La salida de la fuente de alimentación conmutada se pone a cero cuando se conecta la carga

Construí un SMPS, el primero. Es esencialmente este: https://www.infineon.com/dgdl/DN-ServerStandby.pdf?fileId=db3a304412b407950112b418a93b266b , que es una nota de diseño de hace unos 20 años, por un ingeniero de Infineon. Los únicos cambios que hice fueron agregar la sección de entrada de CA necesaria, con un fusible, dos capacitores X2, estrangulador de modo común en una configuración de filtro pi, puente rectificador y capacitor de filtro. Usé todos los componentes nuevos.

Esto es lo que hace: sin carga, la salida es de alrededor de 4,5-5,0 V CC, variando de manera algo irregular. Si tuviera que adivinar, diría que fluctúa entre 4,5 y 5V, con un período de alrededor de 1 segundo. Cuando coloco una carga en él, la salida cae a cero. He probado cargas ficticias de 8, 16 y 4R. También adjunté un LED en serie con una resistencia limitadora de corriente 200R, y el LED pulsó entre tenue y apagado, nuevamente con un período de alrededor de 1 segundo.

Tengo una comprensión básica de cómo funcionan los SMPS, pero no tengo idea de cómo solucionar problemas. Todo parece estar bien en el lado de la entrada, alrededor de 157 V CC yendo a donde se supone que debe ir. Probé el circuito de retroalimentación colocando un voltaje de CC variable en los terminales de salida (con la entrada desconectada) y cuando el voltaje estaba por debajo de 5v en la salida, el voltaje en el LED en el optoacoplador estaba muy por debajo del voltaje directo de 1.3v en la hoja de datos . Tan pronto como el voltaje alcanzó los 5v, la caída en el LED del optoacoplador aumentó a 1,3v. Esto es exactamente lo que se supone que debe hacer el circuito de retroalimentación, ¿no?

El proyecto requería hacer su propio transformador. ¿Tal vez hice un trabajo pésimo con eso y entonces el problema es el transformador? ¿Qué tan críticos son cosas como el material de ferrita y parámetros como A_L? Los planes requerían un núcleo E20/10/6 de material N67 con un espacio de 1,0 mm, con A_L = 60 nH. No pude encontrar N67 en ninguna parte, pero obtuve un E20/10/6 con N87 y un espacio de 0,25 mm. Expandí el espacio, la hoja de datos dice que con un espacio de 1,0 mm A_L = 60 nH. Pero es posible que no haya hecho la brecha lo suficientemente grande, tal vez solo 0,5 mm, lo que daría A_L = 103 nH. ¿Haría eso una diferencia?

He leído muchos sitios en línea sobre la solución de problemas de SMPS, pero no puedo encontrar nada específico sobre la condición de la caída de la salida a cero cuando se conecta una carga.

Gracias por cualquier sugerencia.

Bien, aquí está el seguimiento: rebobiné el transformador desde cero, sin cambios reales en el comportamiento. Primero, aumenté el espacio en el núcleo a exactamente 1,0 mm, que es lo que requería el diseño. Luego lo rebobiné. Estoy seguro de que le di la cuerda correctamente esta vez. No estoy seguro del tipo y la cantidad de aislamiento entre los devanados. El diseño exige "una capa de Makrofol" entre los devanados. Ni siquiera estoy seguro de qué es eso, pero lo busqué en Google y no parecía tan fácil de conseguir. Utilicé la cinta adhesiva de película de poliéster amarilla estándar que parece omnipresente en los transformadores de alta frecuencia: tiene una base de 1,0 mil, mide aproximadamente 2,0 mil de espesor con el adhesivo y coloco dos capas entre cada bobinado. ¿Eso parece correcto?

Con una carga de 4R utilizando resistencias ficticias, la salida pulsa aproximadamente una vez por segundo. Entre pulsos, la salida es de 0 V y cada pulso está entre alrededor de 0,2 V y 1,3 V. Sin carga, la salida fluctúa entre 4,3 V y 5,0 V, subiendo y bajando con un período de aproximadamente un segundo, igual que antes.

He comprobado mi circuito una y otra vez.

Respuestas a frr:

Usé los siguientes diodos: D1 - MBR745G, D2 - 1N4148, D3 - 1N4937T, D4 - Vishay BZX55C18-TAP. Los electrolíticos son alumbre de Wurth. tapas de latas, por ejemplo, mouser.com/ProductDetail/710-860010575013, y hay varias tapas de película y cerámica, todas las piezas son nuevas. Tengo un alcance: es un Soar MS-3015 que compré en un depósito de chatarra por $ 25. Más antiguo, analógico, no hay información en la web al respecto, pero en realidad funciona, más o menos. Es de 2 canales, 2MHz. Si utilizo el osciloscopio en un SMPS, ¿necesito un transformador de aislamiento? Las sondas son Cat II 1000V que venían con mi Fluke 115. ¿Son seguras?

Actualización: Ok, he intentado medir la inductancia del devanado primario en el transformador. No tengo un medidor LCR, así que tuve que usar uno de los muchos métodos ad hoc (colocar un inductor desconocido en el circuito del tanque con un capacitor conocido y medir la frecuencia de resonancia, etc., etc.) Finalmente me decidí por el método simple de usar mi generador de señal y una resistencia conocida precisa, porque me dio los resultados más consistentes y está en el estadio de béisbol de las pocas bobinas de inductancia conocidas que tengo (tengo varias bobinas que he rescatado de chatarra de inductancia desconocida).

Yo medí 458uH. La nota de diseño de Infineon exige una inductancia primaria de 435uH. Suponiendo que mi medición de inductancia no esté mal, ¿no está bastante cerca? Esto no me sorprende realmente ya que seguí cuidadosamente las instrucciones para la construcción del transformador. Así que estoy convencido por el comentario de Rohat de que parece que el chip del controlador se está apagando porque está entrando en el modo de protección contra sobrecarga, pero no tengo idea de por qué.

