fontes de alimentação comutadas
Post on 16-Apr-2017
15.538 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 1
Fontes de Alimentação
Comutadas
Não concordo com o acordo ortográfico
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 2
Fonte Linear vs Fonte Comutada
Os Reguladores Comutados e os Reguladores Lineares, usam técnicas bem diferentes, para produzirem uma voltagem de saída regulada, a partir de uma tensão de entrada não regulada.
Cada uma das técnicas tem as suas vantagens e desvantagens, pelo que será a sua aplicação a determinar qual a técnica mais acertada.
As Fontes de alimentação Lineares só podem baixar a tensão de entrada para produzir na saída uma voltagem de saída mais baixa.
Isto é conseguido com transistores bipolares ou Mosfet’s em série operando em modo linear: quer dizer, a condução de elemento Série, varia proporcionalmente de modo a manter constante a voltagem de saída. Funcionando deste modo, significa que haverá sempre uma queda de tensão (headroom voltage/Vdrop) entre a tensão de entrada e a de saída.
Consequentemente o regulador dissipa uma potência considerável, dada pela queda de tensão vezes a corrente da carga.
É devido a esta perda de potência que os Reguladores Lineares apresentam Rendimentos na ordem de 36 a 65%.
Por exemplo, se um regulador de 5.0 V tem uma entrada de 12 V para uma corrente de carga de 100 mA o regulador tem que dissipar 700 mW, para fornecer uma potência útil na carga de 500 mW o que perfaz um Rendimento de 42%, muito baixo portanto.
Os custos de dissipação, fazem com que os Reguladores Lineares não sejam economicamente rentáveis para aplicações superiores a 10W.
Abaixo dessa potência são contudo viáveis em aplicações de abaixamentos de tensão..Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 3
Requerem poucos componentes e são fáceis de construir.
O desenho das fontes de alimentação comutadas é complicado, sobre tudo no que se refere á sua regulação.
Fonte Linear
Fonte Comutada
A diferença de tensão entre a fonte primaria e a tensão de saída é absorvida por um elemento que controla toda a corrente que circula na carga
Entre a fonte primária e a carga coloca-se um interruptor e um filtro passivo. No interruptor nunca estão presentes duma vez tensão e corrente.
Alto rendimento
Rendimento baixo
Pequenas emanejáveis
Pesadas evolumosas
Ruidosas
Não irradiam ruído
Trabalham com a frequência da rede (ou com o dobro de esta), pelo que os componentes passivos que incorporam (bobinas e condensadores) são grandes.
Trabalham a frequências elevadas (dezenas ou centenas de KHz), o que permite usar bobinas e condensadores mais pequenos.
Complexas
Simples
Intr
oduç
ão
Fonte Linear vs Fonte Comutada
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 4
As Fontes de Alimentação Comutadas funcionam através da rápida comutação do elemento série do regulador, entre dois estados de funcionamento bastante eficientes: O Corte (cutoff), em que uma alta tensão esta aplicada ao elemento Série mas em que não há circulação de corrente; e a Saturação (saturation), em que há uma alta circulação de corrente através do elemento série mas uma queda de tensão muito pequena.
Essencialmente, o semicondutor comutador de potência, gera uma tensão AC a partir de uma entrada DC.
Esta tensão AC pode ser elevada (stepped-up) ou reduzida (stepped-down), por meio de transformadores, e depois rectificada e filtrada para DC novamente.
As Fontes de Alimentação Comutadas são muito mais eficientes, na ordem de 65 a 95%, do que as Fontes Lineares.
Um dos problemas das Fontes Comutadas é o seu desenho e construção, pois é consideravelmente mais complexa.
Adicionalmente, a voltagem de saída contém ruídos da comutação que pode ser removida por vários métodos.
Há, no entanto, uma clara diferença entre Reguladores Lineares e Reguladores Comutados; muitas aplicações requerem o uso dos dois tipos de reguladores.
Por exemplo, um Regulador Comutado fornece a regulação inicial e depois os reguladores Lineares fornecem a regulação final, aos circuitos mais sensíveis a ruídos como sensores interfaces etc.
Fonte Linear vs Fonte Comutada
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 5
VT+ -
VO
+
-
Iin
IR Iin
= (VOIR) / (VinIin)
VO / Vin
IR
O rendimento depende da tensão de entrada. O conversor (regulador) só pode reduzir a tensão de entrada.
Conversores CC/CC Lineares
Fonte Linear vs Fonte Comutada
Cálculo do rendimento
Vin
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 6
Conversores CC/CC comutados
Carga
Regulador linear
Carga
VinPWM
VO
+
-
VO
Vin
t
Regulador comutado
Idea básica
Fonte Linear vs Fonte Comutada
VOut
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 7
Pequeno tamanho e peso em relação à potência. Alto rendimento 70 a 97% (os transistores (FET’s) funcionam como comutadores, ou estão no
corte ou na saturação, pelo que a potência neles dissipada é baixa). Dependendo da potência, menor custo (é economicamente indicada para circuitos cujo
consumo de energia é superior a 20W). Sistema de protecção ultra rápido. Maior interactividade com os circuitos de controlo.
Fonte comutada - desvantagens
Fonte comutada - vantagens
Componentes críticos (transformadores e integrados de controlo) não são tão usuais e fáceis de encontrar no mercado.
circuitos são mais complexos- projectos mais difíceis. Difícil manutenção em relação à linear. Quando ocorrem danos, muitas vezes, o equipamento pode tornar-se não recuperável (se não
estiver devidamente protegido).Fonte comutada - Aplicações
Computadores telemóveis
Televisões LCD, Plasma… Outros.
Maq.Foto Digitais Câmaras de Vídeo
Intr
oduç
ão
Fonte Linear vs Fonte Comutada
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 8
Fonte Linear vs Fonte Comutada
Especificação Regulador Linear Regulador Comutado
Eficiência 40% a 55% 60 a 95%
Regulação de Linha 0,02% - 0,05% 0,05% -0,1%
Regulação de Carga 0,02% - 0,1% 0,1% a 1/%
Voltagem de Entrada ± 10% ± 20%
Ripple de Saída 0,5mV – 2mV RMS 10 mV – 10 mV Vp-p
Frequência 50/60 Hz (ou dupla) 20 KHz a 1,5 MHz
EMI Não Severa a alta-frequência
Dissipador Sim Não
Transientes 50 µs 300 µs
Fonte Linear vs Fonte Comutada
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 9
Actualmente existem reguladores com técnicas que reduzem consideravelmente a queda de tensão para menos de 1.0V chamados Low DropOut Regulators (LDO)
Como consequência aumenta consideravelmente o rendimento permitindo o uso de Reguladores Lineares em aplicações de alta potência
Aplicações usando Reguladores Lineares são mais simples e baratas, e requerem poucos componentes externos.
Aplicações Lineares são consideravelmente mais “Silenciosas” uma vez que não há ruído de comutação a alta Frequência.Reguladores LDO Combinam baixa Dropout (130-mV) com alta corrente (150-mA) num encapsulamento pequeníssimo (SC-70 Package)
Reguladores de tensão Lineares - (LDO’s)
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 10
Em função da fonte de energia e da carga, temos 4 tipos de conversores:
Conversores AC/DC
Conversores DC/DC
Conversores DC/AC
Conversores AC/AC
Rectificadores
Fontes de alimentação
Inversores
Pouco usados hoje em dia. Tendência para ligar um rectificador e um inversor em cascata.
Fonte AC/DC ( Comutada) - portátil, de baixa potência
Fonte Linear vs Fonte Comutada
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 11
Fonte Comutada Standard, da nova geração
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 12
Fontes Comutadas Generalidades. Geralmente qualquer Fonte Comutada Standard, é composta por cinco componentes:
Um circuito Controlador de Largura de impulsos (PWM Control)
Um Transistor Comutador (Switch)
Uma Bobine (Inductor)
Um Condensador (Capacitor)
Um Díodo (Diode (Schottkys)
O Control de PWM é geralmente feito através de IC, necessário para regular a saída. O transistor “switch” é o coração da fonte comutada e controla a potência fornecida á carga. MOSFETs são mais usados do que BJTs para potências na ordem de 50W. Os transístores escolhidos devem ser de comutação rápida e suportar os picos de tensão produzidos pelas bobines.
