Pérdidas del convertidor flyback

He estado diseñando un convertidor flyback de una salida de especificaciones de 5 voltios y 5 amperios derivada de una red eléctrica de 220 V CA. Pero he estado atascado en un punto y parece que no puedo salir de él. La eficiencia es particularmente muy pobre en este caso, rondando el 49% cuando se ejecuta a una salida de 25W. Anteriormente, debido a la inductancia de fuga, los voltajes superaban los 600 V en el drenaje del MOSFET (10n60), lo que provocaba una gran tensión en el FET.

Entonces, para sujetar el voltaje, introdujo la abrazadera RCD (50nF, 3-5k). Sé que es un valor muy bajo de resistencia utilizado que causa pérdidas excesivas. Pero solo con este valor pude reducir el voltaje a 550v funcionando a plena carga. (Para fines de estabilidad, esto es demasiado alto, pero ya no puede bajar sin disminuir la resistencia). En este momento, la temperatura MOSFET no aumenta a niveles altos.

¿Este problema se debe a que la inductancia de fuga es demasiado alta para este circuito o a algún otro problema?

Especificaciones del transformador:

30swg, 61 vueltas primarias, 1 hebra (1,7 mH)

22 swg, 3 vueltas secundarias, 5 hebras (4.6uH)

35 swg, 1 hilo, auxiliar, 10 vueltas (100uH)

Núcleo EE28 utilizado, devanados intercalados.

Dado que estoy enrollando el transformador a mano, no a máquina, ya es un problema enrollar un cable de 22 swg que también tiene 5 hilos, por eso estoy pensando que podría ser un problema de inductancia de magnetización demasiado alta en este circuito.

Uc3844 ic con retroalimentación aislada usando 817 opto con referencia tl431.

Cualquier ayuda sería muy apreciada.

Edición 1: circuito para el siguiente convertidor (FET utilizado es 10n60 no IRF840) (se utilizó IRF840 anterior) -

Esquema del convertidor Flyback

Edición 2: la solución que obtuve fue aumentar la resistencia de detección de corriente para limitar la corriente máxima, por lo tanto, se almacena menos energía por ciclo, lo que hace que el valor de la resistencia sea casi insignificante (50 kohm, considerando las pérdidas). Eficiencia aumentada hasta un 76 % con una carga de 5 A. Todavía estoy tratando de aumentarlo hasta 85 optimizando las pérdidas del núcleo y del rectificador. Escribiré los resultados pronto.

Si desea ayuda, publique un circuito y la inductancia de magnetización no tiene nada que ver con el tipo de cable secundario
Bien, voy a publicar el circuito. Lo estaba pensando porque, dado que el devanado intercalado está allí, el primario superior y el primario inferior tienen una cierta distancia entre ellos, lo que hace que aumente la inductancia de fuga. Gracias por responder.
Muchos flybacks también usarán abrazaderas zener.
Estoy de acuerdo con @Andyaka sobre las abrazaderas zener. Para un Flyback de tan baja potencia, puede usar un amortiguador diodo-zener en lugar de RCD (Ejemplo m.eet.com/media/1180028/fig1.jpg ). De todos modos, es bastante interesante lograr una eficiencia inferior al 50%. Diseñé un SMPS fuera de línea de 32 V/3 A y su eficiencia es de alrededor del 88 % a plena carga, incluso con una abrazadera RCD en el primario del transexual. Sobre el devanado del transformador, le recomiendo que enrolle el transformador de esta manera (de interior a exterior) para reducir la inductancia de fuga: "una capa pri -> una capa seg -> una capa pri -> una capa seg -> ... -> auxiliar".
He actualizado la publicación con el esquema. (Perdón por la imagen). Lo guardé desde OrCad Capture. Estoy de acuerdo con @RohatKılıç con respecto a la eficiencia, debería ser más del 80% de eficiencia ya que es un circuito de baja salida. Teniendo en cuenta los 3,7k utilizados en la abrazadera, las pérdidas aumentan muchas veces. Sin eso, el zener en FET se activa causando grandes pérdidas de potencia en MOSFET.
Sin embargo, una cosa, ¿enrollaste el transformador tú mismo con una máquina? Lo diseñé por mi cuenta (tal vez por eso), además, lo hice en placas Zero (GB).

Respuestas (1)

Tenga en cuenta que el devanado primario afecta las pérdidas de entrada. El diseño de su transformador me pareció un poco extraño (61 vueltas primarias para un convertidor fuera de línea de 40 kHz parece bastante bajo) .

