Các giải pháp chế tạo nguồn xung Flyback

[DTTH]

Các bạn thân mến,

Nằm trong loạt bài về dự án điện tử công suất dành cho cộng đồng, tôi mở luồng này chuyên thảo luận về các giải pháp thiết kế nguồn xung flyback, các kiểu nguồn khác không bàn tới để tránh phân tâm.

Chắc hẳn các bạn cũng thấy phong cách trả lời bài viết của tôi ở những luồng khác nhau đều theo hướng sử dụng công thức và lõi từ chính hãng, bỏ qua một thực tế là chúng ta đang ở Việt Nam, một đất nước đang và khó phát triển.



Hiện nay (thời điểm 7/2014) dùng công thức tính toán và sử dụng chất liệu có thông số là việc trên trời, các hãng cũng ngại support cho những đơn hàng nhỏ lẻ với một cam kết mơ hồ của người mua.

Sau một thời gian suy nghĩ nhằm dần dần hiện thực hóa cam kết về một số dự án, tôi đã tìm các tiếp cận khác, đó là hỗ trợ thiết kế dành cho người mới và chưa chủ động được kỹ thuật này, thiết kế theo hướng vật tư linh kiện có thể kiếm được ở VN (amatuer).

Khi đã dần nắm được nguyên lý hoạt động rồi thì chuyển sang chuyên nghiệp sẽ dễ dàng hơn rất nhiều.

Chủ đề này dành cho ai đang cần chế tạo một bộ nguồn xung flyback và chưa nắm được kỹ thuật này, với những bạn đã quá thành thạo, xin hãy đóng góp ý kiến tích cực, với những ai không tán thành cách làm này, hãy ủng hộ bằng cách giữ im lặng.

Hình thức thực hiện :

- Các bạn ra đề bài, tôi sẽ thiết kế giúp trong khả năng kiến thức của mình

- Thông số của bộ nguồn phải phục vụ cho thực tế, không mang tính đánh đố hay thách thức.

- Cố gắng thực hiện dựa trên những thứ phổ biến ở VN

- Ưu tiên sử dụng dòng UC384x vì nó thể hiện đầy đủ các phần của nguồn flyback, các giải pháp sử dụng IC tích hợp (TOP, Fairchild) để sau.

- Các thông số điện áp và dòng điện nên phổ thông để tái sử dụng cho người khác

- Mức công suất của bộ nguồn phải hợp lý, nên nhỏ hơn 150w

Sau khi có thiết kế, chúng ta chuyển sang phần thực hiện, các bạn layout PCB và quấn biến áp theo cách như đã thảo luận, chụp ảnh kết quả, phân tích đánh giá, tổng hợp giải pháp.

Chúng ta nên bắt đầu thôi.

[dcn_dt]

Em xin bắt đầu trước. Em ngóng anh từng giờ luôn :v. 1 ngày e vào xem không dưới 20 lần.
Đây là những gì em đã làm



Những linh kiện có dấu * là e chưa hàn trên mạch
Cuộn Aux e chưa có. vì em vướng trường hợp nguồn Aux dâng quá cao khi có tải nặng ở thứ cấp gây chết IC. Hiện tại em dùng 1 nguồn ngoài 24V để nuôi IC. mạch có thể chạy tạm ở 2A/12V nhưng nóng. chạy không tải cũng nóng (Không chấp nhận được). Điện trở ở mạch snuber (10K/2W) không chịu được (đang cháy dần)
Em dùng lõi tháo ở sạc laptop. thông số sạc là 19V-3.5A. và em mong muốn có thể làm được 12V/4A. Lõi này cũng có bán ở chợ thì phải (có thể tìm được). Mạch này em muốn làm để học cách làm nguồn.
Đây là hình ảnh về lõi. (nó có khe hở không khí):







A hướng dẫn cho em cách khảo sát tham số của lõi và chọn các thông số nhé. em cảm ơn.

[DTTH]

Quan sát sơ đồ mạch thì vẫn còn phải điều chỉnh nhưng chúng ta sẽ làm phần biến áp trước.

Nếu lõi của bạn đã có khe hở thì ta cần đo hệ số điện cảm AL để tính toán số vòng các cuộn dây.

Quá trình tính AL sau đây áp dụng cho mọi loại lõi có khe hở như EE, EI, ETD, EC ...

