), la frequenza intorno ai 100kHz fissa.

Conosco ovviamente le caratteristiche dell'avvolgimento come induttanza (30uH) e resistenza (0.6 ohm).

Che circuito posso utilizzare per generare questa corrente alternata (ovviamente non pretendo una sinusoide perfetta) a partire da una sorgente continua?

Avevo pensato ad un ponte H, forse è esagerato e comunque non sono i grado di dimensionarlo. Potete suggerirmi qualcosa e/o del materiale da studiare in proposito?

Grazie anticipatamente

[Livio Orsini]

Con quei valori di induttanza hai una reattanza pari a circa 19 ohm a 100kHz. Significa avere circa 19 V rms per avere una corrente di circa 1 A, semprechè tu intenda 1A rms e non di picco.

Nella discussione sul forum blu (discussione che sarà chiusa) parli di tensione continua di circa 15 V. Con questa tensione arriveresti ad avere circa 4 V rms, cioè all'incirca 1/5 del necesario. Usando un trasfo con rapporto in salita avresti 5A di corrente sul primario, valore di tutto riposo. Un trasfo a 100kHz da 50W circa risulta di dimesioni abbastanza contenute. Il trafo avrà rapporto 1:5

E' sufficiente, quindi, assiemare un oscillatore a 100kHz e amplificare, pilotando il trasformatore. Anzi si tratterebbe di un autotrasformatore.

Credo, in prima approssimazione, che si possa usare come amplificatore lineare un integrato di potenza per BF; a 100kHz dovrebbero arivarci.

[tesla88]

Ma la forma d'onda occorre sia sinusoidale o quadra ? Ho paura che i tradizionali finali di potenza a 100Khz abbiano poco guadagno...........ma se l'onda quadra è ok allora bastano i mosfet!

[Livio Orsini]

Cosa intendi per "poco guadagno"?

Questo è un caso fortunato, dove la banda è molto stretta e la potenza non è elevata.

Una coppia di darlington complementari di media potenza dovrebbe essere più che sufficiente

[tesla88]

Forse avevo capito male , credevo intendessi usare un integrato bf tipo TDA o simili............

[ludo69]

consiglierei di alimentare con un'onda quadra dopo aver messo in serie alla bobina un condensatore che trasformi il tutto in un circuito risonante serie a 100KHz, così facendo la resistenza serie vista dal generatore potrà scendere sull'ordine dell'Ohm e la corrente nominale si potrà ottenere con tensioni di alimentazione basse, mantenendo un comportamento induttivo sulle armoniche (facilità di fronti di salita e discesa, necessità di diodi rapidi di ricircolo...).

Si potrebbe anche pensare di rendere variabile la frequenza del generatore in modo da tarare la corrente nella bobina attraverso la "dissintonizzazione" del generatore stesso mantenendo in pura commutazione i finali che quindi non dissiperanno un granchè.

Modificato: 18 maggio 2009 da ludo69

[etan982]

grazie a tutti per le risposte,

cercherò di effettuare delle prove e di approfondire meglio gli argomenti da voi proposti.

[Etan00]

Mi è stato consigliato di utilizzare la configurazione di un flyback, con la differenza che non ho un nucleo magnetico ma solo i due avvolgimenti in aria.

Sto utilizzando due coil piatti identici al primario e al secondario perchè li avevo in casa.

Al primario ho pilotato un bjt npn, la cosa sembra inizialmente funzionare perchè ai capi del coil secondario misuro una tensione alternata che però progressivamente decresce fino a un valore basso.

Non so se la cosa può funzionare, pregherei Livio di chiarirmi meglio la soluzione da lui proposta e chiunque abbia un suggerimento di farsi avanti.

Grazie anticipatamente

[Livio Orsini]

Si ti hanno detto veramente questo ti han raccontato una balla.

Ho progettato flayback prodotti in grande serie (alimentatori di TVC) ed il nucleo magnetico ci vuole, eccome se ci vuole. S'impiegano apposite ferriti adatte alla gamma di frequenza prevista. Nel tuo caso devi scegliere una ferrite adatta a lavorare nell'intorno dei 100kHz.

