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Atividade #592

Fechada

Meta #361: Nova Placa de Chute

Prototipagem do circuito Flyback Converter

Adicionado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo quase 7 anos atrás. Atualizado quase 6 anos atrás.

Situação:
Fechada
Prioridade:
Alta
Início:
19/02/2018
Data prevista:
23/02/2018

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

Flyback Converter RoboIME2018.PNG (41,6 KB) Flyback Converter RoboIME2018.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 19/02/2018 12:48 h
BOM Flyback Converter.PNG (40,8 KB) BOM Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 27/02/2018 23:15 h
Draftsman Flyback Converter.PNG (388 KB) Draftsman Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 01/03/2018 20:25 h
Esquematico Flyback Converter.PNG (86,4 KB) Esquematico Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 01/03/2018 20:25 h
Draftsman Flyback Converter.PNG (407 KB) Draftsman Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 02/03/2018 10:42 h
Bottom Layer Flyback Converter.PNG (33,8 KB) Bottom Layer Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 02/03/2018 10:44 h
Top Layer Flyback Converter.PNG (44,4 KB) Top Layer Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 02/03/2018 10:44 h
picture138-1.png (2,45 KB) picture138-1.png Luiz Renault Leite Rodrigues, 03/03/2018 21:46 h
picture206-1.png (48,8 KB) picture206-1.png Luiz Renault Leite Rodrigues, 03/03/2018 22:02 h
Top Layer Flyback Converter.PNG (40,5 KB) Top Layer Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 05/03/2018 11:43 h
Bottom Layer Flyback Converter.PNG (33 KB) Bottom Layer Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 05/03/2018 11:43 h
Modelo 3D Flyback Converter.PNG (410 KB) Modelo 3D Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 05/03/2018 11:44 h
Regra Altium.PNG (45,3 KB) Regra Altium.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 05/03/2018 12:38 h
Top Layer Flyback Converter.PNG (65,9 KB) Top Layer Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 05/03/2018 12:39 h
Top Layer Flyback Converter.PNG (63 KB) Top Layer Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 05/03/2018 15:46 h
Regra Altium.PNG (63,2 KB) Regra Altium.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 05/03/2018 15:46 h
Top Layer Flyback Converter.PNG (62,5 KB) Top Layer Flyback Converter.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 05/03/2018 17:40 h
picture164-1.png (5,35 KB) picture164-1.png Luiz Renault Leite Rodrigues, 05/03/2018 18:17 h
picture673-1.png (112 KB) picture673-1.png Luiz Renault Leite Rodrigues, 05/03/2018 18:29 h
picture19-1.png (53,4 KB) picture19-1.png Luiz Renault Leite Rodrigues, 05/03/2018 18:38 h
picture19-2.png (62,2 KB) picture19-2.png Luiz Renault Leite Rodrigues, 05/03/2018 18:38 h
picture711-1.png (50,2 KB) picture711-1.png Luiz Renault Leite Rodrigues, 05/03/2018 18:46 h
Simu Charge sem Cap.PNG (40 KB) Simu Charge sem Cap.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 06/03/2018 19:35 h
Simu 1uF.PNG (28,7 KB) Simu 1uF.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 08/03/2018 12:36 h
Simu 470nF.PNG (29,8 KB) Simu 470nF.PNG João Guilherme Oliveira Carvalho de Melo, 08/03/2018 12:36 h
Ações #1

Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Meloquase 7 anos

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
Res 36K5 -> Res 33K 0402 SMD
Res 2K49 -> Res 2K2 0402 SMD
Demais capacitores: Os demais capacitores de desacoplamento podem ser encontrados no Vault da Imbel com dimensões 0603.
- O capacitor do chute, a princípio, não será alterado para a nova placa.

Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Meloquase 7 anos

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)

Ações #3

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 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 Meloquase 7 anos

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)

Ações #5

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 7 anos

Vocês vem à IMBEL hoje? Tem bastante coisa para discutirmos desse layout.

Ações #6

Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Meloquase 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.

Ações #7

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 7 anos

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.

Ações #8

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 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 João Guilherme Oliveira Carvalho de Meloquase 7 anos

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)

Ações #11

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 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 Meloquase 7 anos

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)

Ações #13

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 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 Meloquase 7 anos

O da placa atual é de 470nF.
Alterei a regra de clearence, está ok?
![](Regra Altium.PNG)
![](Top Layer Flyback Converter.PNG)

Ações #15

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 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.

Ações #16

Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Meloquase 7 anos

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)

Ações #17

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 7 anos

Usar capacitor de tântalo ou eletrolítico.

O projeto está atualizado no repositório? Posso alterar?

Ações #18

Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Meloquase 7 anos

Vou atualizar o git para o senhor poder alterar.

Ações #19

Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Meloquase 7 anos

Git atualizado.

Ações #20

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 7 anos

Qual a capacitância mínima na saída para manter o flyback estável?

Ações #21

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 7 anos

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)

Ações #22

Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Meloquase 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.

Ações #23

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 7 anos

Veja o que acha desta configuração. Já subi no git.

picture673-1.png

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 7 anos

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.

Ações #25

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 7 anos

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)

Ações #26

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 7 anos

Outra coisa, qual a distância mínima de isolamento para 250V em FR4 com umidade relativa do ar acima de 95%?

Ações #27

Atualizado por João Guilherme Oliveira Carvalho de Meloquase 7 anos

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

Ações #28

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 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 Meloquase 7 anos

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.

Ações #30

Atualizado por Luiz Renault Leite Rodriguesquase 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.

Ações #31

Atualizado por Onias Castelo Brancoquase 6 anos

  • Situação alterado de Feedback para Fechada

funcionou!

Ações

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