En respuesta a los comentarios de frr sobre el diseño de PCB, aquí hay información sobre mi diseño de PCB:

Diseño de PCB: originalmente copié el esquema y el diseño de PCB para la placa de "Servidor en espera" de 5V 20W, pero luego necesitaba agregar una sección de entrada de CA con un fusible, filtro EMI, rectificador y tapa de filtro. Descubrí otra nota de diseño de Infineon en https://www.infineon.com/dgdl/DN-ChargerAdapter40W.pdf?fileId=db3a304412b407950112b418a3ee265fQue es para un SMPS de 5V 40W, casi igual que el primero, pero más grande y con más potencia. Usé eso como base para la sección de entrada y luego noté que el diseño del tablero era diferente y parecía más compacto, así que lo copié. Ahí es donde obtuve el diseño en math.hunter.cuny.edu/thompson/pcb_1.png y math.hunter.cuny.edu/thompson/pcb_2.png. El rojo es la capa de cobre frontal, el azul es la parte posterior. La segunda imagen muestra el vertido de cobre relleno, la primera imagen solo lo tiene delineado.

Sí, ese es un enorme plano de cobre que cubre todo el lado frontal del tablero. (Por cierto, es una tabla casera). Hay dos terrenos en el circuito, uno para el lado de entrada y otro para el lado de salida. En el esquema, están etiquetados como "GNDPWR" y "GND", y solo están conectados por una tapa en Y. El gran plano frontal de cobre no está conectado a nada, está aislado.

Déjame ver si puedo recordar por qué hice esto. El diseño de Infineon era para una placa de un solo lado (cobre en la parte posterior, componentes en la parte delantera) y había un cable puente. Tenía una pieza de cobre revestido de dos caras que quería usar, y quería hacer una placa de dos caras, así que lo hice. Solo hay un rastro en la parte superior (donde estaba el saltador). Tuve que hacer una “vía” casera. La placa tiene un orificio pasante y todos los componentes están en la parte superior. Supongo que quería minimizar la cantidad de grabado, así que dejé todo ese cobre encima. No se me ocurrió que esto podría no ser una buena idea por algunas razones.

Problema Resuelto: Todo solucionado, la fuente de alimentación funciona muy bien. No puedo agradecerles lo suficiente a todos por su ayuda. Hubo una mala conexión de soldadura en la placa donde R8 unió los pines de entrada al chip controlador. Estaba siguiendo el análisis de Rohat, que era absolutamente correcto, que el chip no estaba siendo alimentado por el devanado auxiliar. Intenté reducir el valor de R8 conectando otra resistencia en paralelo, pero no funcionó. Reemplacé D2 con un diodo Schottky rápido grande de 3A que tenía, pero eso no funcionó. Me estaba preparando para sacar el transformador y rebobinarlo (¡otra vez!) cuando encontré la junta de soldadura defectuosa.

Aquí hay fotos si tienes curiosidad: http://math.hunter.cuny.edu/thompson/pic1.jpg

http://math.hunter.cuny.edu/thompson/pic2.jpg

http://math.hunter.cuny.edu/thompson/pic3.jpg

Sí, lo sé, es una tabla casera y parece una mierda, pero en realidad no está tan mal hecha. Fue mi primer intento de hacer una tabla de dos lados y el registro de las almohadillas entre los lados no fue perfecto. Era consciente de esto y traté de compensar y pensé que había abordado cualquier problema. Pero con esta articulación en particular, es fácil ver lo que sucedió. El orificio de la parte superior no alcanzó el centro de la almohadilla en la parte inferior y la junta de soldadura no hizo buen contacto con el cable. Mi ojo simplemente no captó esa mala articulación.

Aquí está V_out para varios valores de carga ficticia, estable como una roca:

R_L (ohmios) | V_fuera (V)

  _____|________   

sin carga | 5.000

  16   | 4.993

  8    | 4.987

  4    | 4.975

Cuando terminé el proyecto y no funcionó, me decepcionó, por supuesto, pero también sabía que aprendería mucho más del proceso de resolución de problemas, lo cual hice. Gracias en particular a Andy por la información sobre los transformadores, a frr por toda la información sobre los componentes, el diseño de la PCB, las conexiones a tierra y el aislamiento, y a Rohat por explicar detalladamente cómo funciona el circuito e identificar el problema.

