Regulador de poténcia para electroimán

Lugar dedicado a el diseño y realización de circuitos eléctricos, electrónicos, localización de componentes, aparatos de medida y otros.
Responder
Mensaje
Autor
Avatar de Usuario
Sergi
Mensajes: 1723
Registrado: Vie Mar 17, 2006 10:35 am
País: El Segrià
Ciudad: Lleida
Ubicación: (a la derecha, según se mira, de la Vía Láctea)
Contactar:

#41 Mensaje por Sergi »

Tienes razón Angel... Lo he estado mirando y ocurrirá exactamente lo que dices. Y es que la verdad, con este tipo de componentes tengo grandes lagunas en mi autodidacta aprendizaje.

Pero sigo pensando que con un transistor tendremos más problemas para gobernar grandes intensidades a 312V.

Y que tal un mosfet??

He estado mirando en una tienda local y he encontrado este...

http://www.irf.com/product-info/datashe ... rfp460.pdf

Un mosfet que puede trabajar a 500V 20A, y en el datasheet parece indicar que 400V 20A es un régimen de trabajo aceptable si la conmutación es rápida. Y lo mejor es que vale apenas 2,5€.

Le he buscado una forma de gobernarlo y parece más sencillo que con un IGBT, al menos no precisa de una tensión negativa para cortarlo.

He preparado un circuito que intentaré probar esta noche, a ver que os parece...

Imagen

El optocoplador, en principio tiene suficiente intensidad de colector como para gobernar sin problemas el mosfet. Le he montado una pequeña fuente en la rama de 312V, con un zener, para tener la tensión de puerta del mosfet sin mezclar la alimentación del generador de impulsos en el asunto. Como la intensidad de puesta es mínima, con 50mA tiene de sobras.

A ver que tal esta vez...

un saludo a tod@s
"La manzana no nos echó del paraiso, sólo nos dejó ciegos para verlo"
Cecil Thousan

Angel
Mensajes: 803
Registrado: Vie Dic 23, 2005 3:29 pm
Ubicación: Villa Elisa, Buenos Aires, Argentina
Contactar:

#42 Mensaje por Angel »

Realmente no creo que funcione bién con el opto. Los mosfte o los igbt tienen mucha capacidad en el gate. La descarga del gate tiene que ser "enérgica" y con una R de 10K no creo que lo sea, eso además de la capacidad parásita propia entre el source y el gate.
Si querés hacerlo con un dispositivo de este tipo, usa p.ej. el IR2117, es específico para eso. Eso además te permite dejarlo flotante y conmutar el +B directamente. Algo así:
Imagen
Si descartas lo imposible, lo improbable es la causa.

Avatar de Usuario
Sergi
Mensajes: 1723
Registrado: Vie Mar 17, 2006 10:35 am
País: El Segrià
Ciudad: Lleida
Ubicación: (a la derecha, según se mira, de la Vía Láctea)
Contactar:

#43 Mensaje por Sergi »

Pues también tienes razón...

Estuve haciendo pruebas y tal como está el circuito no funciona. La capacidad de la puerta redondea demasiado los impulsos a 15KHz. Solo conmuta cuando el impulso es muy ancho, sin linealidad etc...

Pero...he encontrado una configuración que si que funciona.

Cambiando la resistencia de 100ohm por una de 10ohm, y la de 10KHz por una de 680ohm la conmutación del IRFP es aceptable. El impulso que genera del mosfet es limpio en casi todo el tramo de la rampa, solo se redondea con los impulsos más cortos por culpa de la capacidad de la puerta. La resistencia de 1K para atacar el opto con un impulso de 12v ya va bien. El TLP521 es bastante rápido, más que otros que he probado como el CNY17, y tiene suficiente fuerza como para gobernar la puerta.

De todas formas ya he encargado un IC de driver para el mosfet, pero mientrastanto ya funciona. En el colector del optocoplador mido 15mA con el impulso más ancho, y en principio aguanta 50mA.

Ahora el problema es la fuente de 12v para alimentar la puerta del IRFP. Tal como lo había pensado la resistencia que ataca el zener tiene que ser de unos 4K. Lo he probado con una de 4,7K 5w y se calienta demasiado, pero tiene lógica, 60mA x 312v = 18,7w. Así es demasiado forzado y peligroso.

He pensado montarle una fuente independiente, con trafo propio etc..., mínimo 200mA para evitar un rizado excesivo por el consumo de la puerta de mosfet.