Así que rediseñé tu transformador:

  • Parámetros: Vin: 85-265Vac = 120-370VDC, Vout=5V, Iout=5A, eff: %85 so Pin=25/0.85=30W, f = 40kHz ( de su configuración UC2844: RT=4k y CT=10n) , servicio máximo: %45 a Vin mínimo, pérdida total del transformador = %5Po = 1,25 W y pérdida total del núcleo = 1,25 W/2 = 625 mW, núcleo: EE28 ( Ae = 85 mm², Ve = 43 cm³) .

De la ecuación del transformador, V t = norte ⋅ A mi ⋅ d B / d t .

Para nuestras necesidades, esta ecuación se convierte en V i norte D C metro i norte = norte pag metro i norte ⋅ A mi ⋅ Δ B / Δ t metro a X dónde Δ t metro a X = 0,45 / 40 k H z = 11 m s . Suponiendo que está utilizando el núcleo 3F3, de la hoja de datos 3F3 (Fig. 6), seleccionado B pag k = 80 metro T para una pérdida de núcleo por volumen de 625mW/43cm³=14mW/cm³. Entonces Δ B = 2 ⋅ B pag k = 160 metro T .

Con estos parámetros,

norte pag metro i norte = 120 V ⋅ 11 m s 85 metro metro 2 ⋅ 0.16 T = 97
Entonces, si los voltios por vuelta son 120 / 97 = 1.24 entonces el número de vueltas secundarias es norte s = 5 ⋅ 97 / 120 = 4 . Suministrar UC2844 con 15 V es suficiente, por lo que el número requerido de vueltas para el devanado auxiliar es norte a = 15 ⋅ 97 / 120 = 12 .

Para una densidad de corriente de j = 420 A / C metro 2 = 4.2 A / metro metro 2 , sus selecciones de cables son suficientes.

Además, algunos extras que puedo sugerir:

  • Coloque una resistencia de 1k en el LED de opto para una polarización adecuada.
  • Aunque su red de comentarios es correcta, personalmente le recomiendo que conecte el pin FB y el emisor de opto a GND, el colector de opto a CMP. Entonces puede deshacerse de R19, R20, R21 y C11.
  • D9 (Zener) es innecesario ya que su suministro auxiliar está suficientemente regulado.
  • En lugar de una red de amortiguamiento C10-R18, coloque un zener de 200 V más o menos.

Si está interesado, eche un vistazo a uno de mis diseños flyback sin conexión (32 V/3 A) y la nota de aplicación de ST .

Gracias por el rediseño, lo probaré y les contaré los resultados pronto. Para las piezas añadidas, lo aplicaré después del diseño del transformador.
Un problema más que estaba surgiendo relacionado con la puesta en marcha del PwM ic. Sin carga, el devanado auxiliar no puede suministrar suficiente corriente para el suministro de ic y, por lo tanto, ic se apaga y se vuelve a encender a través de la resistencia de arranque R. esto sigue y sigue y debido a esto no puede tener voltaje regulado. Sin embargo, con carga, la combinación de devanados auxiliares funciona como se supone que debe ser. He aumentado no. de vueltas, incluso, pero sin éxito. Actualmente se diseña auxiliar de 16 vueltas 35swg 1 hilo.
@ Div-lcr No está relacionado con el número de vueltas. Todo está relacionado con la propia acción del flyback. La acción Flyback no se puede iniciar y completar porque no hay carga. Recuerde cómo funcionan los convertidores flyback: la energía almacenada en el devanado primario se transferirá a la "carga". Sin carga, sin transferencia, sin acción de retorno. La solución es poner una "carga ficticia" en el convertidor. EDITAR: Parece que abrió una nueva pregunta para esto. Estoy escribiendo la misma respuesta allí.
Gracias por responder. Perdón por volver a abrir una nueva pregunta. (Mi mente se volvió inquieta :)). Sí. ese es el problema. Entonces, en todas las operaciones de retorno, tenemos que poner una carga ficticia, ¿no? Entonces, ¿es por eso que especifican la cantidad mínima de corriente de salida en el diseño?
Sí, todos los convertidores de conmutación necesitan una carga ficticia. En realidad depende, pero %2-5 (o incluso %10) de la "corriente" de salida nominal sería suficiente. Prueba y encuentra. EDITAR: No elimine esa pregunta. Puede ser muy útil para otros.
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