Aumentar la brecha empeoraría aún más las cosas.
Pero es plausible que la brecha sea demasiado pequeña y haya una protección contra sobrecorriente que bloquee y luego reinicie nuevamente. Puede usar un trozo de papel de aluminio en ambas extremidades para probar. La mejor manera sería medir la inductancia con un medidor LCR.
Noté esa discrepancia y me confundí sobre de qué manera enrollarlo. El esquema tiene el punto en el lugar equivocado, pero como señaló Marko, parece ser correcto en las instrucciones de construcción para el devanado auxiliar. No estaba seguro de cuál seguir, y ahora, sinceramente, no recuerdo de qué manera. lo hizo. Desarmaré el transformador y lo rebobinaré. Entonces, solo para asegurarme: los puntos en los tres devanados deben ubicarse como están en la hoja de datos, y cuando lo enrollo, cada devanado debe comenzar con el punto, y todos giran alrededor de la bobina en la misma dirección, es ¿que correcto?
@RobT eso es correcto pero, como Marco señala en un comentario debajo de mi respuesta, los pines secundarios no se indican, así que, ¿de qué manera los colocaste? Intente cambiar los pines secundarios antes de rebobinar el transformador. Puedes hacer esto de una manera bodgy para probar el punto.
Sí, los enrollas a todos en la misma dirección, el secundario con el punto va al pin 10 y el otro al pin 8. Pero primero aplicaría un poco de cinta adhesiva en las extremidades para ver si hace la diferencia. Es posible que el transformador funcione en la saturación, provocando una sobrecorriente. ¿Qué instrumentos tienes?
Desarmé el transformador antes de ver tu comentario sobre la aplicación de la cinta adhesiva como prueba. Tengo un multímetro y un osciloscopio, no tengo medidor de inductancia. He intentado medir la inductancia de algunas bobinas usando esos dispositivos, usando varios métodos, pero lo encuentro complicado.
Crees que tienes problemas. Infineon muestra un núcleo de devanado triple con el primario invertido en el esquema y un transformador diferente en la distribución de pines detallada y luego otra distribución de pines en el diseño de PCB.
Es obvio que el chip controlador entra en protección contra sobrecarga. Lo primero que debe verificar es la inductancia primaria del transformador. Si es menor que la requerida, la corriente primaria será mayor (de V = L di/dt). Esto da como resultado una mayor caída en la resistencia de detección (R17), lo que provoca una falsa alarma para el chip. Tal vez deberías disminuir la resistencia de detección. Veo que es alrededor de 0R8. Puede comenzar con 0R5, por ejemplo, y ver si resuelve el problema. Acerca de la fluctuación sin carga, puede disminuir con seguridad la carga ficticia de 3k3 a 1k. Esto ayudará a estabilizar.
Cambié R17 a 0R5 y la salida con carga es la misma, aún pulsante, tal vez los pulsos sean un poco más grandes: .4V a 1.5V. No tengo una resistencia 0R5, pero tenía una segunda 0R8, así que la puse en paralelo y midió 0R5. No tengo un medidor LCR, debería conseguir uno. Intentaré medir la inductancia con mi multímetro/osciloscopio. También reduje R20 como sugirió: la salida sin carga aún fluctúa pero tiene un valor más bajo, alrededor de 2-3V.
ver actualización arriba.
Guau. Felicidades. Estoy empezando a sospechar que mis comentarios a nivel personal pueden haber sido demasiado personales y condescendientes... disculpas si ese es el caso. Su conclusión me recuerda mi propia aventura en la construcción de osciladores de onda corta (que no involucraba alto voltaje): al final, mi circuito que se comportaba mal (en una PCB grabada por profesionales) resultó contener una unión de soldadura faltante. Un condensador de tamaño 0603 en particular estaba tocando la almohadilla de PCB... Para proyectos futuros, considere servicios como allpcb.com o jclpcb.com. La salida Gerber de Kicad está bien.
+1 Bien hecho en general. Espero más de sus preguntas bien presentadas.
@frr No es condescendiente, no es necesario disculparse. Su respuesta es muy interesante: me llevará unos días digerirlo todo. A principios del verano construí un par de proyectos con placas que había hecho en un lugar de pcb, muy satisfactorio. Voy a estar haciendo eso de nuevo. En este, tenía algunas piezas de cobre revestidas por ahí y fue un experimento único, así que comencé a hacer el mío propio, lo que había hecho antes. En última instancia, creo que es una gran molestia. Probé la máscara de soldadura de bricolaje, no es divertido.

Respuestas (3)

Bueno, al principio pensé que el convertidor entra en protección contra sobrecarga. Pero después de revisar el esquema del OP, estoy bastante seguro de que el chip del controlador no está recibiendo suficiente suministro. Y el comportamiento se parece a eso.


Esto es lo que normalmente debería suceder:

Una vez que el convertidor se energiza, el capacitor de 22u comenzará a cargarse a través de dos resistencias en serie de 680k. Una vez que el voltaje a través de la tapa de 22u alcanza el umbral de encendido del chip, el chip enciende el MOSFET interno y una rampa de corriente comienza a fluir a través de él. Una vez que el pico de la corriente alcanza el valor límite (determinado por 1V/0R82), el chip apaga el MOSFET. Después de que el MOSFET se apaga, se desarrolla un voltaje distinto de cero en el secundario (y, por lo tanto, en el devanado auxiliar). De ahora en adelante, la regulación del voltaje de salida se realiza a través del chip y la red de retroalimentación.

Siempre que el chip regule la salida, el devanado auxiliar alimenta el chip controlador.


Veamos lo que posiblemente esté sucediendo:

El capacitor de 22u se carga a través de una resistencia de 1M36 (2x 680k). El umbral de arranque del controlador es de unos 13V. Por lo tanto, el chip del controlador tarda aproximadamente 1,2 segundos en iniciarse:

V C = V S ( 1 mi t R C ) R = 1.36 METRO Ω C = 22 m F V C = 13 V V S = 230 2 325 V t 1.2 s .

Si todo el circuito se alimenta con 120 Vac, el tiempo de arranque será de 2,4 segundos.

Si el chip del controlador no puede obtener suficiente suministro a través del devanado auxiliar, el chip del controlador consumirá rápidamente la carga almacenada por el capacitor de 22u. Entonces, el voltaje a través del capacitor caerá y una vez que alcance el umbral de apagado (8.5V), el controlador se detendrá.

Una vez que el chip del controlador se detiene, intentará arrancar a través de las resistencias de arranque y esto llevará otros 1,2 segundos. Entonces todo el ciclo comienza de nuevo.