A bobine é usada num filtro para reduzir o ripple na corrente.Esta redução ocorre porque a corrente através de uma bobine não pode mudar rapidamente. Quando a corrente numa bobine tende a baixar, a bobine tende a manter essa corrente actuando como fonte. As bobines usadas usam núcleos toroidais, por vezes de ferrite afim de reduzir as perdas em altas frequências.
O condensador é usado para filtrar o ripple na voltagem de saída. Deve ser de alta qualidade (Tantalum) e com uma ESR (Effective Series Resistance) baixa.
A função deste díodo não é rectificar, mas sim direccionar o fluxo de corrente de e para a bobine. Deve ser um díodo de comutação e recuperação rápidas (Schottkys).
Muitas fonte comutadas necessitam de uma carga mínima, de modo a garantir a circulação de corrente através da bobine.Quando a corrente na bobine não é continua a regulação torna-se deficiente.
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 13
Fontes Comutadas - Termos usados
O termo SMPS “Switch Mode Power Supply” (Fonte de Alimentação Comutada), é usado quando se trata de reguladores ou conversores comutados.
O termo “switch mode regulator” (Reguladores comutados), é usado para descrever um circuito de entrada de tensão DC, que fornecer uma tensão de saída DC de valor mais baixo ou mais alto, com a mesma, ou polaridade oposta. Os Reguladores comutados usam uma bobine e não há isolamento entre entrada e saída.
O termo “switch mode converter” (Conversores comutados), é usado para descrever um circuito de entrada de tensão DC, que fornecer uma tensão de saída DC, simples ou múltipla, de valor mais baixo ou mais alto, com a mesma, ou polaridade oposta. Os Conversores comutados usam um transformador e fornecem isolamento entre entrada e saída.
“Fontes Lineares” são identificadas, basicamente, por ter a tensão de entrada maior que a(s) tensão(ões) de saída. A razão entre essas tensões é que faz a diferença com relação ao rendimento, ou seja, quanto maior a tensão de entrada e menor a de saída, maiores serão as perdas internas na forma de calor que precisarão ser dissipadas; o isolamento entre entrada e saída é normalmente feito através de transformador redutor da linha AC; usam reguladores lineares para controlo da tensão de saída.
“Fontes Comutadas” são aquelas que fazem a comutação de um (ou de um arranjo de) condensador e bobine - por isso o nome comutada - para manipular tensão e/ou corrente de saída. A Sua frequência de trabalho pode variar de 25 a 250 KHz ou mais.
O termo “Inverter” (Inversor), é usado para descrever um circuito de entrada de tensão DC, (normalmente comutado) que fornecer uma tensão de saída AC de valor mais baixo ou mais alto e com uma determinada frequência.
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 14
Fontes Comutadas: Generalidades Podem baixar uma voltagem DC não regulada para uma voltagem DC mais e
regulada através dum circuito conversor redutor conhecido por “Buck Regulator”.
Podem elevar uma voltagem DC não regulada para uma voltagem DC mais elevada e regulada através dum circuito conversor elevador conhecido por “Boost Regulator”.
Podem elevar ou baixar uma voltagem DC não regulada para uma voltagem DC regulada.
Podem inverter uma voltagem DC não regulada para uma voltagem DC de polaridade inversa através dum circuito conhecido por “Cuk Regulator”.
Podem produzir saídas múltiplas DC directamente da Rede AC através dum circuito conhecido por “Flyback Converter”.
São também usadas em circuitos de control de velocidade de motores DC e circuitos com Factor de potência unitário. A frequência de comutação inaudível, é superior a 20KHz.
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 15
Duplicador de tensão:
Na actualidade há muitos equipamentos portáteis que devem poder funcionar com a tensão nominal de qualquer país.É denominada “Tensão de funcionamento universal”: 85-265 V
Ao haver tanta diferença de tensão entre a mínima e a máxima, os equipamentos podem ter problemas para funcionar.Um circuito possível para solucionar o problema é duplicador de tensão
Com 230 V de entrada, o interruptor está aberto.
E funcionamento é igual que um rectificador de onda completa normal.
O condensador equivalente que verá a Rede será C/2 (2 em série)
230 V
110 V
C1
C2
Fontes Comutadas: Generalidades
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 16
Quando a tensão de entrada é de 110 V, fecha-se o interruptor (Nas fontes mais antigas).
No total, a tensão na carga é a soma das tensões dos condensadores: V0 = 2·Vin (2·110 V = 220 V).
110 V
C1
C2
110 VD3
D4
110 V
VC1 = Vin
semiciclo positivo
V0
C1
semiciclo negativo
C1
C2
VC2 = Vin
V0
Duplicador de tensão:
Fontes Comutadas: Generalidades
D3 e D4 ficam cortados porque estão em paralelo com os condensadores.
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 17
“Power Factor Correction” PFC – Porquê?
Fontes Comutadas: Generalidades
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 18
É a relação entre a Potência Activa (P) (que produz trabalho) e a Potência Aparente (S) (Total; a que é medida e paga). Também chamado de cos Fi, é representado pelo coseno do ângulo formado pelos vectores das Potências Activa e Aparente.
É um número compreendido entre 0 e 1, podendo ser positivo (Factor de Potência Indutivo) ou negativo (Factor de Potência Capacitivo).
Fontes Comutadas: Generalidades
“Power Factor Correction” PFC
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 19
O QUE É PFC? (Power Factor Correction) Leis e restrições Europeias em vigor desde 1992, impõem que todas as fontes de
alimentação de potência superior a 200VA´s, tenham um Control Activo do Factor de Potência. E é disso que iremos falar!...
A Rectificação Convencional AC, é pois, um processo pouco eficiente, da qual resultam altos custos de electricidade, e distorção na voltagem da linha AC, produzindo também um largo spectrum de harmónicas, que poderão interferir noutros equipamentos se o Factor de Potência se degradar até cerca de 0.45…
Todos os sinais sinusoidais AC rectificados, e filtrados com filtros capacitivos, debitam da rede AC, picos de corrente de grande amplitude
Fontes Comutadas: Generalidades“Power Factor Correction” PFC
Geralmente, o valor do pico da corrente é na ordem de seis (6) vezes mais, que o necessário, para a mesma potência, se a carga fosse resistiva.
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 20
Essencialmente, o Factor de Potência, é uma medida, do modo, mais ou menos eficiente, de como a energia eléctrica está a ser usada.Um maior Factor de Potência representa maior eficiência no uso da energia eléctrica.
Isto tem importância em equipamentos electrónicos que consumam uma quantidade apreciável de energia eléctrica, onde os sistemas geradores poderiam ultrapassar os seus
Fontes Comutadas: Generalidades“Power Factor Correction” PFC
“Power Factor Correction” numa SMPS, controla o “timing” e a forma de onda da corrente de entrada, de forma a mantê-la em fase e da mesma forma de onda, da voltagem fornecida pela linha AC, resultando num Factor de Potência perto de 1.0.
limites de corrente afectando assim outros equipamentos do mesmo sistema.Um equipamento electrónico normal, sem PCF tem um Factor de Potência de somente cerca de 50% (0,5).
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 21
A Topologia mais usada em PCF é a “Boost” (elevador) mostrada na figura, independentemente do tipo de controlo ser em Modo Contínuo (CCM) ou descontínuo (DCM), que normalmente é seguido de outra topologia com isolamento galvânico de saídas múltiplas.
O que é Eficiência, numa Fonte de Alimentação ?()
É a razão entre a Potência de Entrada e a Potência de Saída expressa em percentagem.
Pout
Pin = x100%
As perdas ou Potência Dissipada serão:
C (bus)
DC (bus)
Pd= Pin – Pout = Pout 1 1
Fontes Comutadas: Generalidades“Power Factor Correction” PFC
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 22
A Topologia PFC Activa “Boost “ tem várias vantagens:
Elevado Factor de Potência - Forma sinusoidal da corrente de entrada – Reduz o valor eficaz da corrente debitada.
Entrada universal da Tensão de alimentação (85 a 265 V, 50 ou 60 Hz, por exemplo).Tensão DC (bus) regulada (tipicamente 380 a 400 VDC).Melhor eficiência no uso de C (bus) devido a #3.
O principio básico do PFC “boost”, é bastante simples: o ciclo activo (duty-cycle) do Comutador (switch), é controlado de forma que a bobine debita uma corrente sinusoidal, da linha AC.
Quando o Comutador está “on” a corrente na bobine aumentará (acumula energia).Quando o Comutador está “off” a corrente na bobine diminui á medida que a energia é
transferida para o condensador.
