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Autor Tópico: Cerca eléctrica problemática (ressolvido)  (Lida 3087 vezes)

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Offline dropes

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Cerca eléctrica problemática (ressolvido)
« em: 08 de Dezembro de 2012, 00:57 »
Comecei à cerca de um mês a construir um aparelho para uma cerca eléctrica a partir de um esquema da Elektor Jun. 2006.
Até aqui tudo bem porque até confio nos circuitos desta revista, infelizmente as coisas não correm sempre como pensamos e já queimei alguns mosfets à custa disto.

A máxima tensão que o mosfet IRFP460 suporta é de 500V e esse valor está a ser ultrapassado no retorno da bobine.
Tem em paralelo com este transístor um díodo que impede tensões negativas mas não positivas.

Assim que se cria uma faísca no enrolamento secundário da bobine, o primário envia uma tensão positiva de retorno superior a 500V, se colocar um díodo no primário para bloquear este retorno, a tensão do secundário desce imenso.

Já testei de várias formas, e vi circuitos idênticos, entretanto não estou a conseguir resolver isto :(







Agradeço qualquer ideia, fiquem bem.
« Última modificação: 10 de Dezembro de 2012, 00:57 por dropes »

Offline Njay

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Re: Cerca eléctrica problemática
« Responder #1 em: 08 de Dezembro de 2012, 02:36 »
Parece-me que a intenção era ser o condensador a "absorver" a tensão de retorno, que depois descarrega através do MOSFET quando este liga. Essa bobina auto é o que eles recomendam no artigo? Se a indutância for muito grande face ao originalmente previsto, o condensador não consegue absorver a energia toda (teria que ser de maior valor) e a tensão vai subir. Outra forma de dar a volta à coisa é encurtar o tempo que o MOSFET tá ON, que assim a corrente não sobe tanto e o condensador já será capaz de absorver a energia toda.

Também é preciso garantir que o tempo de OFF do MOSFET é suficiente para a corrente na bobina ir a zero. É a variação da corrente em ordem ao tempo (quantos "A por s") que dita a tensão gerada no secundário; mais mais rápida a variação, maior a tensão. Ao colocares o diodo no primário a corrente não varia tanto, porque não deve estar a chegar a zero durante o tempo de OFF. Colcoar o diodo no primário e aumentar o tempo de OFF do MOSFET também me parece ser uma solução.

Isto tudo é muito fácil de perceber cara-a-cara e com um papel para desenhar, explicar por escrito é que é mais complicado.

Ao passar corrente a bobina armazena energia; essa energia é libertada tem que ser absorvida pelo condensador sem que este suba muito a tensão. Dito de outra forma: com o MOSFET ON a corrente na bobina sobe até um certo valor, e quando o MOSFET desliga essa corrente tem que continuar a fluir e dissipar-se em algum lado; a corrente deveria entrar no condensador (armazenando lá energia), o que faz com que a sua tensão suba, mas se o valor do condensador for apropriado a tensão não sobe "demasiado". Tudo isto pode ser calculado recorrendo às fórmulas dos condensadores e bobinas.

Quando excedes o limite de tensão dreno-fonte do MOSFET, ele age como um zener. Quando isto acontece diz-se que "entrou em avalanche". Os MOSFETs aguenta alguma energia de avalanche, mas quando ela excede os limites, eles caput. Isto também deve poder ser calculado com base na fórmula da energia armazenada na bobina e as specs de avalanche na datasheet do MOSFET.
« Última modificação: 08 de Dezembro de 2012, 02:44 por Njay »

Offline dropes

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Re: Cerca eléctrica problemática
« Responder #2 em: 08 de Dezembro de 2012, 17:13 »
Obrigado pela explicação Njay :)

Parece-me que a intenção era ser o condensador a "absorver" a tensão de retorno, que depois descarrega através do MOSFET quando este liga. Essa bobina auto é o que eles recomendam no artigo? Se a indutância for muito grande face ao originalmente previsto, o condensador não consegue absorver a energia toda (teria que ser de maior valor) e a tensão vai subir. Outra forma de dar a volta à coisa é encurtar o tempo que o MOSFET tá ON, que assim a corrente não sobe tanto e o condensador já será capaz de absorver a energia toda.