Entonces, el problema puede provenir de al menos uno de los siguientes:

  • el devanado auxiliar (tal vez necesita más vueltas o tal vez su dirección es incorrecta).
  • Resistencia 6R8 (tal vez deba reducirse).
  • Diodo de conmutación 4148 (tal vez esté roto).
La tensión de red es de 120Vac. Medí el voltaje a través del capacitor 22u con un multímetro, y a través del pin Vcc y el pin SS (las dos medidas parecían iguales). El voltaje fluctúa periódicamente entre alrededor de 9V y 13V, con un período de alrededor de 1 segundo. ¿Entonces eso parece evidencia para apoyar su teoría? Si entiendo su explicación (¡muy clara!), Debería permanecer constante en 13V, pero en cualquier caso, ¿no caer a 9V?
@RobT Lo más probable. Este fenómeno se llama "hipo". El voltaje Vcc debe ser de al menos 13 V CC porque es el voltaje de umbral (el voltaje operativo nominal debe ser inferior a 22 V CC). Y sí, no debería caer por debajo de 9 VCC. Entonces, como dije en mi respuesta, parece que el problema es su devanado auxiliar (número de vueltas o incluso la dirección/polaridad del devanado) y/o sus componentes externos (4148 y 6R8).
En realidad, me pregunto un poco cuál es la relación causal. Si el suministro de PWM (recortado a 13 V por un zener) cae a 9 V, ¿es esto una señal de que este suministro de ayuda está roto, o podría ser una señal de que el controlador PWM está realizando un ciclo de aceleración del ciclo de trabajo y luego un contratiempo porque interpreta algo mal en la forma de onda actual MOSFET? Sujeto a una mayor investigación, supongo, con un osciloscopio, en la zona peligrosa del primario caliente SMPS ...
Encontré el problema: puse los detalles en mi pregunta.
@RobT me alegro de que hayas encontrado el problema y estoy orgulloso de ayudarte a resolverlo. Puede aceptar mi respuesta (haciendo clic en el botón de marcar) para que la pregunta no quede abierta.
@Rohat, tienes mi respeto y mi voto a favor :-)

Si te sirve de ayuda, dibujaron el diagrama del circuito incorrectamente: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

El documento lo describe como un convertidor flyback y, si se cree en esa parte, entonces la notación de puntos es incorrecta en el primario: el punto debe estar en el otro extremo de ese devanado. No sé si el esquema se usó como guía sobre cómo enrollar el transformador, pero si lo fue, debe cambiar los devanados primarios. Los síntomas que describe ciertamente suenan bien porque el devanado está en la dirección incorrecta.

De todos modos, la hoja de datos del chip muestra la posición correcta del punto: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Qué tan críticos son cosas como el material de ferrita y parámetros como A_L? Los planes requerían un núcleo E20/10/6 de material N67 con un espacio de 1,0 mm, con A_L = 60 nH. No pude encontrar N67 en ninguna parte, pero obtuve un E20/10/6 con N87 y un espacio de 0,25 mm. Expandí el espacio, la hoja de datos dice que con un espacio de 1,0 mm A_L = 60 nH. Pero es posible que no haya hecho la brecha lo suficientemente grande, tal vez solo 0,5 mm, lo que daría A_L = 103 nH. ¿Haría eso una diferencia?

  • El material de ferrita no es tan crítico dado que tiene espacios
  • La brecha es fundamental para garantizar que el núcleo no se sature y que la inductancia sea la esperada. Por lo que ha descrito de los síntomas (con poca carga, casi funciona), no va a estar muy lejos.
  • Si la inductancia es demasiado alta (la brecha es demasiado pequeña), no acumulará suficiente energía en el primario y el circuito se quedará sin vapor con cargas más pesadas.
  • Si la inductancia es demasiado baja, el núcleo podría saturarse y obtendrá un calentamiento significativo del núcleo del transformador.
El punto está mal colocado, pero las instrucciones para hacer las trazas del transformador y la PCB son correctas, al menos para el devanado primario y auxiliar, el secundario no tiene números.
@MarkoBuršič posiblemente, si el OP no sabe nada mejor, entonces hay un 50% de posibilidades de que el secundario esté cableado incorrectamente. Habrá que esperar supongo.
Bueno, desarmé el transformador y estaba mal enrollado, es decir, lo enrollé exactamente como en el esquema, en lugar de las instrucciones del transformador. Así que planeo ampliar el espacio a 1,0 mm especificado y rebobinarlo correctamente. Te dejaré saber lo que hace entonces.
@RobT no es necesario rebobinar, simplemente cambie los extremos de las bobinas que estaban mal.
Aprecio la diferencia entre la operación de avance y retroceso del inductor/transformador... y me pregunto exactamente cómo el chip puede saber la diferencia :-) Puedo ver la resistencia de detección actual en la fuente del FET. ¿La forma de onda actual es diferente en un transformador directo, en comparación con un inductor de retorno? ¿Suficiente para que el chip PWM (mal) interprete un transformador directo como un inductor flyback saturado, por ejemplo?
Entendido: moví los detalles a la pregunta.
No, no fijo. Mismo comportamiento que antes.
@frr Buen material. ¿Puede incluir ideas de sus comentarios anteriores en su respuesta (pueden estar cubiertas, no se han verificado en detalle) y tal vez eliminar comentarios? Ayuda a las personas a largo plazo para que el material útil esté en las respuestas.
@Russell: gracias por la pista, he intentado hacer todo lo posible para fusionar esos comentarios en mi respuesta. Siéntete libre de borrar este comentario :-)
Encontré el problema, puse los detalles en mi pregunta.

Supongo que debería comenzar mi propia respuesta en este punto.

EDITAR: Tengo que masajear más debate en el texto. Espero que no sea demasiado confuso.

En primer lugar, mi respeto por construir este tipo de circuito y por hacer todo lo posible para diagnosticarlo. Aprobado por tener un osciloscopio, incluso si no tiene especificaciones muy altas. Aprendes muchos "conocimientos técnicos secundarios" al tener que lidiar con equipos de menor especificación, y si accidentalmente explotas algo, no arruinarás tu presupuesto para los años venideros.