1. Fazer com que a corrente de entrada AC seja sinusoidal.2. Controlar a magnitude da corrente para manter a regulação na Voltagem DC de saída.3. Limitar o nível de corrente a um máximo seguro.4. Prevenir sobrecargas de tensão no condensador de saída.5. Controlar regulação de Rede, regulação de carga e outras situações.
O Circuito de Controlo tem várias funções:
Fontes Comutadas: Generalidades“Power Factor Correction” PFC
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 23
23
PFC passivo (filtro LC), usando bobine, circuitos de condensadores para reduzir a corrente das harmónicas, de frequência de 50/60Hz da rede AC, requer bobines e condensadores muito elevados, mesmo assim o máximo de Factor de Potência/Rendimento seria na ordem de 75 a 80%.
O PFC Activo, usando componentes activos (circuito de controlo e comutadores de potência “on” “off” de nível médio sinusoidal), cujo funcionamento teórico fundamental é ajustar a forma de onda da corrente á da tensão, da entrada AC.
Com este método, pede-se alcançar valores de Rendimento/Factor de potência próximo ou igual a 100%.
O que é PFC Activo / Passivo?
Fontes Comutadas: Generalidades“Power Factor Correction” PFC
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 24
Quais as vantagens da “Tensão de funcionamento Universal”? Elimina o selector manual de voltagem.
Elimina erros potencialmente perigosos.Acaba com as preocupações de selecção da voltagem de Alimentação AC onde quer que se
esteja.Quais as diferenças entre Selecção Manual, Selecção Automática, e Alimentação AC Universal?
Selecção Manual: 100V-120V ou 200V-240V. Selecção Automática (Auto Sensing): 100V-120V e 200V-240V Universal: 85 -265V AC (em toda a gama de Voltagens)
“Alimentação AC universal”: 85 - 265 V
Fontes Comutadas: Generalidades Exemplo
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 25
Vantagens do PFC Activo (Comutado):
Grande poder de eliminação de Harmónicas, usando bobines com ferrite para altas frequências (25 a 250KHz ou mais).
Oportunidade para futuras reduções de custo á medida que evoluem e aumentam a produção e aperfeiçoamento de IC´s de controlo.
Uma solução mais "profissional" do que o PFC Passivo.Universalidade das tensões de funcionamento reduz os custos.Factor de potência próximo de 1 reduz custos de exploração e ambientais.
Desvantagens do PFC Passivo (LC): A produção em massa de bobines deve ser de muita qualidade, devido aos
baixos limites estabelecidos para emissão de harmónicas. O peso, que pode criar problemas de transporte (Vibração & shock), Possível escassez de ferro laminado usado nas bobines de baixas frequências
(da rede). Vibrações e ruídos se não fixado correctamente. Fraca competitividade (custo/performance) para potências até ou superiores a
300W.
Fontes Comutadas: Generalidades
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 26
PFC – Equipamentos Electrónicos
Fontes Comutadas: Generalidades
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 27
Primeira geração: Manual Inserção de Condensadores e
Bobines Segunda geração: Tiristores
TCR e TSC Terceira geração: Transístor
STATCOM GTO, UPFC, IGBT
• Sistema automático de correção do fator de potência feito por controlador lógico programável.
PFC – Áreas Industriais Fontes Comutadas:
Generalidades
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 28
V i
R
C
Corrente (A)
Tensão (V)
1
Vi
0
20
Vi
IR
Vi/R
0
3
0
37.2% do valor final
Vi
t = 0
t = 62,8% do valor final
SW
Vi
1 2
IR
3
C
R
C = QV V = Q
C
Onde: C = Capacidade (Farads) Q = Carga (Coulombs)V = Voltagem (Volts)
Q = I.t
Onde: I = Corrente (Amperes) t = Tempo (Segundos)
Conclusão: A Voltagem de carga de um condensador não pode variar instantaneamente.
t
Fontes Comutadas: Teoria de Circuitos
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 29
Corrente (A)Tensão (V)
t
V i
R
L
1SW
2
IR
3
L
R
Vi
1Vi
0
20
Vi
Vi/R
3
0
IR
0t = 0 t =
Constante em tempo = = LR
37.2% do valor final
62,8% do valor final
= L/RL = V
dI/dt= (Variação de corrente no tempo)
Onde: L = Indutância (Henries) I = Corrente (Amperes)t = Tempo (Segundos)dI/dt= I/t, se I constante:
=dIdt
VL
Fontes Comutadas: Teoria de Circuitos
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 30
1
2
IR
CR
R
VB
1 0
IR 0
2 0VF
V+
-IVBreakdown
IFuga
V
VF
A função principal de um diodo é rectificar, (conduzir corrente num único sentido).
Ninguém é perfeito:Quando polarizado directamente, tem uma pequena
queda de tensão entre 0,3 e 1,2V, dependendo do material do diodo e da corrente.
Quando polarizado inversamente tem uma pequena corrente inversa na ordem de nA’s (silício) ou alguns mA’s (tipo Schottky).
Os FET’s são muitas vezes usados em sua substituição, para tensões de polarização mais baixas.
Fontes Comutadas: Teoria de Circuitos
Diodos:
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 31
Drain
Source
Gate
FSaída amplificada e invertida
F
Saída vai do Corte á Saturação
Field Effect Transistor (FET)Transístor de Efeito de Campo
Em modo linear (como amplificador linear) a saída é uma réplica invertida da entrada.
A função primária do FET é Amplificar.
Em modo de comutação (operando como comutador) a saída ou é corte ou saturação.
Ninguém é perfeito: Quanto está no corte há uma pequena corrente de fuga. Quando está na saturação tem um pequena resistência. Independentemente da maneira como seja alimentado, os
tempos “ON” ou “OFF”, não são zero. Há um capacidade entre um terminal e os outros, que se
deve carregar e descarregar cada vez que o FET comuta.
Fontes Comutadas: Teoria de Circuitos FET’s:
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 32
1
3
2
6
5
4
Faz o acoplamento do sinal através de uma barreira isoladora. A corrente através do diodo faz com que ele emita luz , e através dela activa o transístor, pondo-o em condução.
Os optoacopladores fornecem um elevado grau de isolamento eléctrico entre a alimentação da rede e os circuitos de saída.
A maioria suporta picos de tensão na ordem de 7500V….
Fotoacoplador/Optoisolador
Fontes Comutadas: Teoria de Circuitos
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 33
Fundamentos básicos
I
De acordo com a lei de Ampere, a circulação de corrente causa um campo magnético, cuja direcção é fácil de determinar de acordo com a regra da mão direita.
IB B
Regra da Mão direita
Fontes Comutadas: Teoria de Circuitos
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 34
IN
OUT
Transformador (sem armazenamento de energia)
A soma dos ampere/Volta de todas as espiras do enrolamento é zero no final de cada ciclo.
A regra da mão direita aplica-se á corrente aplicada e ao fluxo resultante.
O oposto acontece no enrolamento do secundário não inversor.
Fundamentos básicos
Fontes Comutadas: Teoria de Circuitos
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 35
i pri.
Iisec.
Transformador (com armazenamento de energia)
In - 50
+15
Voltagem
Corrente (ipr.)
4.50
OUT0
+ 5
-15
Voltagem
Corrente (isec.)
Este é um transformador convencional de um conversor “Flyback”.
A energia é transferida para o núcleo magnético durante os impulsos positivos aplicados ao primário.
A energia é transferida para a carga durante a restante parte do ciclo.
A soma dos ampere/Volta de todas as espiras do enrolamento, continua a ser zero no final de cada ciclo.
Fundamentos básicos
Fontes Comutadas: Teoria de Circuitos
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 36
-+
FonteCarga
Elementos Básicos dos circuitos de Comutação
ToolkitPelo simples arranjo destes três componentes (Switch, bobine e diodo),
se podem esquematizar as três topologias mais comuns de reguladores de fontes comutadas.
Drain
Source
Gate
Fundamentos básicos
Fontes Comutadas: Teoria de Circuitos
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 37
Existem essencialmente dois métodos de conversão. O primeiro é o modo “Directo” (Forward-Mode) que se identifica pelo circuito LC ligado directamente á carga depois do elemento comutador (T), e o segundo o Indirecto (Flyback-Mode)com os mesmos elementos mas em diferente posição, tendo cada um dos métodos as suas vantagens e inconvenientes.
