Atividade #592
FechadaMeta #361: Nova Placa de Chute
Prototipagem do circuito Flyback Converter
Descrição
Após estudo da placa de chute da Tigers, foi elaborado e testado um circuito com a mesma topologia Flyback adaptado para uso no nosso projeto, segue abaixo o esquemático do circuito.
![Flyback Converter](Flyback Converter RoboIME2018.PNG)
O esquemático foi elaborado a partir de exemplos de utilização do CI LT3750 que podem ser vistos no seu [Datasheet](http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3750fa.pdf). Os componentes foram selecionados à partir das recomendações do mesmo datasheet, comparando preços e funcionamento. A simulação do circuito apresentou resultado excelente, carregando o capacitor a 181V em cerca de 2,5 segundos.
O teste do circuito de carregamento deve ser realizado antes de avançar para a elaboração do circuito de disparo do capacitor.
Arquivos
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
- Arquivo BOM Flyback Converter.PNG BOM Flyback Converter.PNG adicionado
Devido à corrente muito alta (9A) passando pelo MOSFET, o resistor de 8mOhm foi alterado para 15mOhm, reduzindo assim a corrente para 5,2A e aumentando o tempo de carga do capacitor para cerca de 3,5 segundos.
Componentes selecionados para o circuito:
- LT3750: Flyback Charger.
- DA2034: Transformador desenvolvido propriamente para uso em circuitos Flyback com o CI LT3750. Corrente máxima suportada no lado primário: 9A.
- Resistor de 15mOhm: Devido à potência de 0,4W que deve ser dissipada no resistor, foi selecionado um 1206 com capacidade de 1W.
- CSD18540Q5B: MOSFET escolhido pelo Vault da Imbel que atende aos requisitos do ckt.
- ES3J: Diodo retificador com capacidade de 3A de corrente direta e 600V de voltagem reversa. Não encontrei nenhum diodo semelhante no vault.
- Capacitor tanque: os 3 capacitores de aluminio de 56uF podem ser substituídos por um de 100uF sem prejudicar o funcionamento do circuito. O componente consta no Vault da Imbel como Cap Alum 100uF 20% 80V SMD.
- Demais resistores: Alterando um pouco alguns valores de resistores, podemos encontrar todos também no Vault sem prejudicar o funcionamento, assim temos as seguintes alterações:
Res 43K > Res 42K2 0402 1% SMD Demais capacitores: Os demais capacitores de desacoplamento podem ser encontrados no Vault da Imbel com dimensões 0603.
Res 36K5 -> Res 33K 0402 SMD
Res 2K49 -> Res 2K2 0402 SMD
- O capacitor do chute, a princípio, não será alterado para a nova placa.
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
- Arquivo Draftsman Flyback Converter.PNG Draftsman Flyback Converter.PNG adicionado
- Arquivo Esquematico Flyback Converter.PNG Esquematico Flyback Converter.PNG adicionado
- Situação alterado de Em andamento para Feedback
- Prioridade alterado de Normal para Alta
A placa está pronta para prototipagem, mas preciso de um Feedback para corrigir eventuais erros e afins.
Algumas observações sobre o protótipo:
- Os pinos da placa foram mantidos os mesmos da antiga para que o protótipo possa ser testado ligando diretamente no robô, mas isto pode ser alterado futuramente com as mudanças na placa mãe;
- Dos componentes utilizados no projeto, não constam no Vault da Imbel: O CI LT3750, o transformador DA2034, O resistor de 15mOhm e o diodo ES3J. Não chequei o estoque dos componentes que constam no Vault.
- De acordo com o Datasheet do LT3750 o pino CHARGE necessita de um degrau de voltagem para ser ativado, mas atualmente os conectores da placa mãe para a placa de chute nos dão apenas sinais de Vcc (7,4V) e GND. Apenas ligar direto no Vcc pode funcionar para fins de prototipagem?
Trecho do Datasheet: "To properly enable the device, a step input with a minimum ramp rate of 1V/µs is required."
![Draftsman Flyback Converter](Draftsman Flyback Converter.PNG)
![Esquematico Flyback Converter](Esquematico Flyback Converter.PNG)
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
Gostaria de ver o Bottom Layer.
As trilhas me parecem muito estreitas. Qual largura está usando?
Acredito que charge no VCC vá funcionar.
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
- Arquivo Draftsman Flyback Converter.PNG Draftsman Flyback Converter.PNG adicionado
- Arquivo Bottom Layer Flyback Converter.PNG Bottom Layer Flyback Converter.PNG adicionado
- Arquivo Top Layer Flyback Converter.PNG Top Layer Flyback Converter.PNG adicionado
O drafts que enviei estava desatualizado com o PCB, este é o correto:
![Drafts](Draftsman Flyback Converter.PNG)
Utilizei a largura de trilha padrão do Altium 0.254mm para os sinais e 2mm para alta potência.