En mi muy limitada experiencia, los ScopeMeter de Fluke son el tipo de dispositivo que, como un osciloscopio para RF, probablemente sea más problemático que... ya sabe el resto. Pero, hablando de las sondas, esas sondas por sí solas también podrían tener suficiente ancho de banda para su osciloscopio adecuado y para el problema en cuestión, y si están diseñadas para sobrevivir a 1 kV, mucho mejor. Si vinieran con un osciloscopio, tendería a creer esa especificación. Tengo una vieja sonda 1: 1000 que probablemente sea buena hasta varios kV, ni siquiera tiene una "correa" de tierra (cocodrilo). He heredado esa sonda de un viejo técnico de reparación de televisores CRT que se retiró hace unos años. atrás. No estoy seguro de cómo se ven sus sondas, pero si sobreviven 1 kV, probablemente estén bien. Una pregunta restante es, ¿cuál es su proporción divisoria? El osciloscopio probablemente tomará como 5 voltios por un cuadrado de cuadrícula vertical (= "por div"), por lo que una sonda con un divisor de 1:10 posiblemente no sea suficiente. De todos modos, probablemente ya lo sepas :-)

En el circuito, cualquier cosa en el lado secundario, es decir, después de la tapa Y C7, es probablemente segura para trabajar como electrónica de señal pequeña, que incluye la salida del devanado secundario de su trafo y el siguiente rectificador y condensadores. Puede conectar a tierra el GND secundario a PE, para tener un potencial común seguro desde el que comenzar.

En cuanto al lado primario, que muerde. Es probable que su condensador principal no sea muy grande, pero incluso 10-20 uF más o menos pueden dar un gran golpe cuando se carga, sin mencionar cuando la red eléctrica está encendida y el condensador se recarga continuamente mediante un rectificador. Y ya me has aclarado mientras tanto que la tuya es de 150 uF. Tener cuidado.

Si su osciloscopio no tiene su fuente de alimentación inherentemente aislada (y no funciona con batería)... en teoría, podría usar un transformador de aislamiento externo para la entrada de la red, pero probablemente también desee mantener desconectado el terminal PE que mira hacia la pared. del PE real, para dejar que el chasis (y, lo que es más importante, la entrada) de su osciloscopio flote junto con la "red eléctrica rectificada" del lado primario de su SMPS... Imagine que el chasis de su osciloscopio está a 230 V CA. Será mejor que construyas una caja de acrílico alrededor de tu visor, para evitar intentar operarlo sin darte cuenta... todo esto es un territorio muy peligroso. Al medir en el primario de la PSU, debe estar muy seguro de lo que está haciendo, en términos de referencia a tierra de la señal, cableado PE y seguridad general. Probablemente no puedo recomendar esto a un principiante. Más importante,

EDITAR: aquí supuse que usaría un transformador de aislamiento para alimentar el osciloscopio. Tengo un socio que usa esto cuando mide la respuesta de los pararrayos, siendo golpeado por 5 kA @ 5 kV. Obviamente, podría cambiar las tornas y usar un transformador de aislamiento para alimentar la fuente de alimentación primaria de su prototipo, y atornillar su "interno primario común/retorno después de Graetz" a algún potencial GND externo significativo. (Tenga en cuenta que esto no disminuye el peligro del capacitor primario de ninguna manera, solo le permitiría medir en el circuito, con mucha precaución).

Otra forma de hacerlo, me refiero a mantener el "nodo común / de retorno del lado primario después de Graetz" a un nivel cercano a la tierra, sería destripar el Graetz y dejar solo un diodo, desde vivo hasta el condensador + terminal. E interconecte la red neutral = regrese al nodo de "tierra interna de CC principal" en su esquema. Después de eso, podría intentar medir el controlador PWM y la derivación R17 con un osciloscopio referenciado al potencial PE. Sin embargo, tenga en cuenta que el Neutro = retorno interno, en virtud de su función, flotará/oscilará hasta varios voltios alrededor del PE ideal de su enchufe de pared. Este bamboleo es una función de las corrientes de 50 Hz y las corrientes de falla del rectificador de red que fluyen de vuelta a través del retorno/neutro a su tierra central.

Para llevar esa idea más allá, también podría arriesgarse a hacer referencia a la terminal PE de su osciloscopio a algún lugar en el retorno neutral / interno de su circuito bajo prueba (las conexiones a tierra de entrada de señal del 'osciloscopio probablemente estén referenciadas al PE). Tenga en cuenta que esto es técnicamente una violación de los estándares de seguridad eléctrica, pero le permitiría medir los voltajes puros contra el "potencial GND común primario interno" (con el bamboleo Neutral vs PE irrelevante). Por ejemplo, la señal en el derivador de medición de corriente R17. La conexión a tierra puede resultar un poco un dolor de cabeza práctico para resolver: me refiero a la red neutral frente a PE frente a la referencia de señal GND en su osciloscopio, con respecto al "nodo GND / retorno común interno primario" que necesita usar como referencia para mediciones de pequeña señal...

Observe en el circuito de "Aplicación típica" (en la respuesta de Andy Aka), que el símbolo de la Tierra del lado primario, que aparece en todo el esquema, en realidad NO es igual a la Tierra protectora. Más bien, es el "potencial de retorno común de la sección primaria, después del rectificador Graetz" = se reducirá a -350 V más o menos durante cada período de la onda sinusoidal de la red. Tirado por el puente Graetz. Tenga en cuenta que esto se aplica, por ejemplo, a R17. Por el contrario, la GND plana del lado secundario puede ser igual a PE si los interconecta. O puede dejar flotando ese GND secundario, pero luego estará sujeto a fugas de Y-cap.

Entonces... si aventura algunas medidas de alcance moderadamente peligrosas en el primario (con un rectificador simplificado y un neutro de red conectado a la "fuente" FET), puede apreciar algunos ejemplos de cómo se ve la saturación del inductor . El enlace va a Google Imágenes. En el lado primario, puede ver que la corriente crece a cierta velocidad (dI/dt). Cuando ocurre la saturación, esta tasa de crecimiento se dispara por las nubes. Esta inflexión indica que el inductor ha tenido suficiente. Esto es lo que podría observar en la derivación R17.

Puede ser difícil observar si el controlador PWM intenta algo y luego retrocede. Un osciloscopio digital sería útil para esa medida = permitiéndole capturar una sola "ejecución" (evento de activación) e inspeccionarla después.