A bobine é a recomendada, até porque existem alguns circuitos com ela, a única coisa que alterei foi em volta do NE555, pois o comutador é diferente ao do artigo. O que este comutador faz, é alterar o tempo em que a saída está on, mas não o intervalo entre cada disparo que anda à volta de 1seg.
Citar
Também é preciso garantir que o tempo de OFF do MOSFET é suficiente para a corrente na bobina ir a zero. É a variação da corrente em ordem ao tempo (quantos "A por s") que dita a tensão gerada no secundário; mais mais rápida a variação, maior a tensão. Ao colocares o diodo no primário a corrente não varia tanto, porque não deve estar a chegar a zero durante o tempo de OFF. Colcoar o diodo no primário e aumentar o tempo de OFF do MOSFET também me parece ser uma solução.

De certa forma entendo, não há necessidade de saturar o primário e o comutador ajusta isso.
Citar
Ao passar corrente a bobina armazena energia; essa energia é libertada tem que ser absorvida pelo condensador sem que este suba muito a tensão. Dito de outra forma: com o MOSFET ON a corrente na bobina sobe até um certo valor, e quando o MOSFET desliga essa corrente tem que continuar a fluir e dissipar-se em algum lado; a corrente deveria entrar no condensador (armazenando lá energia), o que faz com que a sua tensão suba, mas se o valor do condensador for apropriado a tensão não sobe "demasiado". Tudo isto pode ser calculado recorrendo às fórmulas dos condensadores e bobinas.

Testei condensadores de vários valores até 6uF 400V, o resultado é uma fraca tensão no secundário.
O mesmo se passa se colocar um díodo no enrolamento do primário.
Citar
Quando excedes o limite de tensão dreno-fonte do MOSFET, ele age como um zener. Quando isto acontece diz-se que "entrou em avalanche". Os MOSFETs aguenta alguma energia de avalanche, mas quando ela excede os limites, eles caput. Isto também deve poder ser calculado com base na fórmula da energia armazenada na bobina e as specs de avalanche na datasheet do MOSFET.

Não entendi lá muito bem, sei que debita cerca de 3A quando está On, infelizmente é por pouco tempo que faz isso porque a tensão de retorno ultrapassa as limitações deste sacana, dá vontade de colocar um zener potente de 300V embora não seja a melhor forma de resolver o problema.

Mosfet: http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/I/R/F/P/IRFP460.shtml

Offline Hugu

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Re: Cerca eléctrica problemática
« Responder #3 em: 08 de Dezembro de 2012, 18:39 »
na revista recomendam o TLC555 e nao o NE555...n sei se poderá fazer diferença...

artigo:
http://bit.ly/RNjBwV

Offline Njay

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Re: Cerca eléctrica problemática
« Responder #4 em: 09 de Dezembro de 2012, 01:09 »
Quanto mais tempo a bobina estiver ON, mais a corrente aumenta. Quanto mais corrente, mais energia armazenada na bobina, que terá que ser depois dissipada.

O zener ja lá tens, é o MOSFET :). O problema é a energia que esse evento obriiga o MOSFET a dissipar. Se no final do periodo de ON estão a passar 3A e cortares a corrente "de repente", a tensão sobe até exceder o limite concreto do MOSFET, digamos 510V. Nesse ponto o MOSFET liga sozinho mas mantém a tensão dreno-fonte nos tais 510V (tal e qual como um zener). Os iniciais 3A que a bobina vai forçar significam que o MOSFET no momento inicial dissipa 510V x 3A = 1530W. A partir desse momento a corrente baixa e logo a potência dissipada também, mas como a inductância dessa bobina deve ser grande isso ainda demora um pouco, e o MOSFET ainda deve dissipar uma boa quantidade de energia. Numa montagem normal com zener tens sempre uma resistência para limitar a corrente; aqui nesta situação com o MOSFET em avalanche não tens.

Isso se calhar só analizando ao osciloscópio.

Offline Tech_JA

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Re: Cerca eléctrica problemática
« Responder #5 em: 09 de Dezembro de 2012, 10:41 »
Dropes e Njay,
Vou opinar mas sem ter a certeza do resultado final...