Cách xác định AL sử dụng một phương án đo điện cảm đã đề cập :

- Bạn quấn thử N=100 vòng dây nhỏ (d=0.4-0.5mm) vào lõi và cố định bobbin chặt với lõi, chú ý quấn rải đều dây - chặt chẽ

- Đo điện cảm được một giá trị L, quy đổi ra nH

- Tính AL = L / N^2 = L / 10000, đơn vị của AL bằng nT/N^2

- Thử nghiệm với một số vòng dây khác như 50 vòng hay 200 vòng, tính được AL trung bình.

Ví dụ : Quấn 100 vòng dây đồng nhỏ (~0.4mm), đo được L = 900uH = 90000nH

Tính được AL = 900000 / 10000 = 90 nT/N^2.

Sau khi bạn đưa ra được một giá trị AL tương đối chính xác, chúng ta sẽ chuyển qua phần tính toán điện tử.

Đề nghị bạn chụp ảnh lại quá trình đo AL.

Chúc thành công.

[DTTH]

Bạn cung cấp thêm một vài thông tin sau đây để kê đơn và bốc thuốc :

- Đơn vị của điện cảm trong bảng kết quả là gì ? mH, uH hay nH ?

- Khe hở không khí giữa hai lõi khoảng bao nhiêu mm ?

- Tiết diện lõi từ bằng bao nhiêu mm2 ?

[dcn_dt]

-Em đặt tên đơn vị điện cảm nhầm. nó là uH đấy ah. Trong phép tính Al e đã nhân nó với 1000 rồi.

-Khe hở không khí ~0.5mm (e dùng thước cặp và các biện pháp nghiệp vụ, để đo )

-Tiết diện lõi trụ tròn, đường kính: d=13.44mm ->S= 142 (m2)

[DTTH]

-Em đặt tên đơn vị điện cảm nhầm. nó là uH đấy ah. Trong phép tính Al e đã nhân nó với 1000 rồi.

-Khe hở không khí ~0.5mm (e dùng thước cặp và các biện pháp nghiệp vụ, để đo Click here to enlarge)

-Tiết diện lõi trụ tròn, đường kính: d=13.44mm ->S= 142 (m2)

Tiết diện lõi này lớn nhỉ, 142m^2 thì công suất này quá phí.

Thống nhất lấy trung bình AL = 360nH/N^2

Thông số kỹ thuật của bộ nguồn :

• Dải điện áp vào : 85VAC – 250VAC 50/60Hz

• Điện áp đầu ra : +12V/4A

• Hiệu suất n=75%

• Tần số hoạt động f = 50KHz

Tính toán các thông số điện:

• Tổng công suất đầu ra :

Po = 12 * 4 = 48W

• Công suất cung cấp đầu vào với hiệu suất 75% :

Pin = Po / n = 48 / 0.75 = 64W

• Điện áp DC đầu vào sau chỉnh lưu :

Vmin = 85*sqrt(2) = 120VDC

Vmax = 250*sqrt(2) = 353VDC

• Dòng điện trung bình lớn nhất đầu vào :

Iavmax = Pin / Vmin = 64/120 = 0.53A

• Dòng điện đỉnh trên khóa bán dẫn :

Ipk = 5.5 * Po / Vmin = 5.5 * 48 / 120 = 2.2A

Tính toán điện cảm sơ cấp nhỏ nhất :

Lpri = (Vin-min * Dmax) / (Ipk * f) = (120 * 0.45) / (2.2 * 50000) = 491 (uH)

Dmax là duty lớn nhất khi mạch flyback hoạt động ở chế độ gián đoạn, ta chọn Dmax=0.45

Hệ số điện cảm, ký hiệu AL , đơn vị nH/T2 (nH chia số vòng bình phương), đối với lõi này đo được 360 nH/N^2

Công thức tổng quát để tính số vòng cuộn sơ cấp như sau:

Npri = sqrt(Lpri / AL)

Lpri : là điện cảm sơ cấp đã tính ở trên, quy sang đơn vị nH

AL : Hệ số điện cảm nH/T2

Áp dụng ta có:

Npri = sqrt(491*1000 / 360) = 37 (vòng)

Dạng sóng của dòng điện sơ cấp là xung răng cưa, do vậy giá trị hiệu dụng bằng :

Ipri-rms = Ipk * sqrt(Dmax / 3) = 2.2 * sqrt(0.45/3) = 0.85 (A)

Ta dùng dây đồng đường kính 0.7mm cho cuộn sơ cấp, dây này có tiết diện là S=0.384 (mm2), lấy mật độ dẫn dòng trên dây đồng bằng J=5A/mm2

Mỗi sợi dây 0.7mm dẫn được S*J = 0.384 * 5 = 1.9 (A).