O primeiro método (Directo), aplica a tensão á carga quando o comutador (T) está “ON”
O segundo método (Indirecto) L armazena tensão (energia) durante o tempo em que o comutador (T) está “ON” sendo C a fornecer a carga, e aplica-a á carga e a C quando o comutador está “OFF”
Há ainda um método que aplica tensão á carga durante ambos os intervalos de tempo, sendo a combinação dos dois métodos anteriores.
Modo Directo T(on)
Modo Directo T(off)
Modo Indirecto T(ON)
Modo Indirecto T(OFF)
Metodologias de Conversão:
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 38
Características de transferência do Modo Directo (Forward-Mode):
Características do Método Indirecto (Flyback-Mode).
Tensão de saída com baixo Ripple.Corrente em Modo contínuo na saída.Corrente pulsante na entrada. Usado em aplicações de média e alta potência.
T
ton
Vout
VIN
“OFF”
“ON” “ON” “ON”
“OFF”
Tensão de saída com Ripple elevado.Corrente em Modo contínuo na entrada.Corrente pulsante na saída.
A Escolha do método terá sempre que ser ponderada conforme as circunstâncias, tendo em conta as vantagens e desvantagens de cada um.
D = “Duty-Cycle).
Modo Directo T(off)
Modo Indirecto T(OFF)Os picos de corrente têm praticamente o dobro da amplitude das tipologias do modo directo
pelo que é usado em aplicações baixa e média potência (100 – 150W).
Metodologias de Conversão:
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 39
Existem essencialmente dois modos de operação. O modo Contínuo e o modo Descontínuo.
No modo Contínuo, a corrente através da Bobine do filtro nunca chega a zero. Sendo a tensão de saída a média dos impulsos de tensão gerados pela bobine.
No modo descontínuo a corrente através da bobine é deliberadamente levada a zero, “secagem” (dry out), sendo o condensador a fornecer a tensão á carga durante parte do “duty cycle” (ciclo de trabalho), originando problemas de modelação da média da tensão de saída. Tem no entanto algumas vantagens para certas aplicações.
Há ainda um modo engenhoso, mas complexo que é a combinação do dois modos.
Buck Regulator
T= t(on) + t(off)
MODO CONTÍNUO MODO DESCONTÍNUO
Modos de Operação:
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 40
Existem essencialmente dois métodos de Control. O método de Voltagem e o método de Corrente ambos variando a largura do impulso de control (PWM) (Pulse width modulation) ou “Duty cycle”.
O método de Voltagem: consiste na variação da largura do impulso de control em resposta a e erros de nível de tensão na saída. Muito simples, tem no entanto o inconveniente da fonte não estar protegida de curto-circuitos na saída.
O método de corrente: consiste na variação da largura do impulso de control (Duty Cycle) em resposta a erros de nível de tensão na saída e da corrente de saída sendo esta limitada em condições de curto circuito.
Variando Vc, varia-se o ciclo de funcionamento D.
Vc
Control
Métodos de Controlo
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 41
Métodos de Controlo
Exemplo de circuito
(PWM) (Pulse width modulation) ou “Duty cycle” control.
Modulação por variação da largura de impulsos.Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 42
Comparadore Latch
Circuito de
Controlo
Ampl. de Erro
VREF Modo de CorrenteVCorreção (Iref)
ComparadorCircuito
de Controlo
PWM
VREF
VCorreção
Modo de TensãoAmpl. de Erro
Amostragem de Tensão
Amostragem de corrente
Andar de Potência
Amostragem de Tensão
Métodos de ControloControlos de tensão e controlo de corrente.
Intr
oduç
ão
Andar de Potência
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 43
Rectificação de saída e filtragem
Inversor de Alta Frequência
Circuito de Controlo
85-260 VAC
Rectificação de Entrada e filtragem
Converter uma tensão AC (110/220), numa ou várias tensões de saída DC, controladas ao nível de voltagem e corrente desejados, com isolamento galvânico.
Filtro de Entrada e Circuito PFCA
85-260 VAC
Rectificação directa da Rede AC (ausência de Transformador).
Alta frequência possibilita L’s e C’s de menores dimensões.
Dissipação de potência nos transistores de comutação praticamente nula (Corte/saturação).
Regulação de saída efectiva consoante a carga com modulação PWM.
Conversor AC-DC “OFF-LINE”
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 44
Circuito de Controlo
110/240 AC
Converter uma tensão DC, numa tensão de saída DC controlada, ao nível de voltagem e corrente desejados, sem isolamento galvânico entre a entrada e saída .
Rectificação de saída e filtragem
A tensão DC (depois de passar pelo transformador e Rectificador) é então aplicada ao conversor/Regulador.
Alta frequência possibilita L’s e C’s de menores dimensões.
Dissipação de potência nos transistores de comutação praticamente nula (Corte/saturação).
Regulação de saída efectiva consoante a carga com modulação PWM.
Transformador/Rectificador e filtragem ou PFC Activo
Inversor de Alta Frequência
110/240 AC
Filtro de Entrada EMI/Circuito PFCp
Conversor DC-DC “ON-LINE”
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 45
L
G
N
Input Filter Rectifier PFC
PFCControl + Bus
+ Bus
Return
+ Bus
+ BusReturn
ControlPWM
Power Stage
Xfmr Output Circuits
12 V, 3A
5 V, 10A
3,3 V, 5A
MagAmp
Reset
Fonte Universal
Intr
oduç
ão
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 46
Fontes de Alimentação
Comutadas
Topologias Básicas
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 47
Forward (Modo Directo)
Flyback (Modo Indirecto)
Half-Bridge Full-Bridge Push-Pull
Com transformador
Modo Indirecto (Flyback)
Push-Pull
Half-Bridge
Full-Bridge
Modo Directo (Forward)
ForwardIsolamento Galvânico
Buck-Boost
Flyback
BuckBoost
Sem transformador
Buck (Modo Directo)
Boost (Modo Indirecto)
CUK SEPIC ZETA
Topologias Básicas
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 48
2
5
10
20
50
1
100
200
500
700
1000
2 5 10 20 50 100 200 500 1K 2K 5K 10K Pout
Vout A Zona “A”, delimitada por 50V/50W é uma zona simples, de conversores sem isolamento galvânico, com o mínimo de componentes e complexidade tendo como desvantagem a elevada corrente dos transístores de potência.
A Zona “B”, é a mais comum, sendo de um conversor, de modo Indirecto, com isolamento galvânico e um componente magnético, chamado “Flyback”. Sendo o mais económico, faz com que seja preferidos para baixa potência e baixa tensão e com saídas múltiplas.
A Zona “C”, é uma zona onde se misturam os conversores de modo Indirecto (Flyback) e de modo Directo (Forward) com um só transistor.
Para um pouco mais de potência, entramos na Zona “D”, onde o conversor (Forward) é o mais usado. Para aplicações de maior potência Zona “E”, é vantajoso dividir a potência a comutar no primário entre vários transístores e encontramos tipologias tipo “Push-Pull”(Full-Bride, Half-Bridge e Push-Pull)
Topologias Básicas
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 49
Vo= Vin*D
Buck Regulator(Redutor)
T= t(on) + t(off)
Iin Io
D=t(on)
T
Boost Regulator (Elevador) Iin
*Vo= 1-
Io
Vin
1 D
Buck-Boost Regulator (Inversor) (Redutor/Elevador)Iin Io
Vo= 1 Vin
1 D-*-
CUK Regulator (Inversor)
DVo= *Vin
1- D-
Reguladores
SEPIC Regulator IL2
IL1
Vo=1 Vin
1 D-*
(Single-Ended Primary Inductance Converter)
Zeta Regulator
Vo=1 Vin
1 D-*
Topologias Básicas
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 50
Flyback converter
IN1
Vo=N2
N1*
D Vin1-D*
Icarga
Forward converter
Vo=N2
N1* DVin *
IN1
VQ1
IL1
D
Two Transistors Forward Converter
Vo= N2
N1
* Vin*
Half-Bridge converter
Vo= N2
N1*Vin * D
Push-Pull converter
DVo=N1
**N22Vin
Conversore
s
Full-Bridge converter
DVo=N1
**N22Vin
Topologias Básicas
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 51
(Redutor - Modo Directo)
Quando o transistor T esta “ON”, a voltagem de entrada Vi, é ligada á bobine L. A diferença de tensão entre a a entrada e a saída é então aplicada aos terminais da bobine forçando a corrente i a fluir através da bobine.