Puedo ver que probablemente ha seguido la nota de aplicación de Infineon muy de cerca, eso es bueno. Al menos los diodos se usan textualmente, los tipos precisos que se dan en la nota adjunta, bien. Lo más importante es que puedo ver que su rectificador en el lado secundario es un Schottky de conmutación rápida, robusto y adecuado. Me alegra escuchar eso. El uso de un 1N4148 para D2 me ha llamado la atención un poco, conozco ese modelo como un diodo de pequeña señal de uso general... Me refiero a un diodo de "señal", en lugar de un rectificador. Sin embargo, si no se excede su corriente permitida, probablemente funcione bien como un rectificador rápido de baja potencia. (Yo mismo habría buscado un rectificador Schottky de conmutación rápida de menor potencia clasificado en quizás 1A. Vea también lo que piensa Rohat Kılıç sobre este riel de suministro de chip PWM). Tenga en cuenta que D2 sirve como un rectificador para un primario de bajo voltaje. carril de potencia lateral, alimentando las partes de pequeña señal del chip PWM. Solo el MOSFET integrado está sujeto al voltaje primario completo.

Ya ha aclarado que su esquema real y PCB de hecho contienen un elyt primario adecuado: una serie KXG de 150uF de Nippon Chemicon, LA marca de condensadores SMPS más famosa. Eso es bueno :-)

En la PCB, me arriesgaría a suponer que este elyt primario principal debe estar lo más cerca posible del MOSFET y del transformador, para limitar el área del bucle donde fluyen las corrientes de CA más grandes. Imagínese "evacuar" el interior del bucle de alta corriente entre el trafo primario, el MOSFET de potencia (dentro del chip PWM) y el condensador de 150uF. Esta es una regla general en los diseños SMPS. Alinee los trazos de PCB más juntos. Intentaría mantener otros dispositivos fuera de este circuito, incluidos los cables de pequeña señal del paquete DIP8 del chip PWM. Para mí, el diseño de su PCB no se esfuerza mucho por minimizar el área de ese bucle de alta corriente de RF, pero debo admitir que su diseño no es muy diferente del ejemplo en la hoja de datos ICE2A265 :-/ También en la hoja de datos diseño, observe el "fondo de estrella" (el "

Todavía mirando su PCB, esa "valla" roja alrededor de casi toda la PCB... ¿es realmente un plano de tierra en la capa B = lado de los componentes? Si ese es el caso, ¿a qué potencial está conectado? ¿EDUCACIÓN FÍSICA? "nodo común interno primario después de Graetz"? ¿O el terminal de retorno de bajo voltaje de salida? Quiero decir que si este es realmente un avión GND, me parece aterrador. Definitivamente sugeriría dividir ese plano en dos planos parciales, separados por un espacio generoso debajo del vientre del transformador de RF. Y, de hecho, me pregunto si tiene sentido tener un plano de tierra en el lado primario. Si tiene uno, probablemente debería mantener el relleno de inundación del suelo a una distancia segura (¿se llama fuga?) de todos los pines y rastros del nivel de la red... Y, yo Me pregunto si la capacidad parásita de los rastros de señal a un plano GND de este tipo podría confundir al controlador PWM. He visto tales efectos en algunos de mis PCB, donde hice un prototipo de un circuito de alta impedancia en una placa de prueba y luego soldé el siguiente prototipo en un PCB dedicado, cuidadosamente enrutado, con un plano de tierra...

EDITAR: está bien, entonces has explicado qué es ese plano de tierra. Hombre, sigues recordándome mi propio pasado. Es como verme a mí mismo hace 20 años, y realmente no me he movido mucho más :-) Respeto por grabar ese tablero por tu cuenta. No se desespere, incluso si termina teniendo que rediseñar el PCB, este ejercicio técnico es extremadamente útil para su crecimiento, y no importa si tiene 20 o 60 años. Para el punto técnico: definitivamente sugeriría dividir ese plano de tierra en dos. Supongo que su placa tiene un grosor de aproximadamente 1 a 1,6 mm, que debería sobrevivir a dos rasguños con un cuchillo afilado y pelar el cobre entre ellos. Haría el espacio de 3-5 mm de ancho por lo menos. Gracias por mencionar los nombres de sus nodos primarios/secundarios comunes/de tierra; tiene mucho sentido y me asegura que comprende el circuito. Entonces: ahora que tiene ese plano de cobre dividido, conectaría a tierra cada mitad a su respectivo nodo de tierra óptimo. Puede estabilizar un poco las cosas. Todavía me preocupa la fuga insuficiente en el lado primario, pero si funcionó hasta ahora, es mejor que siga funcionando. Mientras mantiene el puente Graetz en el esquema, tenga mucho miedo de tocar inadvertidamente ese plano de cobre, ahora conectado a tierra en el lado primario :-) Y le sugiero que no trabaje en ese circuito en vivo, cuando ya es tarde en la noche , estás cansado y solo. Cuando estoy hurgando algo relacionado con la red eléctrica desnuda en mi lugar de trabajo, tiendo a tener un amigo en la habitación para que me vigile. pero si funcionó hasta ahora, es mejor que siga funcionando. Mientras mantiene el puente Graetz en el esquema, tenga mucho miedo de tocar sin darse cuenta ese plano de cobre, ahora conectado a tierra en el lado primario :-) Y le sugiero que no trabaje en ese circuito en vivo, cuando ya es tarde en la noche , estás cansado y solo. Cuando estoy hurgando algo relacionado con la red eléctrica desnuda en mi lugar de trabajo, tiendo a tener un amigo en la habitación para que me vigile. pero si funcionó hasta ahora, es mejor que siga funcionando. Mientras mantiene el puente Graetz en el esquema, tenga mucho miedo de tocar sin darse cuenta ese plano de cobre, ahora conectado a tierra en el lado primario :-) Y le sugiero que no trabaje en ese circuito en vivo, cuando ya es tarde en la noche , estás cansado y solo. Cuando estoy hurgando algo relacionado con la red eléctrica desnuda en mi lugar de trabajo, tiendo a tener un amigo en la habitación para que me vigile.

