Diseño de transformadores de alta frecuencia y HV

[Alexis Torres]

Buenas tardes amigos, la idea es diseñar un transformador de alto voltaje usando núcleos de ferrita.

He investigado bastante y me encuentro con varios documentos para el diseño de flyback pero al llevarlo a la realidad no me ha ido muy bien. Actualmente estoy trabajando con un núcleo ETD39 que ya viene con un gap definido de 2mm.

Con este núcleo estoy intentando llegar a un valor de 9.000 Voltios siendo alimentado con una batería de 14.8 Voltios y capacidad de 6.6 A/H, la oscilación la genero con un sg3525 y el switcheo con un Mosfet STB80NF55-06.



Es el cto que estoy probando ahora sin éxito, el transformador según el diseño cuenta con 3 espiras en el primario que hice con 4 alambres en paralelo para minimizar el efecto piel (no use alambre de litz) y el secundario cuenta con 1720 espiras, pero al conectarlo al sistema no genero arco .

Todo el tema de diseño y montaje de sistemas usando transformadores de ferrita es algo que en mi pais no es tan habitual, de hecho el tema del gap es algo que nisiquiera conocen muchos profesionales a los que les he preguntado. Tal vez alguien haya trabajado con esto y me pueda aconsejar o hacerme caer en mi error, si es el diseño del transformador o un acople de esa impedancia o el circuito.

Gracias

[Rovellat]

Hola Alexis:

1) Preséntate en el hilo correspondiente
2) Has comprobado que oscila; ¿Como?
3) El circuito que estas usando no parece de lo mas sencillo....
4) Usa un flyback de TV, con unas cuantas vueltas de primario, verás cientos de esquemas por internet. Aunque no sea tu objetivo final, te dará luz.
5) Mide la intensidad que consume el invento; si no consume no oscila.

En fin trastea un poco hasta que arranque.

[pfdc]

1. Haz la presentacion correspondiente.
2.- has construido un transformador con una relacion de espiras 1720/ 3 aproximadamente 600, pensando en multiplicar por este valor los aprox 15 voltios del primario para asi obtener los 9000 de salida----------- esto significa que no has comprendido el funcionamiento de un circuito flyback que es el circuito que estas empleando. Lo primero que te aconsejo es que te estudies este circuito. Normalmente con una relación de espiras 1 a 100 suele ser mas que suficiente para obtener 9000 voltios. A mi entender faltan muchas espiras en el primario yo al menos pondría 20. Un entrecierro de 2 mm es demasiado. Yo creo que con 0,5 seria suficiente.

Sin complicarse mucho en cálculos, y si se dispone de un osciloscopio, conviene a través de una resistencia ver la corriente que circula por el mosfet, de manera que no llegue a saturarse y se mantenga en unos valores correctos. Esa corriente es función de dos parámetros, la inductancia de la bobina y del tiempo que esta el transistor en conducción.

salud!!

[joseluis7696]

Los convertiores tipo flyback son complicadillos, aunque parezcan lo contrario.

No sé para qué lo vas a usar, pero si necesitas transferir alguna potencia apreciable, son mucho más manejables (y previsibles) los convertidores directos (forward). En éstos, la transferencia de potencia del primario al secundario se produce durante el período de conducción en el primario. (el diodo del secundario estaría al revés).

En ese caso la relación de transformación es directa, igual a la relación de espiras.

En el caso del flyback, la transferencia de potencia se realiza durante el corte de la corriente en el primario; se produce una sobretensión importante y esa sobretensión sobre el primario es la que aparece en el secundario multiplicada por la relación de espiras. La energía transferida proviene de la energía magnética almacenada en el núcleo durante el período de conducción, lo cual complica el diseño del núcleo y hace que el entrehierro sea muy importante.

Convendría también que expliques cómo es el circuito del excitación del transistor y sobre todo que tipo de onda (forma, amplitud, frecuencia) le aplicas.

Ese núcleo (http://www.farnell.com/datasheets/1859555.pdf) se usa por pares y hay modelos con gap y otros sin gap. Normalmente se usa uno con y uno sin gap asociados. Estás seguro que tiene 2mm de gap?. Parece muchísimo.

[fusion]

Si usas hilo "enamelled" o esmaltado, mira para cuantos voltios esta especificado, suelen ser 750-1000V aunque no se debe ir más allá de 500V.
Por lo que tu secundario de 9000 voltios deberías separar en 18 capas separadas por kapton. El numero de vueltas de cada capa debe ser el mismo. Entre el secundario y la ferrita y cualquier metal tambien hay que poner kapton, en caso contrario haras arco cortocircuitando la salida.
Por otro lado al soltar el mosfet hay un pico en el drenador que supera en varias veces la tensión de entrada, por lo que en tu circuito yo usaría uno que aguante 100V

Ayudaria ver fotos. ¿Que integrado estas usando para controlar el mosfet?