Seguem imagens do PCB:
![Bottom Layer](Bottom Layer Flyback Converter.PNG)
![Top](Top Layer Flyback Converter.PNG)
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
Vocês vem à IMBEL hoje? Tem bastante coisa para discutirmos desse layout.
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
Atualizei o [projeto no github](https://github.com/roboime/Electronic_Boards/tree/master/Flyback%20Conveter%202018) com as devidas alterações no PCB, mas estou tendo um problema com relação aos planos de alta potência, pois estão infringindo alguma regra que não consegui identificar para poder alterar. Também não consegui configurar os pads do resistor de alta potência.
No momento estou trabalhando em criar os modelos 3D dos componentes que estão sem.
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
- Arquivo picture138-1.png picture138-1.png adicionado
Sempre colocar as imagens sobre o que está falando. Poderia já inserir imagem sobre o erro.
Para verificar qual o erro você pode clicar com o direito e ir em Violations. Isso mostraria que o polígono não havia sido resedenhado (Repour) depois da edição.
Bastava dar um TGA. Ainda, precisa acertar as regras para remover os Thermal Reliefs dos polígonos de potência. ![](picture138-1.png)
Você pode fazer isso por componente, criando um Component Class ou por Nets, criando Net Classes.
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
Pense em um layout mais ou menos como este.
Outra opção é colocar os componentes SMD no bottom, o trafo, capacitores e conectores no TOP.
Assim ganha espaço para o CKT de descarga.
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
- Arquivo picture206-1.png picture206-1.png adicionado
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
- Arquivo Top Layer Flyback Converter.PNG Top Layer Flyback Converter.PNG adicionado
- Arquivo Bottom Layer Flyback Converter.PNG Bottom Layer Flyback Converter.PNG adicionado
- Arquivo Modelo 3D Flyback Converter.PNG Modelo 3D Flyback Converter.PNG adicionado
Atualizei o git novamente. Aguardo feedback.
![Top Layer](Top Layer Flyback Converter.PNG)
![Bottom Layer](Bottom Layer Flyback Converter.PNG)
![Modelo 3D](Modelo 3D Flyback Converter.PNG)
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
Excelente. Quase lá.
Rotacionar o capacitor eletrolítico em 90 graus, para aproximar o pad VBAT do trafo e conector.
Qual capacitor foi colocado para servir de tanque para o circuito quando não estiver com o capacitor externo conectado? Deveria ser algo em torno de 10 a 100uF 250V.
Rotear novamente o caminho de alimentação do CI, pois está passando por dentro do mosfet de potência. Isso dificultará a solda e poderá gerar ruído nesta linha.
Configurar os polígonos para sobrepor os objetos de todos os tipos, e não só outros polígonos e pads.
Ainda acho que seja possível manter a placa em apenas uma camada, removendo as vias dos dois sinais.
Criar uma regra para manter a distância entre planos e pads de pelo menos 0.5mm, para facilitar a soldagem.
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
- Arquivo Regra Altium.PNG Regra Altium.PNG adicionado
- Arquivo Top Layer Flyback Converter.PNG Top Layer Flyback Converter.PNG adicionado
Usei um capacitor de 470pF: CAP CER 470PF 250V 10% X7R 0603. Foi o valor mais alto de capacitância que encontrei no Vault com capacidade de 250V, também encontrei um de 1000pF com capacidade de 2kV e tamanho 1206.
A regra para alterar é essa?
![](Regra Altium.PNG)
![](Top Layer Flyback Converter.PNG)
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
A regra é de clearance normal. No critério de consulta você tem que colocar polígonos e pads de nets diferentes.
utilizar capacitor de 10 a 100uF 250V pelo menos. Qual é o que está sendo utilizado na placa atual?
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
- Arquivo Top Layer Flyback Converter.PNG Top Layer Flyback Converter.PNG adicionado
- Arquivo Regra Altium.PNG Regra Altium.PNG adicionado
O da placa atual é de 470nF.
Alterei a regra de clearence, está ok?
![](Regra Altium.PNG)
![](Top Layer Flyback Converter.PNG)
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
A regra está correta, mas veja como o caminho de GND ficou prejudicado com a passagem do VCC por baixo.
Além disso, me parece que os três capacitores que colocou ao lado do Mosfet deveriam ficar no caminho de corrente do VCC. Talvez devesse colocá-los na parte de cima do trafo ou próximo ao capacitor eletrolítico.
Falta acertar o capacitor de saída e remover os jumpers com vias.
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
- Arquivo Top Layer Flyback Converter.PNG Top Layer Flyback Converter.PNG adicionado
Capitão, não existem capacitores de cerâmica de 250V entre 10uF e 100uF na mouser, os mais próximos são de 3.3uF, dimensões 2220, e custam 5U$ a unidade. Não seria melhor manter o mesmo capacitor da placa antiga de 470nF?