Durante o tempo em que T está “ON” a corrente da bobine é aplicada á carga e ao condensador C (que carrega durante este tempo); o diodo D está inversamente polarizado e não conduz.
Quando o transistor T vai a “OFF”, a voltagem que estava aplicada á bobine L, é removida.
Porém, a corrente i que circula pela bobine , não pode mudar instantaneamente, logo, a voltagem aos seus terminais ajustar-se-á de modo a manter a corrente constante.
A Bobine L contra reage, inverte a polaridade o diodo D fica polarizado directamente e descarga sobre a carga, sucedendo o mesmo com o condensador C.
Buck regulator
T= t(on) + t(off)
Iin Io
Regulador “Buck”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 52
Regulador Redutor “Buck” (Step-down)
Tem uma alta eficiência.Voltagem de Saída inferior á de Entrada.Cria uma quantidade de ruído relativamente grande na linha de
entrada.Na saída do circuito o ruído que se detecta é muito baixo.
Equações:
Características:
.TD1L
VD.TLVV outoutin
2LTD1
R1DVILout
inmax
2LTD1
R1DVILout
inmin
D1L
V8.CTΔV out
2
out
in
outoninoutoutoutin V
VDouTtDondeDVVD1VDVV .
offon ttf
T 1
2f
RD1L outmin
Vo= Vin*D
Buck Regulator(Redutor)
T= t(on) + t(off)
Iin Io
D=t(on)
T
Regulador “Buck”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 53
Formas de Onda:CCM
Vo= Vin*D
Buck Regulator(Redutor)
T= t(on) + t(off)
Iin Io
D=t(on)
T
Durante DxT
iQ1 = i L
Durante (1-D)xTDCM
Regulador Redutor “Buck” (Step-down)
Regulador “Buck”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 54
Tensões máximas:
Balanço de Potências:
Corrente média no diodo:
Balanço de Tensões:
Balanço de Correntes:
(corrente média nula no condensador)
Balanceamento:
Regulador “Buck”
iDmaxQmax VVV
RVIi o
oL
DIi oQ
QLD iii D1Ii oD
0TD1VTDVV ooi DVV io
i
ooQ V
VIi
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 55
Regulador Comutado “Buck” +5V, com componentes discretos. Regulador Redutor “Buck” (Step-down)
Regulador “Buck”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 56
Regulador Comutado “Buck” +5V, com componentes discretos.Formas de Onda:
Regulador Redutor “Buck” (Step-down)
Regulador “Buck”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 57
Regulador Comutado “Buck” +9V, com componentes discretos.
Regulador Redutor “Buck” (Step-down)
Regulador “Buck”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 58
Regulador Comutado “Buck” +9V, com componentes discretos.
Formas de Onda:
Regulador Redutor “Buck” (Step-down)
Regulador “Buck”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 59
Regulador Comutado “Buck” +5V, com componentes integrados (TL494). Regulador Redutor “Buck” (Step-down)
Regulador “Buck”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 60
Regulador Comutado “Buck” +5V, com componentes integrados (TL494).
Formas de Onda:
Regulador Redutor “Buck” (Step-down)
Regulador “Buck”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 61
Comparado com o Conversor “Flyback” ou “Boost”, (Modo Indirecto) o Regulador “Buck” exibe uma voltagem de ripple de saída com menor valor pico-a-pico.
A grande desvantagem é que é uma topologia somente redutora e sem isolamento. Por questões de segurança os conversores sem isolamento galvânico não podem ser usados para voltagens de entrada superiores a 42,5 VDC.
O buck ou step-down converter (Regulador redutor) é o exemplo mais simples do Modo Directo (Forward-Mode).O Regulador “buck” pode fornecer potências até 1 KW, mas é tipicamente usado em aplicações de regulação “on Board”, cujas potências não ultrapassam os 100W. É muito usado para converter distribuições de 12V para 5V TTL, mas também de 24V para 15, 12, ou mesmo 5V para alimentar circuito electrónicos, sem grande perda de potência.
Vout VinProtecção contra curto circuito ou Overvoltage na ausência de carga, com simplicidade.VGS deve flutuar.Uso: substituir reguladores de voltagem analógicos.
Regulador “Buck”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 62
O Regulador Boost, Também conhecido por conversor elevador, caracteriza-se por ter uma tensão de saída sempre mais elevada que a de entrada e tem praticamente os mesmos elementos que o Regulador “Buck”, mas numa posição diferente. O modo Indirecto está aqui presente, uma vez que não há uma transferência directa de potência da entrada para a saída.
Tratando-se de um regulador/conversor elevador, a sua aplicação inicial era gerar 25V a partir de uma fonte de 5V dos programadores de EPROM’s.
Durante o tempo em que T está “ON” a tensão de entrada é ligada á massa através da bobine L, e esta armazena energia, enquanto que carga é alimentada pelo condensador C; o diodo D está inversamente polarizado. (que carrega durante este tempo); o diodo D está inversamente polarizado e não conduz.
Iin
t(on)Vo= Vin
TT-
Boost Regulator Io
Regulador Elevador “Boost” (Step-up)Regulador
“Boost”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 63
Quando o transistor T vai a “OFF”, a bobine L contrareage á mudança de corrente, inverte a polaridade (o diodo D conduz, que só por si impõe VoVi) e descarrega a energia acumulada sobre a carga e sobre o condensador C que vai carregar a uma tensão superior, visto não estar completamente descarregado e a bobine gerar tensão mais alta...
Como a constante em tempo RC é que o Duty-Cycle D da comutação, a voltagem na saída permanece constante.
Vout Vin
O valor de D é (0 < D < 1)o que mostra que a voltagem de saída é maior que a voltagem de entrada Vin e é por que este conversor é elevador. Vo tem o seu valor mínimo quando D = 0 em que Vo = Vi. Quando D se aproxima de 1, a voltagem de saída tende para infinito. Usualmente o valor de D é tal que 0.1 < D < 0.9 .
D= t(on)
T T=
1
f
Iin
t(on)Vo= Vin
TT-
Boost Regulator Io Regulador Elevador “Boost” (Step-up)
Regulador “Boost”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 64
CCM
Iin
t(on)Vo= Vin
TT-
Boost Regulator Io
Durante DxT
iQ1=iL
Vii
iD=iL
Durante (1-D)xT
Formas de Onda: Regulador Elevador “Boost” (Step-up)
Regulador “Boost”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 65
Tensões máximas:
Corrente média no Diodo:
Balanço de Tensões:
Balanço de Correntes:
(corrente média nula no condensador)
Balanceamento:Sempre:
io VV D1ViVo
oDmaxQmax VVV
0TD1VVTDV oii
i
ooQ V
VIi DIi oQ D1Ii oD QLD iii
RVIi o
oL
Regulador Elevador “Boost” (Step-up)Regulador
“Boost”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 66
O IC MAX921 é o controlador do switch Q.
Consumo de potência na ordem dos microwatts. este 5V-para-15V boost converter, fornece correntes baixas com alta eficiência ( 90%).
VOUT = VREF(1 + R4/R5)
O ripple da voltagem de saída para cargas pequenas dependes das histereses do comparador. Com R3 = 2.4M, as histereses em millivolts iguala o valor de R2 em kilohms. O ripple em millivolts é igual a VREF(1 + R4/R5)(R2), onde R2 em kilohms.
Para este circuito, o ripple é: = 1.182V(1 + 18/1.5)(1) = 15.4mV.
Vantagem do Boost: Simplicidade, elevador, bom rendimento; sem problemas de magnetização.
Desvantagem do Boost: Voltagem inversa do comutador Vo »Vi; não tem isolamento galvânico entre a Entrada e a Saída; a Saída é a carga média do C de Saída.
Regulador Elevador Modo Indirecto “Boost” (Step-up)
Regulador “Boost”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 67
Topologias: BOOST, SEPIC, e FLYBACK, MSOP-8 e 3mm x 3mm MLF™-10L
Vout VinNão é á prova de curto circuito.Não é á prova de ausência de carga.Uso: Equipamentos alimentados a pilhas/Baterias, como palmtops, telemóveis, flash de
câmaras digitais…
Características
Regulador Elevador Modo Indirecto “Boost” (Step-up)
Regulador “Boost”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 68
Regulador Elevador Modo Indirecto “Boost” (Step-up)
Regulador “Boost”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 69
Vin
Vo(med)
VCE sat T
VF.CR1
VL10
0
IcSIin(med)
I(max)
IfD
Io(med)0
IL
0
Iin-(-Io) IL
-IC
0
0Io(med)
Vo Vo
(Elevador/Redutor Inversor)O Regulador “Buck-Boost” é utilizado para inverter a polaridade da voltagem de saída em
relação á voltagem de entrada.