[Alexis Torres]

Hola como están, Mi nombre es Jonatan Torres y soy estudiante de Electrónica.

Agradezco todas las respuestas y recomendaciones, nunca había escrito en un foro y me sorprendió todas las personas que me aconsejan .

La oscilación la esta produciendo un integrado con referencia sg3525, este me da una salida que segun el fabricante se puede aplicar directamente al gate de un mosfet. Para el diseño del transformador me base en este documento https://es.slideshare.net/jesusini/teor ... n-fly-back, el nucleo que estoy usando es el siguiente https://en.tdk.eu/inf/80/db/fer/etd_39_20_13.pdf.

Lo estoy alimentando con esta batería batería Ver foto https://ibb.co/jv0V4x

El nucleo con gap de 2mm ver foto https://ibb.co/eOKZWc

Y cuento con un osciloscopio, aqui la señal ver foto https://ibb.co/koFxjx

Probare al poner la una resistencia para ver indirectamente la corriente que circula por el Cto.

Con respecto a la relación de espiras en toda la documentación que he leído sobre transformadores he visto que esa relacion se respeta, pero probare como me dicen basándome en la experiencia previa que tienen y lo haré con una relacion 1/100

[pfdc]

El documento que propones no es adecuado para lo que pretendes. Ese documento no considera las extracorrientes de apertura.

aquí tienes algo mas adecuado.
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/do ... 1&type=pdf

salud!!

[Alexis Torres]

Vale muchas gracias.

Algunas inquietudes que tengo

Se debe generar un arco voltaico a la salida o no es necesario al tener esos 9000 voltios?

Si se genera arco hay algún estándar o aproximación que me diga por ejemplo, 1 Cm de arco son 10.000 Voltios o algo parecido?

Como se mediría la salida de alto voltaje usando por ejemplo un osciloscopio?, tengo una resistencia de 300Momh a 2W, pensaba ponerla en serie con una mas pequeña y de esa forma tomar la medida indirecta. Seria valido hacerlo de esta forma?

De antemano gracias

[joseluis7696]

Se debe generar un arco voltaico a la salida o no es necesario al tener esos 9000 voltios?

Si se genera arco hay algún estándar o aproximación que me diga por ejemplo, 1 Cm de arco son 10.000 Voltios o algo parecido?

1.- No entiendo esa pregunta de si es necesario o no. Qué quieres hacer, exactamente?
2.- La regla es muiy aproximativa, depende mucho del aire (presión, temperatura y humedad) y de la forma de los electrodos (puntiagudos, romos, etc.)
Se puede decir que aproximadamente 10KV podrían iniciar un arco con distancia entre electrodos romos de 1 cm. Más o menos.
3.- para medir esas tensiones, lo más seguro es comprarse una punta de alta tensión comercial. Si no puedes hacerlo, puedes fabricarte una con una resistencia como la que dices, de 300 MOhmios, pero solo si está diseñada para soportar esas tensiones. Si no es así, el arco saltará entre los extremos y freirá el instrumento (osciloscopio o lo que sea).

SI la resistencia es adecuada (normalmente los aficionados ponen en serie una ristra larga de resistencias normales), debes fabricarte un divisor resistivo, por ejemplo 100:1 Si tienes 300 MOhm, la pones en serie con otra 100 veces menor. En este caso sería 3 Mohms. El instrumento de medición lo conectas en paralelo con la resistencia de 3 MOhm. Si haces bien las cuentas verás que esto es solo una aproximación, la fórmula es un poco más complicada y demás la resistencia de 3 MOhm quedará en paralelo con la resistencia de entrada del instrumento (típico 10 MOhm en un osciloscopio usando la punta de prueba 10x). O 1 MOhm si es directa. Pero en este último caso tendrías un error demasiado grande.
Estas puntas de prueba de alta tensión caseras tienen otro error grande debido a la capacidad de los elementos de la serie. Puedes usarla para medir en continua, en alterna tendrás excesivo error.

También representan una carga apreciable al generador y si éste es de baja potencia (lo típico), tendrás otro error importante poque bajará la tensión del generador.

Como ves, hay bastantes fuentes de error y peligro para los instrumentos con estos temas.
Hay un hilo antiguo en este foro sobre la construcción casera de estas puntas de prueba. A ver si lo encuentro y pongo el enlace.

[fusion]

La resistencia de entrada de los osciloscopios es de 1Mohm, luego la resistencia de abajo debe ser como 10 veces menor.

si quieres medir en AC puedes poner en paralelo condensadores, de modo que si la resistencia de arriba es por ejemplo 10k veces de la de abajo, el condensador de abajo debe ser 10K veces el de arriba. Obviamente el/los condensadores de arriba deben soportar la tension.

tengo encargado un pcb como el que dices.
Para esas tensiones se suelen usar ferritas tipo tubo como esta:

https://www.ebay.ie/dsc/Radio-Communica ... errite+rod