Il flyback, come anche il forward, sono circuitazioni messe a punto per SMPS. Il rendimento è elevato perchè, essendo in onda rettangolare, il transistor commuta come un interruttore, quindi ha dissipazioni ridotte.

Ma tu vuoi un onda sinusoidale, quindi quel tipo di circuitazione è inadatta.

La soluzione che ti ho proposto è un smeplice oscillatore a 100kHz amplificato in classe B. In altri termini fai seguire l'oscillatore da un amplificatore lineare di potenza. Visto che se anche disotrce un poco, a te non interessa molto, e che la banda passante è limitata ad una soloa frequanza, la realizzazione è piuttosto semplice. Basta usare una coppia PNP-NPN di darlington un po' veloci (ma i transistors odierni van quasi tutti bene) che tengano un 10 A circa.

[etan982]

In realtà non ho specificato un dato abbastanza rilevante:

il mio sistema deve trasferire energia elettrica wireless, quindi senza contatto fisico tra coil primario e coil secondario, attraverso il meccanismo di induzione magnetica.

Da una sorgente continua (tra 10 e 14 Vdc) devo ottenere in uscita 12 Vdc con 300 mA, quindi avevo pensato ad un convertitore DC-DC come il flyback però senza il nucleo.

Ho provato a realizzarlo e come le dicevo ai capi del secondario misuro una tensione alternata che da 6 Veff decresce fino a 0.5 Veff circa e non mi spiego il motivo.

Vale la pena continuare su questa strada o meglio passare all'oscillatore con ampli di potenza?

[Livio Orsini]

Direi che è fondamentale.

Finalmente il problema è stato inquadrato! Se questo dato lo avessi fornito subito ci saremmo risparmiati un sacco di giri a vuoto

In pratica devi fare un alimentatore dove il trasferimento di energia deve essere effettuato in aria. Similmente alla ricarica delle batterie degli spazzolini da denti motorizzati.

Manca ancora un dato: che distanza c'è tra generatore e ricevitore (min.-max)?

A questo punto della tensione sinusoidale non importa proprio nulla.

Decresce in funzione di che cosa? del carico? del tempo? Se non ti spieghi, non si può indovinare quello che sta accadendo.

Comunque il circuito che ti serve è molto semplice: un astabile con frequenza di 100kHz circa, che pilota un MOSFET (meglio sarebbe un IGBT) come interruttore. Il carico è costituito da un'induttore.

Attenzione!!Il valore d'induttanza è abbastanza critico. Se è troppo basso, per la frequenza di lavoro, trasferisci poco. Se è troppo alto...idem. Anche il duty cicle è abbastanza importante. I risultati migliori li ottieni nell'intorno del 50%. Durante il ciclo di on l'induttore si carica completamente, durante il ciclo di off l'induttore si scarica completamente, trasferendo tutta l'energia al secondario.

[Etan00]

Esattamente, anche se in quel caso forse i coil sono separati fra loro ma avvolti su nuclei magnetici, io uso coil planari avvolti in aria.

Distanza tra i 3 e i 5mm

In funzione del tempo. Misuro una tensione alternata ai capi del coil secondario che parte per esempio da 6Veff e scende fino a 0.5Veff circa.

Come faccio a dimensionare il tutto?

Io so che la corrente nell'induttore sale con pendenza (Vin/L) per un tempo uguale a Ton.

[etan982]

Seguendo i consigli ricevuti ho proceduto in questo modo:

Ho effettuato delle simulazioni (LTSpice) pilotando un mosfet con astabile a freq 100KHz con carico il coil primario.

Sicuramente non ho dimensionato bene il sistema per quel che riguarda induttore e duty cycle: facendo delle simulazioni con spice vedo che la corrente nell'induttore primario sale fino ad un picco ma prima di tornare a zero resta costante per un tratto e poi finalmente si annulla.

Passando da duty cycle 0.5 a 0.4 risolvo questo problema però (sempre da simulazione).

Inoltre non avevo inserito un circuito di snubber che adesso ho inserito.

Mi consigliate di prendere qualche altro accorgimento o soluzione?

Grazie