Abordemos otro tema, sobre los capacitores del lado secundario. Los condensadores para uso SMPS, en general, a menudo se denominan categoría "baja ESR". ESR significa "resistencia en serie equivalente". AFAICT, sus elyts de aluminio de Würth no son de ese tipo. Pueden sobrevivir en el circuito, especialmente sin carga práctica, pero bajo carga nominal pueden fallar con bastante rapidez: "desaparecer" del circuito por completo, o en corto, o algo así. Si este veredicto es demasiado duro de mi parte, me disculpo, posiblemente no me dieron una hoja de datos adecuada. Tenga en cuenta que la serie KZE de Nippon ChemiCon, mencionada en la nota de aplicación de Infineon, es un modelo japonés de baja ESR de marca. Más antiguo y "simplemente un viejo elyt de aluminio húmedo", pero mire la corriente de ondulación permitida. Para 470 uF @ 35V, ¿leo correctamente 1.8A @ ​​100 kHz? y la ESR es de 23 miliohmios. La hoja de datos de Würth ni siquiera menciona esos números, la corriente de ondulación permitida puede ser como 1A a 100 kHz, pero el ESR puede ser más como 100-200 miliOhmios y el condensador probablemente no esté diseñado para recibir los azotes de un SMPS secundario. lado.

Su nota de aplicación habla de un "servidor en espera". No estoy seguro de cuál se supone que es su voltaje de salida nominal: ¿5V tal vez? Para eso, 35 V nominales es una gran exageración. En los viejos tiempos de los elyts de aluminio húmedo, había una regla general de que el uso de capacitores clasificados al doble del voltaje operativo real prolongaba la vida útil de las tapas. Incluso entonces, un voltaje nominal más alto era una tontería. Ahora, con polímero sólido, optaría solo por el voltaje nominal "siguiente más alto". Para un riel de 5V, usaría capacitores de polímero de 6.3V. Y puede comprar condensadores con 7-12 miliohmios de ESR y 3-6 amperios de corriente de ondulación permitida. Efectivamente, en lugar de los 3 Al elyts antiguos de la serie KZE, puede usar una sola tapa de polímero moderna, aunque tiendo a quedarme con el recuento original, durante las renovaciones, lo que hace que los polímeros sean inmortales en el circuito.

No estoy seguro de dónde se encuentra en el mundo, así que permítame sugerirle las categorías de productos relevantes con Mouser en EE. UU. y con TME en Polonia/UE. Tenga en cuenta que el punto óptimo para la ESR y el precio tiende a ser de aproximadamente 470 uF / 6,3 V en factor de forma THT (cables radiales). O simplemente saque algo de una placa base de PC muerta o de una tarjeta VGA. Probablemente encontrará algo clasificado en 16 voltios, casi nada en 6.3. Resulta que he escrito una página web dedicada a los condensadores.para el uso de SMPS, solo que no está en inglés ... solo mire la lista de fabricantes tal vez :-) Por ejemplo, me gustan los polímeros X-CON baratos y de buena calidad de Man Yue (China), pero obviamente las marcas japonesas originales son una apuesta segura ante todo. Para retoques poco exigentes / uso de bricolaje, no tendría miedo de recomendar algunas de las marcas taiwanesas como Elite, Lelon, APAC, etc. (Parece que varios fabricantes de placas base usan APAC en todos los ámbitos). Si tiene una fuente de estos, darles una oportunidad

Así que ese es mi consejo para el lado secundario. Pruebe con un polímero sólido para 6.3V, alrededor de 470 uF tiende a ser el ESR más bajo. Una pieza también podría ser suficiente, pero tres de ellas serán más sexys :-)

EDITAR: en una actualización posterior, aclaró que su límite principal es la serie KXG de Nippon Chemicon, 150 uF. Probablemente no podrías haber elegido un modelo mejor. Sin embargo, por el momento, mantendré el siguiente párrafo en mi respuesta, ya que puede aclarar las cosas para otras personas que lean esto más adelante.

Para el lado primario, debe optar por un Elyt de aluminio, porque el polímero sólido no alcanza un nivel tan alto en términos de niveles de voltaje nominal. La tecnología simplemente no escala tan alto. Además, curiosamente para mí, ningún condensador para 400-500 voltios se especifica nominalmente como ESR bajo. Algunos tienen el uso de SMPS mencionado en las hojas de datos. Las razones probablemente son que 1) en el lado primario, el dI/dt no es tan agudo, porque ahí es donde el inductor/transformador "se pone en marcha" y, en segundo lugar, gracias al alto voltaje, las corrientes realmente necesarias no son un problema, en comparación con lo que los condensadores relevantes son realmente capaces de hacer = ¿no vale la pena molestarse? Aún así, si tiene cuidado, puede descubrir líneas de productos de capacitores que se adapten mejor a esa posición. En general, opte por capacitores de 105rango de temperatura C, y puede encontrar modelos con una vida útil nominal de 5000-10000 horas a esa temperatura. 2000 horas a 105 C es una especificación bastante normal. En realidad, es probable que su capacitor disfrute de una temperatura mucho más baja, y la vida útil se duplica con cada 10 °C de disminución. Para mencionar familias de modelos particulares para la posición principal de SMPS, me gusta mucho la serie Nichicon CS, con Nichicon CY siguiéndola a distancia. Para niveles de voltaje más bajos, supongo que hasta 63 voltios, me gustaría mencionar la serie Panasonic FR = Aluminium elyt, pero con un ESR e Ir atacando el polímero sólido (especialmente en los voltajes más altos donde Solid Poly no tiene representación o baja). capacidad).