Ya comentaré como ha ido.

un saludo
"La manzana no nos echó del paraiso, sólo nos dejó ciegos para verlo"
Cecil Thousan

Avatar de Usuario
Sergi
Mensajes: 1723
Registrado: Vie Mar 17, 2006 10:35 am
País: El Segrià
Ciudad: Lleida
Ubicación: (a la derecha, según se mira, de la Vía Láctea)
Contactar:

#44 Mensaje por Sergi »

Hola a tod@s

No lo acabo de entender...


Ayer monte la fuente independiente para el control de la puerta y todo parecía funcionar perfectamente, al final la monté de 15V para aprovechar el margen que me deja el optocoplador. Con una bombilla de 40W en la carga del mosfet regulaba sin problemas, el impulso en la bombilla era limpio y recto excepto en los más cortos del principio y el final de la rampa. La rampa de subida del impulso en la puerta tal vez tenga unos 10 o 20us por efecto de la capacidad del mosfet.

-Con la carga de la bombilla y en conducción completa medí 120ma en la salida de IRFP640 y 12ma en la puerta. El mosfet no se calentaba en absoluto.

Después los probé... lo tenia que probar... y conecté el electroimán a través de una bombilla de 1000W, y funciono... pero duro poco la alegría.

Trabajando a una frecuencia de troceado de 15KHz...

Regulaba el campo magnético desde cero hasta el máximo siguiendo la rampa de referencia. En el punto de máxima conducción pude medir unos 2,5A en la salida de IRFP (la bombilla se ponía al rojo por la intensidad). pero el transistor se calentaba demasiado y en cuatro o cinco ciclos se cruzó. (una víctima más por culpa de mi ignorancia).

Porqué no aguanto???

- no soporta 2,5A a 300V???
- La rampa se conmutación es demasiado inclinada.???
- El diodo no soporta el retorno del electroiman???

Me he leido todo el datasheet y en la gráfica de safe operatin area da unas intensidades de menos de 300mA para 300V, pero lo relaciona a unos ms o us. No entiendo que solo soporte esto. En la fuente conmutada del profesor los IRF que monta parecen aguantar más.

Si alguien me puede mostrar el camino...

Un saludo y gracias
"La manzana no nos echó del paraiso, sólo nos dejó ciegos para verlo"
Cecil Thousan

Angel
Mensajes: 803
Registrado: Vie Dic 23, 2005 3:29 pm
Ubicación: Villa Elisa, Buenos Aires, Argentina
Contactar:

#45 Mensaje por Angel »

Vos lo montaste tal como en el esquema que pusiste con los electrolíticos en paralelo con el electroimán?
Si descartas lo imposible, lo improbable es la causa.

Avatar de Usuario
Sergi
Mensajes: 1723
Registrado: Vie Mar 17, 2006 10:35 am
País: El Segrià
Ciudad: Lleida
Ubicación: (a la derecha, según se mira, de la Vía Láctea)
Contactar:

#46 Mensaje por Sergi »

No, los condensadores del electroimán aun no están montados. Quería ver el rizado primero. Tengo preparados unos buenos condensadores sin polaridad para este trabajo, me previnieron que los electrolíticos no trabajaran bien en estas condiciones.

Los condensadores electrolíticos de filtrado si están montados....
"La manzana no nos echó del paraiso, sólo nos dejó ciegos para verlo"
Cecil Thousan

Angel
Mensajes: 803
Registrado: Vie Dic 23, 2005 3:29 pm
Ubicación: Villa Elisa, Buenos Aires, Argentina
Contactar:

#47 Mensaje por Angel »

Creo que el problema viene por otro lado (y si estoy equivocado espero que alguien me corrija).
Por lo que entiendí hasta ahora, vos lo que querés es variar la tensión en el electroimán de forma progresiva, en concordancia con una tensión de referencia variable que es la rampa.
Para lograr eso, vos no tenés que conmutar directamente sobre el electroimán, lo que hay que hacer es lo que te comenté antes, un step-down converter cuya topología es esta: http://www.ele.auckland.ac.nz/archives/ ... uckdes.htm .
No obstante, también se puede hacer conmutando desde el lado de el negativo (me recuerda un modulador de AM valvular que utilizaba esta técnica).
La idea es conmutar sobre un inductor y a la salida de ese inductor va un filtro (que es un condensador electrolítico, no tiene pq. ser no polarizado pues ahí no van a haber inversiones de polaridad) y recién ahí atacar al electroimán.
Además es más que conveniente protejer el gate del transistor con un zener pues por la capacidad que hay entre drain y gate se pueden inducir tensiones muy altas.
Acá te dejo una idea de como deberia ser el circuito real:
Imagen
L1 vendria a ser el electroimán, L2 el inductor. D3 es un diodo rápido. D4 es el zener que te comenté anteriormente.
Además, mirá el condensador C3, este condensador junto con L2 forman un circuito resonante que debe estar ajustado a la frecuencia de conmutación (actua como "trampa" para esa frecuencia evitando que pase hacia el de la continua que se genera sobre C2).
Yo simulé tu circuito exitador y la forma de onda se "degenera" en el flanco de bajada, por eso se utilizan los "drivers" o se apela a un circuito de este tipo:
Imagen
Ahí ves que la forma de onda es mucho mejor y es muy fácil de hacerlo.
Espero no estar muy equivocado en lo que planteo :)
Si descartas lo imposible, lo improbable es la causa.