Như vậy ta cần 1 sợi dây 0.7mm cho cuộn sơ cấp.

Nếu cửa sổ quấn dây còn thừa thì có thể nâng số sợi lên để giảm tổn hao dẫn.

Sơ cấp là 37 vòng dây 0.7mm quấn 1 sợi

------------------------------------------------------------------

Số vòng cuộn thứ cấp :

Ns = Npri * (Vo+Vd) * (1 - Dmax) / (Vin-min * Dmax) = 37 * (12 + 0.8)*(1 - 0.45) / (120 * 0.45) = 4.8 (T) , lấy tròn thành 5 vòng

Ở đây Vd là điện áp rơi thuận của diode chỉnh lưu thứ cấp , trong sơ đồ dùng loại MBR20100 có Vd = 0.8V.

Dòng thứ cấp yêu cầu là 4A, ta có thể dùng 2 sợi dây >0.8mm ở mật độ 5A/mm2

Số vòng cuộn phụ AUX ta có thể quấn 5 vòng, hoặc điều chỉnh chút ít qua thực nghiệm, dùng dây nhỏ.

---------------------------------------------------------------------

Cách quấn biến áp để giảm thiểu điện cảm rò :

- Quấn nửa số vòng dây sơ cấp (18 vòng) và dừng lại tại một chân trung gian

- Quấn băng keo cách điện

- Quấn 5 vòng dây cuộn thứ cấp (chú ý chiều quấn dây phù hợp với định luật cảm ứng điện từ)

- Thêm một lớp băng keo

- Quấn nốt nửa sơ cấp còn lại (19 vòng) từ chân trung gian đến cuối

- Thêm một lớp băng keo

- Quấn cuộn nguồn phụ AUX ngoài cùng.

- Thêm một lớp băng keo

- Nếu không đủ cửa sổ quấn dây, phải giảm chỉ tiêu dòng thứ cấp (và công suất)

- Ghi lại chiều quấn các cuộn dây để đối chiếu và kiểm tra

- Cố định chặt lõi từ với bobbin, khi chạy thật phải tẩm sấy keo chết.

Chú ý : Các sợi dây đều khá lớn, khi quấn phải dàn đều dây, tránh trồng chéo, nổi cục, làm tăng điện cảm rò.

Vẫn quay phim chụp ảnh quá trình quấn biến áp nhé.

Phần mạch điện tử vẫn cần tính toán và điều chỉnh, đừng manh động.

[biphuc]

2in1 ??????????????????

[thetung]

-Hình như có gì bất ổn, em thấy L không tăng tuyến tính với số vòng dây N.

Điện cảm tăng theo bình phương của số vòng dây bạn ạ.....

[dcn_dt]

Tối về e sẽ tiến hành quấn biến áp. Hiện tại e đang xem lại các công thức của a và có vài thắc mắc thế này:

-UC3842 có Duty max=100%, vậy tại sao ta lại chọn Dmax=0.45 mà không phai la 0.99 hay 0.90.

-Có phải khi chạy không tải (tải nhẹ) thì mạch flyback sẽ chạy ở chế độ không liên tục, còn khi có tải (nặng) nó sẽ chạy ở chế độ liên tục ? (Mong a giải thích cho em chỗ này ah).

-Tính tiết diện dây theo dòng điện trung bình đúng không ah. Nếu đúng thì em có thể dùng dây có S=Irms/5 =0.85/5=0.17 (mm^2) tức là dây có đường kính d=0.46 (lấy dây 0.5) cho cuộn sơ cấp có được không ah ?

-Em chưa thấy xuất hiện tham số: độ rộng khe hở không khí ?

[DTTH]

2in1 ??????????????????

Mong các bạn khi post bài dù ít hay nhiều đều đóng góp giá trị gia tăng về kiến thức cho diễn đàn, cùng nhau xây dựng luồng có giá trị

[dcn_dt]

Mong các bạn khi post bài dù ít hay nhiều đều đóng góp giá trị gia tăng về kiến thức cho diễn đàn, cùng nhau xây dựng luồng có giá trị.

A online thì trả lời giúp em mấy thắc mắc ở page1 với ah.

[DTTH]

Tối về e sẽ tiến hành quấn biến áp. Hiện tại e đang xem lại các công thức của a và có vài thắc mắc thế này:

-UC3842 có Duty max=100%, vậy tại sao ta lại chọn Dmax=0.45 mà không phai la 0.99 hay 0.90.