Se colocar-mos um díodo invertido, em paralelo com a bobine, tal como se faz nos relés, não vai eliminar a reactância da mesma quando se retira a alimentação? Será que resulta neste circuito?

Offline Njay

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Re: Cerca eléctrica problemática
« Responder #6 em: 09 de Dezembro de 2012, 15:09 »
O dropes já experimentou isso e diz que a tensão de saída baixa bastante.

2 dicas:

1) A elektor diz para não usar o NE555 (http://www.elektor.com/magazines/2006/may/electric-fence-energiser.58236.lynkx). Pode ter a ver com a corrente disponível na saída, embora a resistência de gate já limite isso imenso.

2) Neste esquema aqui o condensador está ligado de outra forma:
http://electronschematics.blogspot.pt/2011/06/simple-electrification-unit.html
Pelo artigo também já percebo como é que funciona (esquema tipico de ignição electrónica). Eles usam um tiristor mas um MOSFET também serve. A diferença para o circuito da elektor é o condensador que não está ligado da mesma forma e o esquema do link acima usa uma resistência para limitar a corrente. A teoria é carregar um condensador (C2, através de R3) e depois abrir o caminho (tiristor) para o condensador descarregar na bobina. Isto gera um pulso muito rápido no primário (tão rápido quanto o tiristor/MOSFET demorar a abrir).
Isso depois gera uma ressonância, ou seja, o condensador descarrega para a bobina, depois a bobina descarrega para o condensador, etc, até a energia se dissipar nas resistências do circuito (resistências internas do condensador e bobina, dos fios, e do diodo). O diodo em paralelo com o MOSFET é para conduzir a corrente quanto é a bobina a descarregar para o condensador, pois nesse estado a tensão é negativa ("ao contrário") (eu acho que não era preciso, o diodo intrinseco do MOSFET tratava disso, mas é só teoria).

Offline Tech_JA

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Re: Cerca eléctrica problemática
« Responder #7 em: 09 de Dezembro de 2012, 16:04 »
Desculpem, não tinha percebido que o Dropes já tinha testado com o díodo.
Dropes, no entanto, vê os links que envio porque tenho reparado circuitos semelhantes nas fontes de alimentação SMPS dos LCD e usam sempre díodos em paralelo com o primário, juntamente com um condensador em série e uma resistência de sangria:

http://www.lcdmonitorrepairebook.com/wp-content/uploads/2010/04/smps-schematic.png
http://www.eleccircuit.com/wp-content/uploads/2007/06/switching-1.png
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TND401-D.PDF

Faz um teste com o díodo + condensador +resistência, para ver se tens alguma melhoria no circuito... Não custa nada tentar  ;)

Offline dropes

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Re: Cerca eléctrica problemática
« Responder #8 em: 09 de Dezembro de 2012, 17:28 »
Ena tanta resposta, vocês são mesmo fixes  ;D

Sei que não devia usar o NE555 mas o TLC queimou-se e não tinha mais nenhum para testar, não vejo grande diferença no funcionamento em relação ao anterior, se conseguir por isto a funcionar já fico muito feliz e troco de IC.

A medição de 3A foi através da fonte em que dá para se ajustar a corrente e se esta ultrapassar acende um LED.

Tech_JA, em relação à colocação do díodo em paralelo com o primário comprova a resolução de um problema só que aparece outro já referido, entretanto vou experimentar fazer as ligações segundo o 2º url que deixas-te, já o 3º é muito detalhado e vou guardar para consultas posteriores, muita informação :)

Offline dropes

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Re: Cerca eléctrica problemática
« Responder #9 em: 10 de Dezembro de 2012, 00:53 »
Problema resolvido,
afinal o esquema do 2º url funcionou, é bem pensado e não estava a dar com a solução.
Estou de momento com um pico de 400V por 0.2ms o que considero bem razoável e dentro dos limites dos 500V.

« Última modificação: 10 de Dezembro de 2012, 01:17 por dropes »

Offline Tech_JA

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Re: Cerca eléctrica problemática (ressolvido)
« Responder #10 em: 10 de Dezembro de 2012, 01:01 »
 ;)