Avatar de Usuario
Sergi
Mensajes: 1723
Registrado: Vie Mar 17, 2006 10:35 am
País: El Segrià
Ciudad: Lleida
Ubicación: (a la derecha, según se mira, de la Vía Láctea)
Contactar:

#48 Mensaje por Sergi »

Lo del filtro tiene muy buena pinta Angel...

Tengo una bobina de choque de un SAI que puede servir para el filtro que comentas, lo que no se es como medir su inductancia. ???

El driver con los BD137 y BD138 lo probaré en cuanto pueda comprarlos. El IC de driver puede tardar un mes en llegar y me moriría de impaciencia. Tienes toda la razón, y no solamente se degenera en el flanco de bajada, el de subida también se redondea bastante a 15KHz. Había pensado probar con una frecuencia de conmutación muy baja para ver si el problema era este.

El zener en la puerta ya lo puse copiando la protección de la fuente choper del Profesor, de 18V 1W.

¿Crees que hace falta ponerle el diodo rápido?, En principio el IRFP460 ya lleva uno que soporta pulsos de 80A

Un saludo y gracias por tu tiempo y paciencia.
"La manzana no nos echó del paraiso, sólo nos dejó ciegos para verlo"
Cecil Thousan

Angel
Mensajes: 803
Registrado: Vie Dic 23, 2005 3:29 pm
Ubicación: Villa Elisa, Buenos Aires, Argentina
Contactar:

#49 Mensaje por Angel »

Lo de medir la inductancia, salvo que tengas un multímetro que lo haga, o un medidor de inductancias es complicado. Podrias hacerlo con otros medios, pero eso implica tener otro tipo de instrumental o encara la construcción de uno.
Lo más fácil es bobinarla, no debe ser un inductor que lleva más de 200 vueltas bobinado al aire.
Efectivamente el diodo no es necesario (al menos en las simulaciones es igual).
Cuando termine las simulaciones, te voy a pasar una alternativa (basada en un UC3842) que creo que te va a convenir, ya que vas a poder REGULAR de forma bastante precisa la tensión de salida. El problema que hay con hacer el regulador sin realimentación que compare la tensión es que variando los tiempos de conducción de forma lineal, la tensión de salida si no tiene una carga lienal de corriente, no va a ser proporcional.
O sea, a 1 volt, el electroimán consume aproximadamente 10 mA, a 2 volts, 20 mA, etc, el consumo es proporcional a la tensión. En el primer caso, el consumo serian 0.01 watt, y en el segundo, 0.04 watts (la potencia se cuadruplicó), en cambio la variación de los tiempos de conducción y no conducción de la fuente, varian la POTENCIA que está entregando, o sea, entre un 1% de ciclo de trabajo y un 2% está duplicando la potencia.
Por eso creo que es necesario en realidad tener un comparador de tensión al cual se le aplica la rampa por un lado y la tensión de salida por otro y que este comparador sea el que le indique al generador de pulsos cuando cortas.
Creo que todo esto se soluciona (incluyendo el tema del driver del tr de salida) con el mencionado UC3842 y un comparador tipo LM393.
En cuanto lo termine, lo subo para que lo analices.
Si descartas lo imposible, lo improbable es la causa.

Avatar de Usuario
Sergi
Mensajes: 1723
Registrado: Vie Mar 17, 2006 10:35 am
País: El Segrià
Ciudad: Lleida
Ubicación: (a la derecha, según se mira, de la Vía Láctea)
Contactar:

#50 Mensaje por Sergi »

Hola a tod@s

Angel...

Gracias de nuevo por tu ayuda. Es cierto que lo más probable es que se pierda linealidad al pasar de la rampa de referencia a la intensidad del campo magnético. He estado mirando el Datasheet del UC3842 y parece muy buena opción para solucionar en lo posible este problema, y que tenga la etapa amplificadora para el mosfet incorporada lo hace aun más atractivo. La idea que tenía en mente era crearme mi propia vara de medir cuando el espectrógrafo funcionase, independientemente de como quedasen las posiciones relativas de los diferentes iones, y hacer las lecturas en función de esta regla relativa. Pero todo lo que pueda ganar en linealidad, mejor. Espero tu propuesta en candeletas.