Mudei a posição dos 3 capacitores, movi para cima do trafo.
![](Top Layer Flyback Converter.PNG)
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
Usar capacitor de tântalo ou eletrolítico.
O projeto está atualizado no repositório? Posso alterar?
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
Vou atualizar o git para o senhor poder alterar.
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
Git atualizado.
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
Qual a capacitância mínima na saída para manter o flyback estável?
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
- Arquivo picture164-1.png picture164-1.png adicionado
Quando eu passar a orientação, tem que ir batendo as gaivotas para não ficar nada de fora.
Configurar os polígonos para sobrepor os objetos de todos os tipos, e não só outros polígonos e pads. ![](picture164-1.png)
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
Com relação ao carregamento do circuito o Datasheet não cita nenhuma restrição ao valor do capacitor, mas recomenda valores da ordem de centenas de uF ou maior por causa do descarregamento brusco.
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
- Arquivo picture673-1.png picture673-1.png adicionado
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
- Arquivo picture19-1.png picture19-1.png adicionado
- Arquivo picture19-2.png picture19-2.png adicionado
Percebi que seu circuito está bem diferente da simulação.
Respeitar as seguintes condições:
![](picture19-1.png)
Ou seja, colocar os capacitores de desacoplamento próximo destes pinos.
![](picture19-2.png)
Centenas de uF.
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
- Arquivo picture711-1.png picture711-1.png adicionado
Veja também o desacoplamento entre Vtrans e VCC.
Será que poderá haver algum problema os dois conectados? Como foi feito na simulação. Você simulou a resistência da bateria?
![](picture711-1.png)
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
Outra coisa, qual a distância mínima de isolamento para 250V em FR4 com umidade relativa do ar acima de 95%?
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
- Arquivo Simu Charge sem Cap.PNG Simu Charge sem Cap.PNG adicionado
Estou usando a configuração do senhor, porém com os capacitores de desacoplamento ao lado do CI, como recomendado.
O circuito está com valores diferentes em alguns componentes pois tentei utilizar o máximo de componentes que estivessem no Vault da Imbel. Já refiz a simulação com todos os valores alterados e a única diferença foi um aumento leve na oscilação da voltagem durante o carregamento.
Sobre o capacitor, o mais próximo que encontrei do recomendado foram capacitores eletrolíticos de alumínio de 200V e 100uF. Pelas simulações o carregamento está indo até aproximadamente 185V, então talvez não haja problema.
Fiz a simulação com os componentes do Layout (sem o capacitor externo, apenas o capacitor de 100uF que citei acima), o resultado está abaixo. Não simulei a resistência da bateria.
![simulação](Simu Charge sem Cap.PNG)
No momento estou tentando elaborar um Layout com o capacitor de 100uF e 200V que encontrei, mas as dimensões dele são muito grandes (18x21x21).
Ainda acho que poderíamos usar capacitores menores com um resistor em série como no circuito antigo, pois a nova placa só irá carregar quando conectada à placa mãe, devido ao pino de charge enable, e quando estiver conectada à placa mãe também estará conectada ao capacitor externo de 2mF, que atende à recomendação.
Datasheet do CAP 100UF 200V: https://www.mouser.com/ds/2/315/ABA0000C1202-947653.pdf
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
Você chegou a pesquisar sobre estabilidade de fontes chaveadas?
Faça a simulação com um capacitor de 1uF na saída.
Depois faça novamente com 470nF.
Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo há quase 7 anos
- Arquivo Simu 1uF.PNG Simu 1uF.PNG adicionado
- Arquivo Simu 470nF.PNG Simu 470nF.PNG adicionado
Não pesquisei sobre, vou ler à respeito agora pela manhã. O senhor teria alguma referência para recomendar?
Simulações:
1uF:
![](Simu 1uF.PNG)
470nF:
![](Simu 470nF.PNG)
Acredito que o de 1uF poderia ser uma boa escolha.
Atualizado por Luiz Renault Leite Rodrigues há quase 7 anos
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN1681-D.PDF
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/TND352-D.PDF
A questão é que se a capacitância de saída for muito baixa, em poucos ciclos a tensão pode ficar muito alta, ou abaixar muito rápido, podendo levar à instabilidade.
O Datasheet não trata de capacitâncias de saídas baixas pois normalmente este não é o objetivo do circuito e ninguém o emprega desta forma.
Em reguladores lineares, por exemplo, que são bem mais simples em termos de malha de controle, é necessário capacitor da ordem de alguns uF para a estabilidade.
É um caso a ser levado em consideração.
Veja um capacitor eletrolítico de tamanho similar ao capacitor de entrada.
Atualizado por Onias Castelo Branco há quase 6 anos
- Situação alterado de Feedback para Fechada
funcionou!