-Có phải khi chạy không tải (tải nhẹ) thì mạch flyback sẽ chạy ở chế độ không liên tục, còn khi có tải (nặng) nó sẽ chạy ở chế độ liên tục ? (Mong a giải thích cho em chỗ này ah).

-Tính tiết diện dây theo dòng điện trung bình đúng không ah. Nếu đúng thì em có thể dùng dây có S=Irms/5 =0.85/5=0.17 (mm^2) tức là dây có đường kính d=0.46 (lấy dây 0.5) cho cuộn sơ cấp có được không ah ?

-Em chưa thấy xuất hiện tham số: độ rộng khe hở không khí ?

Thực ra thì UC3842 có thể hoạt động ở duty lớn hơn 0.5 nhưng trong các vòng điều khiển theo kiểu Peak Current Mode, nếu duty lớn hơn 0.5 sẽ bắt đầu mất ổn định, thậm chí sinh dao động, để khắc phục cần trích một phần xung tam giác từ tụ dao động của UC về chân phản hồi dòng điện.



Kiểu này còn gọi là bù độ dốc, bước đầu nên làm đơn giản trước đã, những thứ sâu sắc về lý thuyết chúng ta sẽ để sau.

Căn cứ để tính tiết diện dây dựa trên dòng hiệu dụng là đúng nhất, đối với dòng điện xoay chiều sine hoặc không sine, dòng trung bình có thể rất nhỏ thậm chí bằng 0, không phản ánh đúng yêu cầu về tiết diện dây dẫn.

Về tham số khe hở không khí, thực chất của vấn đề là xác định khe hở sao cho lõi từ không bị bão hòa ở dòng điện Ipk, điện cảm Lpri, tiết diện lõi Ac, cảm ứng từ Bmax.



Đơn vị Ac là cm2, đơn vị của Bmax là Gauss.

Nếu tính toán ra khe hở rất lẻ thì lấy tăng khe hở về giá trị gần nhất của hãng cung cấp.

Sau đó số vòng dây được tính theo công thức :



Trong đó L_gap(actual) là khe hở chuẩn sau khi chọn lõi làm tròn từ bước trên.

Đây là bài toán chuẩn, chả có gì mà phải lăn tăn, chọn lõi xịn, ship hàng về, quấn đúng là chạy.

Nhưng chúng ta đang phải cưa bom để lấy thuốc nổ và vỏ sắt đem bán, đành phải tính cách khác (nhưng cũng không quá tệ).

Thông số AL được định nghĩa là hệ số điện cảm trên 1000 vòng dây, điện cảm phụ thuộc vào số vòng, tiết diện lõi từ, độ từ thẩm.

Như vậy AL mang trong mình giá trị của khe hở không khí (thông qua độ từ thẩm kết hợp của ferrite-không khí).

Do đó nếu khe hở ngắn sẽ cho giá trị AL lớn và ngược lại, để cho chắc ăn nên chọn khe hở lớn, đối với lõi này 0.5mm là khá an toàn.

Đo được giá trị AL rồi thì tính trung gian ra số vòng dây thôi.

[dcn_dt]

Đã có kết quả ban đầu a.

-Em quấn 15T dây sơ cấp trước (không chia đôi vì đến 15T nó chẵn) (1 dây 0.75).

-1 lớp băng cách điện rồi đến 5T thứ cấp (dây 0.4 chập 8)

-1 lớp băng keo rồi đến 22T dây sơ cấp còn lại.

-1 lớp băng keo rồi đến 5T Aux

-Quấn xong 1/2 cuộn sơ cấp và chuẩn bị quấn thứ cấp


-Quấn xong thứ cấp


-Chạy 12V/4.3A đến phút thứ 25, nhiệt độ lúc này đo được trên tản nhệt là 56 độ C. Vẫn đang tiếp tục đốt điện. Chạy không tải thì tản nhiệt mát lạnh. Vậy là tốt hơn rất nhiều rồi. Đang sướng âm ỉ

Đây là toàn cảnh mạch, đồng hồ đo dòng áp, tải


-R snuber (10K/2W) ko chịu được và nó đang đổi màu. Khắc phục vấn đề này như thế nào được a?

[Cocacola&7UP]

Mình xài TVS 200V với HER308 , thay cho snubber




Tản nhiệt nóng quá nếu so với nguyên bản , trong vỏ nhựa mà như thế thì cháy mất, xem lại hiệu suất

[Cocacola&7UP]

Với adapter 3.5A , cũng đã thử lên tới 4A , qua đêm mà cũng có nhiệt ở mức như khi cắm vô notebook thôi