Vo
Vi
t(off) t(on) t(on) t(on)
t(off) t(off)
T
Regulador “Buck-Boost”
A sua tensão de saída pode ser tanto elevadora como redutora, dependendo do ciclo de trabalho. O circuito é equivalente a ter um Regulador Buck com um Boost, montados em cascata.
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 70
Buck-Boost Regulator Iin Io
Quando o comutador está “on”, a fonte fornece corrente (energia) á bobine, enquanto o condensador alimenta a carga.
Quando o comutador está “off” a bobine contra reage e fornece energia á carga e ao condensador, através do diodo.
A voltagem de saída pode ser mais elevada ou mais baixa que a voltagem de entrada dependendo do “duty-Cycle” D.
Funcionamento
Regulador “Buck-Boost”
A polaridade da saída é invertida em relação á entrada.
)()( offoonin tVtV
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 71
Buck-Boost Regulator Iin Io
Muito usado para gerar dupla polaridade para circuito com Ampops, Aplicações alimentadas a pilhas/baterias.
Vantagem do Buck-Boost: Simplicidade, elevador/redutor, bom rendimento; sem problemas de magnetização.
Desvantagem do Buck-Boost: Voltagem inversa do comutador Vi+Vo; não tem isolamento galvânico entre a Entrada e a Saída; grande carga do C de Saída,.elevado ripple e polaridade inversa.
Características
Regulador “Buck-Boost”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 72
Comparando redutor e redutor-elevador
Redutor
50V100V
2A1A (médios)
S D
L
100W
Redutor-elevador
50V
2A
100V
1A (médios)
S
D
L100W
As solicitações eléctricas no redutor-elevador (Buck-Boost), são maiores.
Comparando “Buck - Buck Boost”
VAS = 100VA VAD = 100VA
iS=1A iD=1A iL=2A
vS max = vD max = 100V
vS max = vD max = 150V
iS=1A iD=2A iL=3A
VAS = 150VA VAD = 200VA
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 73
Elevador
50V25V
2A4A (médios)
SDL
100W
Redutor-elevador
50V
2A
25V
4A (médios)
S
D
L100W VAS = 300VA VAD = 150VA
Comparando elevador e redutor-elevador
Comparando “Boost - Buck Boost”
vS max =vD max = 50V
VAS = 100VA VAD = 100VA
iS=2A iD=2A iL=4A
vS max =vD max = 75V
iS=4A iD=2A iL=6A
As solicitações eléctricas no redutor-elevador (Buck-Boost), são maiores.
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 74
Regulador com 1 bobine e 1 diodo
IO
iL
R VO
+
-Vin
iL = IO /(1-d) (elevador e redutor-elevador)
t
t
O valor médio de iL depende de IO:
Comparando “Buck – Boost -Buck Boost”Modo de Condução nos 3 reguladores básicos (1)
iL iL
Control
iL = IO (reductor).
Td·T
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 75
Ao variar IO varia o valor médio de iL.
Ao variar IO não variam as dependentes de iL (dependem de Vin e de VO).
iL
iL
t
R1
t
Rcrit > R2
t
R2 > R1
Todos estes casos correspondem ao chamado “modo de condução continuo” (mcc), em que é válido o que temos visto….
Este é o caso crítico…
Comparando “Buck – Boost -Buck Boost”Modo de Condução nos 3 reguladores básicos (2)
iL
iL
iL
iL
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 76
Segue o modo contínuo?
Modo discontínuo
O que se passa se R > Rcrit ?
Comparando “Buck – Boost -Buck Boost”Modo de Condução nos 3 reguladores básicos (3)
t
iL
iL
Rcrit
iL
iL
R3 > Rcrit
t
iL
R3 > Rcrit
t
iL
Não!...
Comparando “Buck – Boost -Buck Boost”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 77
Recorde-se: Ao variar IO varia o valor médio de iL.
Com parte negativa (modo contínuo a baixa carga), a tensão de saída seria a calculada em modo continuo. Quando estamos em modo descontínuo não existe a parte negativa, o que causaria que a corrente média na bobine crescesse, e, portanto, também á corrente e a tensão de saída…O comutador corta a entrada…
Comparando “Buck – Boost -Buck Boost”Comparação da tensão de saída em ambos os Modos de Condução
t
iLiL
R = Rcrit
iL
iL
R > Rcrit
t
iL
t
R Rcrit
iL
iL
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 78
Baixando o valor das bobines (aumentam as pendientes?).
Baixando o valor da frequência (aumentam os tempos em que a corrente está subindo o baixando).
Aumentando o valor da resistência de carga (diminui o valor médio da corrente pela bobine).
Comparando “Buck – Boost -Buck Boost”
Aproximações ao Modo Descontínuo
t
iL
t
iL
t
iL
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 79
Existem 3 estados distintos: Conduz o transistor (d·T). Conduz o diodo (d’·T). Não conduz nenhum (1-d-d’)·T
t
Comando
t
iL
iL
T
d·T d’·T
+
-
t
iD
iD
vL
t
Exemplo
VOVin
VOVin(d·T)
Vin VO
(1-d-d’)·T
VOVin
(d’·T)
VO
Vin
Comparando “Buck – Boost -Buck Boost” Modo de Condução Descontínuo
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 80
VOVin
(d·T)
VOVin
(d’·T)
Vin = L·iLmax /(d·T)t
iL
T
d·T d’·T
+
-
t
iD
iD
vL
tVO
Vin
iL iLmax
iLmax
Relação de transformação: M=VO / Vin :
M =d/(k)1/2 , sendo: k =2·L / (R·T)
Relação de transformação em Modo descontínuo (no redutor-elevador).
VO = L·iLmax/(d’·T)
iD = iLmax·d’/2
iD = VO /R
Comparando “Buck – Boost -Buck Boost” Modo de Condução Descontínuo
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 81
Relação de transformação em Modo descontinuo, M:
M = d / (k)1/2 , sendo: k = 2·L / (R·T) Relação de transformação em Modo continuo, N:
N = d / (1-d) Na fronteira: M = N, R = Rcrit , k = kcrit, kcrit = (1-d)2
Modo contínuo: k > kcrit
Modo descontinuo: k < kcrit
Fronteira entre modos de condução (no redutor-elevador).
t
iL
iL
Rcrit
Comparando “Buck – Boost -Buck Boost” Modo de Condução Descontínuo
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 82
N = d
2M =
1 + 1 + 4·kd2
kcrit = (1-d)
kcrit max = 1
Redutor
dM =
k
dN =
1-d
kcrit = (1-d)2
kcrit max = 1
Reductor-elevador
2M =
1 + 1 + 4·d2
k
1N =
1-d
kcrit = d(1-d)2
kcrit max = 4/27
Elevador
Comparando “Buck – Boost -Buck Boost”Generalização da relação de transformação
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 83
O regulador “buck”,o regulador “boost” e o regulador “buck-boost” , todos transferem a energia entre a entrada e a saída, através de bobine, em que a saída é através do balanceamento da tensão aos terminais da bobine. O regulador CUK usa transferência capacitiva da energia, baseada no balanceamento da corrente através do condensador. O principio de funcionamento é similar ao do Regulador “buck-boost” sendo também inversor de polaridade.
Quando o transistor está “on” a corrente em C1 é IL1.
Daí que relação de voltagens é a mesma que a do Regulador “buck-boost”
Quando o transistor está “off” a corrente em C1 é IL2.
IL1 C1
L2
IL2C1L1
CUK Converter
Regulador “CUK”
)(
)(
on
oninout tT
tVV
Funcionamento
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 84
A vantagem do regulador CUK é que as bobines de entrada e da saída criam uma forma de onda mais suave da corrente, havendo transferência de energia tanto quando o comutador esta “ON” como quando está “OFF”, havendo sempre transferência de energia, a saída é idealmente livre de Ripple (não seria necessário o C de saída), melhor do que nos reguladores buck, boost e buck-boost. Têm, no entanto, pelo menos um lado em que a corrente é por impulsos, prejudicando assim o “Factor de Potência”…
Daí que relação de voltagens é a mesma que a do Regulador “buck-boost”
CUK Converter
Vantagens do CUK: Alta eficiência, há sempre circulação de corrente entre a Entrada e a Saída, elevador/redutor, á prova de curto circuito, Inversor de polaridade.