EDITAR: el problema ya está resuelto; sin embargo, para las personas que vengan a ver este tema más adelante, me gustaría agregar un capítulo más.

En mi práctica diaria, uno de los dispositivos que vendemos contiene un módulo PSU que aparentemente es bastante similar al que ha construido Rob. Espero que el fabricante del módulo SMPS que voy a mencionar no se moleste porque publique un puñado de fotografías. He manchado el logotipo del proveedor... no estoy seguro de si esto ayuda en algo, pero ahí vamos. Quiero decir, tengo que decir que tengo elogios casi exclusivos para esos módulos: después de vender alrededor de cien piezas, algunas piezas regresaron a mi taller de servicio, comenzando después de quizás 10 años de servicio 24x7, en un dispositivo donde el las térmicas podrían mejorar (la temperatura ambiente de la fuente de alimentación no es exactamente helada). Sí, el módulo PSU ha estado en producción durante más de una década. El proveedor de PSU en Taiwán se encuentra entre las marcas de mayor rango a nivel mundial.

Aquí va una foto recopilada:Módulo PSU de 15 vatios, construido en fábrica

El del medio es un módulo original nuevo, con capacitores originales. Durante los años he visto Rubycon o NCC. Tenga en cuenta que los condensadores del lado secundario están húmedos.

El de la izquierda está reformado por mí.

A la derecha, puede ver un módulo al que se le quitaron el elyt primario y el transformador: tomé una foto contra el sol para revelar las principales huellas de PCB y los espacios de aislamiento. Tenga en cuenta que no hay plano de tierra. La placa de circuito impreso tiene dos caras y ambas caras se utilizan para trazas individuales.

Algunos de los módulos que han regresado, después de años de servicio, podrían restaurarse reemplazando los capacitores. He usado un modelo un poco más grande de Nichicon (Japón) en el lado primario (ya que eso es lo que estaba disponible para mí) y algunos polímeros de la serie X-CON ULR de Man Yue (China) para el lado secundario. Tenga en cuenta que también puse un polímero para el suministro de bajo voltaje PWM en el lado primario; si este capacitor falla, la fuente de alimentación tiende a funcionar descargada pero falla bajo alguna carga, también conocido como el "síndrome de 47 micro", en una amplia gama de modelos y potencias de fuente de alimentación. Alrededor de dos piezas no se repararon con el reemplazo del capacitor. Tras una inspección más cercana, en un caso, parecía que el transformador tenía un cortocircuito entre vueltas en el devanado, y en otro caso, el FET integrado del chip PWM se estropeó gradualmente. Si bien puede tener sentido reemplazar los capacitores, no tiene ningún sentido intentar reemplazar el transformador o el chip. Todo el módulo es tan barato.

El módulo parece estar basado en un chip llamado FSDH0265RN de Fairchild. En el exterior, es similar al ICE2A265 de la competencia de Infineon, pero no es exactamente igual: el pinout es diferente y la detección de corriente debe ser interna, si la hay. Por otra parte, el factor de forma general, el nivel de potencia y el nivel de integración parecen más o menos iguales. Por lo tanto, creo que el diseño de las trazas de PCB se aplicaría de manera similar, especialmente el "circuito de alimentación". La siguiente es una captura de pantalla de la hoja de datos de Fairchild sobre el diseño de PCB:

Diseño de PCB de hoja de datos para Fairchild FSDH0265RN

Aparentemente, la contraparte de Infineon necesita más componentes externos, lo que hace que sea más difícil mantener un diseño súper limpio.

Tal vez el punto más importante aquí podría ser que construir un único SMPS desde cero casi nunca tiene sentido en estos días, salvo con fines de estudio. Existe una amplia gama de módulos SMPS disponibles en el mercado, y algunos de ellos son de calidad razonable aunque no extremadamente costosos. Si el bricolaje fue motivado por algún nivel de voltaje personalizado (fuera de la "red" estándar), entonces una posible respuesta es que las familias de productos disponibles "listos para usar" tienden a tener un potenciómetro de ajuste cerca de los bloques de terminales de salida, y si eso es no es suficiente, todavía existe la opción de encontrar el divisor de voltaje de retroalimentación en la PCB y piratearlo, probablemente comenzando con un modelo de PSU nominalmente de mayor voltaje y ajustando hacia abajo.

El circuito en la nota de diseño no tiene una sección de entrada para la red eléctrica de CA, así que tuve que agregar eso. Aquí está mi esquema completo: math.hunter.cuny.edu/thompson/robs_smps_v2.pdf .
Nota: mi esquema tiene el mismo error tipográfico de punto de polaridad en el transformador, pero todo se ha corregido.
...muy bien, 150 uF para EL elyt primario suena lo suficientemente fuerte, sea cual sea el modelo de condensador que sea :-) 150 uF serían suficientes para una fuente de alimentación de 200 vatios... por lo tanto, no tengo miedo de su ERS. El único punto alrededor de esa tapa que todavía puedo criticar es quizás el diseño de PCB.
Mucha información, ¡gracias! Aún absorbiendo. Aquí hay un enlace a mi diseño de pcb: math.hunter.cuny.edu/thompson/pcb_1.png y pcb_2.png. Aquí hay un enlace a la tapa del filtro que usé: mouser.com/ProductDetail/661-EKXG251ELL151MM2 . Puedo dar detalles sobre los otros componentes si eso ayudara.
Gracias por el PCB. Una vez más, intenté ser un poco quisquilloso :-) pero esta vez inserté dos párrafos sobre el diseño de PCB en el texto de mi respuesta. = Tuve algunas respuestas.
He agregado alguna información sobre el diseño de PCB.
Bien, he agregado otro párrafo de seguimiento en mi respuesta. Perdón por perder pcb_2.png ayer, era bastante tarde y estaba medio dormido...