De momento os cuento como van mis pesquisas...

El impulso en la puerta del IRFP inicialmente era así (atacado directamente con el optocoplador)...

Imagen


...y aunque el impulso en la salida del mosfet era limpio debía sufrir demasiado en los flancos de subida y bajada, por eso se quemo. No se puede gobernar la puerta de un mosfet directamente con un optocoplador. Así que eché mano de los componentes de que disponía en mi despensa de desguaze... y lo primero fue volver a conseguir un impulso limpio después del optocoplador.

Monté otro TL072, que ya me había demostrado su rapidez, aprovechando sus dos etapas, y además lo referencié con un divisor de tensión para buscar una transición lo más recta posible. Como la entrada del operacional es de muy alta impedancia y apenas le hacia cosquillas al optocoplador monté un LED con su resistencia de 1K a la salida del opto (de paso sirve como piloto de la situación de la rampa).

... con todo, la lectura en la salida del optocoplador (arriba) y en la salida de la segunda etapa del operacional (abajo) quedo así... (pulso de 15KHz)

Imagen

Ya solo faltaba montar la etapa de potencia de Angel para la puerta del mosfet. No tenía BC137 ni 138 pero encontré un par de BC139 y BC140 que supuse servirían igual. Todo el circuito quedo mas o menos así...

Imagen

(la resistencia sin valor del divisor de tensión que ataca la pata 6 y 2 del TL072 también es de 100K,... errar humano es)

La masa de la alimentación de 15V es común a la de la fuente de 312V. El circuito de 12V es independiente. Estoy buscando esta independencia porque la rampa de referencia la tengo que inyectar en los circuitos de control del monitor del espectrógrafo y tal vez en el ordenador del laboratorio, y no quiero que por una avería le entren los 312V y lo fría todo.



...Así pues el impulso en la salida del TL072 y en la puesta del mosfet quedo limpio y recto...

Imagen

Pude medir una duración, tanto en la rampa de subida como en la de bajada de menos de 0,2us, unas 100 veces más corta que antes.

Con el mosfet atacando una bombilla de 40W todo funciona a las mil maravillas, Regula perfectamente siguiendo la rampa de referencia, aunque esta claro que la bombilla trabaja atacada a impulsos, no con una tensión DC.

Le monté en electroimán a través de una bombilla de 1000W y regulaba bien. Aunque el IRFP se calentaba bastante en el punto de máxima potencia, al menos ahora aguanta el envite!!!.

En estas condiciones, en el flanco de bajada, en la puerta de mosfet, se producen unos rebotes de alta frecuencia muy feos, y no he podido solucionarlos con condensadores sin deformar de nuevo el impulso. También he podido medirlos en la alimentación de 15V y en la de 12V. parece que todo rebota con la fuerza del electroimán. Depende de como incluso provocan reseteos o relentizaciones en el circuito que genera la rampa.

Ahora el problema está en el filtraje en la salida del mosfet y en como conseguir una rampa lo más limpia posible de 0V a 312V en el electroimán...

Si simplemente le pongo un condensador sin polaridad de 20uF 400V en paralelo con el electroimán, este filtra completamente los impulsos y mantiene el electroimán a la máxima potencia todo el rato. Solo se para en el punto 0 de la rampa. El mosfet apenas se calienta y casi no hay rebotes de alta frecuencia (señal de que el IRFP aguanta perfectamente los casi 4A a 312V si trabaja bien)

Si la monto un rudimentario filtro, como el que indicó Angel, pero con lo que tenía a mano, un choque que saque de un SAI...

Imagen

Parece funcionar mejor...

Le puedo poner un condensador en paralelo al electroimán para filtrar lo que queda y los rebotes se amortiguan, pero el filtro se calienta mucho.

Si le pongo un condensador en paralelo al filtro, incluso de 20nF, todo se viene a bajo. Incluso impide el funcionamiento del circuito que genera la rampa. He llegado a pensar que emite radiofrecuencia y todo se ve afectado.

He encontrado una reactancia grandota que puede servir también de filtro, o un primario de un trafo de microondas sin núcleo...etc. Y algunas ideas más...

Continuaré las pruebas y ya os contaré

un saludo
"La manzana no nos echó del paraiso, sólo nos dejó ciegos para verlo"
Cecil Thousan

Responder

¿Quién está conectado?

Usuarios navegando por este Foro: No hay usuarios registrados visitando el Foro y 10 invitados