Desvantagem do CUK: Picos de corrente muito elevados nos circuitos comutadores, Ripple de corrente elevado no C de acoplamento, Voltagem inversa do comutador e em C1=Vi+Vo. Sem protecção de ausência de carga.
Regulador “CUK”Características
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 85
Td·T
t
tControl
vD
-Vin
Balanceamento dos “volts/segundo” na bobine do elevador… Vi = Vin/(1-d)
A tensão de saída é a média da tensão no diodo:VO= d·Vin VO = Vin·d/(1-d)
CUK Converter
d1-d
Elevador Redutor
Regulador “CUK”Redutor-Elevador
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 86
Vi = Vin/(1-d) VO = Vin·d/(1-d)
vDS max = vD max = Vi = Vin/(1-d)
Tendo em conta que as correntes médias nos condensadores são zero:
iQ1 = iiniD = iOOs esforços eléctricos são os mesmos que no regulador “Buck-Boost”.
Vi = Vin + VO
CUK Converter
iOiin
+
-vD+
-vDs
Regulador “CUK”Redutor-Elevador
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 87
Regulador Cuk em Modo descontinuo
(1-d-d’)·TVin VO
Vi
iL2iL1
d’·TVin VO
Vi
iL1
iL2
d·TViVin VO
iL1
iL2
t
di/dt = Vin/L1
di/dt = VO /L1
di/dt = VO /L2
di/dt = Vin/L2
iL2
iL1
Regulador “CUK”
Vi = Vin + VO
t
iL1 + iL2
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 88
di /dt = Vin/L1 + Vin/L2
di/dt = VO /L1 + VO /L2
Chamando:
1/Leq = 1/L1 + 1/L2
fica:
Vin /L1 + Vin /L2 = Vin /Leq
VO /L1 + VO /L2 = VO /Leq
Esta é a mesma situação que teríamos no regulador redutor-elevador (Buck-Boost).
k = 2·Leq / (R·T)d
M = k
kcrit = (1-d)2 kcrit max = 1
Regulador Cuk em Modo descontinuo
Regulador “CUK”
t
iL1 + iL2
A fórmula é a mesma, usando Leq como indutância:
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 89
vL1 = vL2 = Vin
vL1 = vL2 = -VO
vL1 = vL2 = 0
Para ambos os modos: As mesmas tensões em L1 e L2
vL1+ -
d·TVin
VOVin + VO
vL2- +
L1L2
d’·TVin
VO
vL2- +
vL1+ -
Vin + VOL1 L2
(1-d-d’)·TVin
VO
vL1+ -
vL2- +
Vin + VOL1 L2
Regulador Cuk em Modo descontinuo: Propriedade interessante
Regulador “CUK”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 90
SEPIC (Single - Ended Primary Inductance Converter)
O conversor SEPIC tem as mesmas características estáticas do conversor Cuk, apresentando também as mesmas formas de onda de corrente. As tensões sobre os comutadores também têm o mesmo valor, ou seja, devem suportar a soma das tensões de entrada e de saída.
SEPIC Regulator
IL2
IL1
Regulador “SEPIC”
O condensador C1, no entanto, deve suportar apenas a tensão de entrada. Não é inversor de polaridade. Neste conversor a corrente de saída é recortada.
inout VD1
DV
Funcionamento
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 91
L1L2 VOVin
Vi
L1 L2 VOVin
Vi
L1L2 VOVin
Vi
Dura: d·T
Dura: (1-d)·T Em Modo contínuo d’·T Em Modo descontinuo
Dura: (1-d-d’)·T(só em Modo descontínuo)
SEPIC Regulator
IL2
IL1
SEPIC : SubCircuitos
Regulador “SEPIC”
inout VD1
DV
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 92
VO
-
+
Vin
+ -vL1
VDS
+
-vL2
-
+
+
- vD+ -Vi
L1 L2
vDS max = vD max = Vin+VO= Vin/(1-d)
Tensões máximas:
Regulador “SEPIC”Tensões no SEPIC
Vin·d·T + (Vin - Vi - VO) ·(1-d)·T = 0
Vi·d·T - VO·(1-d)·T = 0
Aplicando o balanceamento de “volts/segundos” a ambas as bobines:
Vi = Vin
VO = Vin·d/(1-d)
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 93
VOVin
IO
R
iL2
iDiL1
iSL1 L2
C2
C1
iL2 = iD iL2 = IO iS = iL1 iS = IO·d/(1-d)
Regulador “SEPIC”Correntes no SEPIC
“Corrente média no condensador C2 = 0”:iD = IO = VO/R
Balanceamento de potências: iL1 = IO·d/(1-d)iL1 = IO·VO/Vim iL1 = IO·VO/Vin
“Corrente média no condensador C1 = 0”?
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 94
VOVin
L1L2
Vi = Vin
VO
Vi = Vin
L2
VOVin L2
Os efeitos de tensões máximas e correntes médias nos semicondutores, são iguais em ambos .
Regulador “SEPIC”Comparação “SEPIC “– “Buck-Boost”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 95
(1-d-d’)·TVin
VO
iL1
iL2
Vin
L1 L2
d’·T
VinVO
iL1 Vin
L1 L2iL2
d·T
iL1
VinVO
Vin
L1L2
iL2
t
t
di/dt = Vin/L1
di/dt = VO/L1
di/dt = VO/L2
di/dt = Vin/L2
iL2
iL1
iL1 + iL2
Regulador “SEPIC”O“SEPIC “– Em Modo Descontinuo
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 96
di/dt = Vin/L1 + Vin/L2
t
di/dt = VO/L1 + VO/L2
Chamando:
1/Leq = 1/L1 + 1/L2
Fica:Vin/L1 + Vin/L2 = Vin/Leq
VO/L1 + VO/L2 = VO/Leq
Esta é a mesma situação que teríamos no regulador comutado redutor-elevador (Buck-Boost).
k = 2·Leq / (R·T)d
M = k
kcrit = (1-d)2 kcrit max = 1
Regulador “SEPIC”O“SEPIC “– Em Modo DescontinuoiL1 + iL2
A fórmula é a mesma, usando Leq como indutância:
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 97
vL1 = vL2 = Vg
vL1 = vL2 = -VO
vL1 = vL2 = 0
São iguais para ambos os modos de condução.
(1-d-d’)·T
VinVO
vL1+ -
vL2
-
+
Vg
L1 L2
d’·T
VinVO
vL1+ - Vg
L1 L2vL2
-
+
d·T
vL1+ -
VinVO
Vg
L1L2
vL2
-
+
Integração magnética
Regulador “SEPIC”Tensões nas Bobines
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 98
iL1 L1N1
L2
N2
t
iL1
t
iL2
M = L2 iL2
t
iL1
t
iL2iL1
L2 N2
L1N1
iL2
Integração magnética
Regulador “SEPIC”Anulação do ripple de Entrada
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 99
A transferência de energia se faz via condensador.
O conversor Zeta, cuja topologia também possui uma característica abaixadora-elevadora de tensão e não inversora polaridade. Na verdade, a diferença entre este conversor, o Cuk e o SEPIC é apenas a posição relativa dos componentes.
Zeta Regulator
Aqui a corrente de entrada é sempre descontínua (como no conversor abaixador-elevador de tensão visto anteriormente) e a de saída é continua.
A operação no modo descontínuo também se caracteriza pela inversão do sentido da corrente por uma das indutâncias. A posição do interruptor permite uma natural protecção contra curto-circuitos.
A tensão a ser suportada pelo transistor e pelo diodo e por C é igual a Vo+Vi.
Conversores Cuk, SEPIC e Zeta isolados com entrada CC. A introdução de isolamento nestes Reguladores é muito simples, transformando as bobines em paralelo, em transformadores, sendo depois usados como circuitos PFC Activos.
Regulador “ZETA”Funcionamento
inout VD1
DV
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 100
O conversor Flyback (modo Indirecto), pertence á primeira família dos conversores comutada, o que significa que há isolamento entre a entrada e a saída. Os conversores Flyback, são usados em grande parte dos equipamentos electrónicos de alimentação AC de potências até 300W. Ex: Televisores, Computadores, impressoras, Hi-Fi, etc...
