Progettazione Flyback

[Nino_crf]

Salve a tutti,

sono un nuovo forumista, mi sono iscritto dopo aver letto il post di Etan riguardo la trasmissione di energia tramite induzione elettromagnetica, come negli spazzolini elettrici.

Anche io sto realizzando un progetto simile, mi sono messo in contatto con l'autore del post mandandogli qualche dritta su come dimensionare l'induttanza e il duty cycle, comunque ho visto che la discussione non è andata più avanti, per cui apro un nuovo post.

Anche io ho un problemuccio con tale sistema:

Il convertitore dc-dc per il trasferimento di energia elettrica è sostanzialmente un flyback, la parte del primario come anche suggeriva il moderatore è costituita da un'induttanza ed uno switch pilotato da una quadra.

Il mio sistema funziona abbastanza bene ma non sono convinto di una cosa:

lo switch scalda abbastanza anche se, dall'alimentatore, vedo un assorbimento di 0.3 - 0.4 A. Poi visualizzando con l'oscilloscopio ho visto che sul drain del mosfet ho dei picchi di tensione anche molto elevati. Pensando che fosse un problema di circuiteria ho simulato il ciruito ma anche qui sul drain avevo sti picchi di tensione notevoli.

In realtà credo sia dovuto alla induttanza che, nella fase di apertura dello switch, tenta di mantenere la corrente costante invertendo la tensione ai suoi capi, dico bene?

Tale comportamento è normale o devo modificare qualcosa tipo lo snubber in parallelo all'avvolgimento.

Spero di avervi dato tutti gli elementi per potermi aiutare.

Grazie

[Livio Orsini]

Il difetto principale del flyback è che la tensione sul transistor vale la tensione sul primario + la tensione del secondario riportata al primario moltiplicata per il rapporto di trasformazione + gli spikes di commutazione che possono essere smorzati dallo snubber. L'energia degli spikes viene dissipata dal resistore. Se diminuisci il valore del resistore, "uccidi" meglio gli spikes, però aumenterà la sua dissipazione.

Se lo switch scalda eccessivamente non è un problema di spikes, ma di pilotaggio. Sui BJT è becessario svuotare rapidamente di cariche la base virtuale, pertanto è necessario pilotare la base con tensioni negative durante lo spegnimento. Usando i MOS il problema si riduce ma esiste ancora. DOvresti verficare il pilotaggio del MOS.

[Nino_crf]

Dunque, nell'ipotesi di utilizzare un bjt NPN di potenza quindi dovrei pilotare la base non più con una quadra fra 0 e 5V (per esempio) ma fra un valore negativo e 5V. Ho capito bene?

Per quel che riguarda il mos invece l'ho pilotato con un integrato EL7202, ma potrei anche usare dei bjt in configurazione push-pull.

Cosa intendi esattamente per verificare il pilotaggio dello switch?

Tra l'altro visto che mi dai questo consiglio suppongo che il sistema così com'è non funziona bene nel senso che tali picchi di tensione fra drain e source non li dovrei avere e che lo switch non covrebbe scaldare così tanto. Dico bene?

[Livio Orsini]

In genere è sufficiente un condensatore di speed-up in parallelo alla resistenza di base. Se la capacità è sufficiente è ingrado di fornire l'impulso di corrente negativa per il tempo sufficiente a svuotare la base virtuale.

Intendo il pilotaggio del MOS, ovviamente. Così a naso ho l'impressione che il pilotaggio sia insufficiente, quindi i tempi di salita e di discesa del MOS sono troppo lunghi. La dissipazione avviene solo durante queste fasi, perchè è nulla quando il MOS è aperto e molto bassa quando è saturo. Un'altra probabile causa, sempre dovuta a pilotaggio insufficiente, potrebbe essere che la Rdon risulti maggiore dell'ottimo.

Azzerare gli spikes è quasi impossibile, minimizzarli è invece doveroso. Importante è il rapporto tra spikes e tensione (primaria + secondaria riportata).

Domanda: perchè usi la soluzione flyback e non quella forward? In quest'applicazione la forward dovrebbe avere maggior efficienza.

[Nino_crf]

Nel caso usassi un forward, non dovrei inserire il terzo avvolgimento vista l'assenza del nucleo da smagnetizzare, corretto?

Me lo consigli solo perchè otterrei una migliore efficienza o anche perchè il pilotaggio dello switch risulterebbe più semplice?

In realtà visto che mi sentivo vicino al circuito finale avrei preferito completare il tutto in questa configurazione, ma adesso non so.

Credo comunque che mi impegnerò nella soluzione di tali problemi prima di provare altro.

[Livio Orsini]

No solo perchè un forward, se ben progettato, non ha spikes di tensione sul dispositivo di switching. Inoltre è un poco più efficiente proprio perchè ha meno perdite.

Comunque hai perfettamente ragione, a questo punto devi arrivare alla soluzione finale con il dispsoitivo che stai mettendo a punto. Poi, eventualmente, puoi provare la soluzione forward e veirificare gli eventuali vantaggi.

Curiosità: a cosa ti serve questo tipo di alimentatore?

Modificato: 26 maggio 2009 da Livio Orsini

[Nino_crf]

Devo alimentare un dispositivo al quale non posso portare i cavi visto che è sigillato da un vetro, per cui uso due coil separati appunto da tale vetro.

Sono abbastanza disperato però dopo una intera giornata in laboratorio, ho provato realizzare lo switch nei seguenti modi:

1) IRF640 pilotato con un driver integrato;

2) BJT di potenza (TIP 47);

3) mosfet di potenza;

ma niente i dispositivi scaldano ugualmente anche se con gli snubber inseriti sono riuscito a ridurre la tensione di drain a picchi di circa 30V.

Non so davvero cosa fare!!!!

Forse l'unica è passare al forward...

Livio confido in te

[Lancillotto.]

Non so cosa usi come diodo nello snubber, comunque vale la pena di provare anche con la res in parallelo al diodo.

Modificato: 26 maggio 2009 da Lancillotto69

[Livio Orsini]

Sono andato a rivedere i miei diari di progettazione del 1978. (non butto mai nulla )

Allora lo snubber deve essere effettuato con una capacità sul drain (collettore), la capacità alimenta un resistore con in parellelo un diodo entrambi collegati allo zero volt. Nel caso in esame la capacità era da 0.33 uF, la R da 15k 6W ed il diodo era di quelli veloci. La frequnza di switching era di circa 20kHz e la tensione di alimentazione 330 V nominali. La potenza dello SMPS circa 150W.

QUesto tanto per darti un'idea. Tieni presente che gli spikes non li puoi ammazzare, ma li puoi solo ridurre a ....più miti consigli

La dissipazione dello switching dipende dal pilotaggio. Devi metterti con la testa sul datasheet del tuo MOS e leggere attentamente i dati riportati dal costruttore per capire tensioni e correnti di pilotaggio per farlo lavorare all'optimum.

Poi ti devi rassegnare: il dispositivo dissiperà sempre e comunque. L'importante è farlo lavorare in modo corretto affinchè rimanga nell'area di SOAR.

Nino, sono spiacente, ma sono anni che non affronto problemi simili, quindi le mie cognizioni sono, oltre che datate, molto generali.

[Nino_crf]

Livio le tue cognizioni sono indispensabili a noi giovani smanettoni.

Ti ringrazio sei stato gentilissimo

[Livio Orsini]

Dimenticavo. La resitenza in serie all'induttanza è meglio metterla tra source e zero. In questo modo hai anche una leggera polarizzazione negativa di gate che ti aiuta a spegnere il MOS