Flyback converter
IN1
Icarga
A sua estrutura deriva de um regulador “Boost” (elevador), onde a bobine foi substituída por um transformador com características redutor-elevador.
Quando o comutador Q1 está “on”, o primário do transformador fica directamente ligado á voltagem de entrada, o que faz aumentar o fluxo magnético no transformador. A voltagem no secundário é negativa, logo D1 está no corte e a carga é somente alimentada pelo condensador de saída C1.
in1
2out V
D1D
NNV
Conversor “Flyback”Funcionamento
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 101
Flyback converter
IN1
Icarga
Lei de Faraday:
in1
2out V
D1D
NNV
Quando o comutador Q1 está “off”, o secundário do transformador, contra reage (Lei de Faraday) e transfere a energia acumulada para o condensador de saída C1 e para a carga, através de diodo D1 que ficou entretanto directamente polarizado. De notar também a contra reacção do primário ao corte de corrente, fazendo que Q1 suporte uma tensão inversa de 2Vin.
O circuito de control monitora Vout, e controla o “duty-cycle” de Q1. Se Vin aumenta, o circuito de control irá reduzir o ciclo de condução de acordo a manter constante a saída.
Do mesmo modo se a carga é reduzida e Vout aumenta, o circuito de control actuará da mesma forma. Assim, a um aumento de Vin ou uma redução da corrente de carga corresponde uma diminuição do “dutry-cycle”, ou vice-versa, para que Vout seja constante.Fo
ntes
Com
utad
as
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 102
Conversor “Flyback”Funcionamento: Fase “on” (CCM)
2
1
M
1
2
1
NN
LL
vv
dtdi
111Lv
dtdi
M21Lv
offD0IVV"on"QSe 2i11
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 103
Conversor “Flyback”Funcionamento: Fase “on” (CCM)
1min1
11 ItLViii
on1
1min1max tLViII
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 104
t
v1
t
i1
t
i2
I1min
I1Max
ton
ton
ton
Conversor “Flyback”Funcionamento: Fase “on” (CCM)
2
1
M
1
2
1
NN
LL
vv
min11
i11 It
LVii
0i2
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 105
Conversor “Flyback”Funcionamento: Fase “off” (CCM)
2
1
2
M
2
1
NN
LL
vv
dtdi
M12Lv
dtdi
222Lv
Vov0i0i"off"QSe 2211
tLVoI
NNt
LVoIii
21Max
2
1
2Max222
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 106
t
v1
t
i1
t
i2
I1min
I1Max
ton
ton
ton
Conversor “Flyback”Funcionamento: Fase “on” (CCM)
tLVoI
NNi 1Max
2
12
2
0i1
toff TS
Vi
2
1
NNVo
I2Max
I2min
off2
1on t
NNVotVi
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 107
Conversor “Flyback”Funcionamento: Esforço dos Semicondutores
t
iQ1
I1min
I1Max
ton
t
VQ1
TS
2
1
NNVoVi
ton
toff
IQ1Max= I1Max
VQ1Max = 2
1
NNVoVi
t
VD1
I1Max
t
ID1 I2Max
I2min
VD1Max = 2
1
NNViVo
ID1Max= I2Maxton
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 108
Conversor “Flyback”Funcionamento: Factores de Conversão
CCM (Io Iolim) M =VoVi =
N2
N1
D1-D
DCM (Io Iolim) M =VoVi =
IN
IoD2
Iolim =IN DN2
N1 (1-D)IN =
2fsL1
Vi
Características com carga resistiva
CCM (Io Iolim) M =VoVi =
N2
N1
D1-D
DCM (Io Iolim) M =VoVi =
DK
K = 2fsL1
Ro
Klim = 2
N2
N1 (1-D)
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 109
Conversor “Flyback”Funcionamento: Taxas de utilização
Conseguem-se melhores características dinâmicas
O conversor flyback é usado normalmente em DCM porque:Se tira proveito de toda a gama de fluxo (ΔΦ BSAT = S) e, o núcleo é menor
CCM
Limite CCM-DCM
Quando a taxa de utilização é baixa o conversor trabalha a baixa potênciaFo
ntes
Com
utad
as
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 110
Conversor “Flyback”
Funcionamento DCM: Correntes Primário/Secundário
t
I1I1Max
t
I2
TS
toff
ton
tr
I1Max = on1
tLVi
I2Max = 1Max2
1 INN
tr = Vo
ILNN 1Max
11
2
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 111
Flyback converter
IN1
I1 I2N2N1 IL
1
221L N
NIII
IL t
I2 t
I1 t
V1 t
VDS t
VContt
I2I2
I1
Vin
-Vout N1N2
Vin+Vout N1N2
t1
T
VCont
1I 2I
DSV
Vantagens Simplicidade e poucos componentes. Só mente um elemento indutivo (bobine). Baixas perdas devidas as correntes de fugas. Várias saídas com regulação simultânea.A corrente do comutador pode ser reduzida através da
relação de transformação.Bom factor de elevação de tensão.Grande variedade de tensões de Entrada (universal).
Conversor “Flyback”Funcionamento (Cont.)
LIIcarga
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 112
DesvantagensGrande capacidade do condensador de saída para
reduzir o ripple.O isolamento entre primário e secundário tem que
ser de qualidade. Transformador de grandes dimensões e com “air
gap” (perdas).Todos os componentes, além do transformador têm
que ser de qualidadeDimensões do transformador, limitam algumas
aplicações.Irradiação electromagnética média.Carga elevada no diodo e no condensador de saída.
Conversor “Flyback”Funcionamento (Cont.)
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 113
Exemplo:
Conversor “Flyback”Circuito
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 114
O conversor Forward (modo directo), pertence á primeira família dos conversores comutada, o que significa que há isolamento entre a entrada e a saída. Os conversores Forward, são usados para fornecer potências a equipamentos eléctricos até 1 KW. (Também é conhecido por “Single Ended Forward Converter”).
O conversor Forward, que quer dizer “directo”, transfere energia quando o Comutador está “on”. Durante este tempo, a voltagem no primário é igual á voltagem de entrada.
Que através de D1 alimenta L1, carrega o condensador, e alimenta a carga.O enrolamento do secundário não é inversor, pelo que a voltagem em N2 será:
Quando o Comutador está “off”, o fluxo no transformador tem que ser reduzido a zero (Desmagnetização) (para evitar a saturação do núcleo que elevaria exageradamente a corrente de Q1 danificando-o). O núcleo é desmagnetizado através do enrolamento N3, que tem o mesmo número de espiras de N1, e de D3 que fica directamente polarizado e vai precisar do mesmo tempo para desmagnetizar, que N1 esteve a magnetizar. Por este motivo o “duty-cycle” ton /T terá que ser 0,5. Durante este tempo N1 e N2 não têm corrente e a contra reacção de L1 será descarregada por D2 , que é um diodo de circulação livre (flywheel diode).
Forward converter
Vo=N2
N1* DVin *
IN1
VQ1
IL1
ton 0,5T.
1
2inN N
NVV 2
Conversor “Forward” simplesFuncionamento
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 115
Forward converter IN1
VQ1
IL1
Quando o comutador está “off”, N3 vai induzir em N1 uma tensão de valor –Vin, pelo que o comutador Q1 vai suportar uma tensão inversa superior a 2Vin.
Em comparação com o conversor Flyback, o Forward só pode ter uma saída regulada e o máximo ton de 0,5.
O uso de transformadores toroidais de monocristalino “VITROPERM” é recomendado, visto ter maior permeabilidade magnética e menos perdas que as ferrites, tendo vantagens de menor peso, menor volume, maior eficiência e maior coeficiente de temperatura (até 120º).
Vo=N2
N1* DVin*
Conversor “Forward” simplesFuncionamento (Cont.)
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 116
I1
ID2 ID3 I3I3
I1’ t
I1 t
V3 t
t1
V1 t
VContt
T
Iout=I3
I1
I1 N2
N1
I3
I1’
I1 I2
I3
Vin
-VinN2
N1
Vin
I1-Corrente Magnetizante
Conversor “Forward” simplesFuncionamento (Cont.)
Vantagens Maior nível de potência que o Conversor Flyback. Simplicidade e poucos componentes. Alta eficiência. Sem problemas de desmagnetização Corrente de saída de baixo ripple (Cout pequeno). A corrente do comutador pode ser reduzida através da relação de transformação.
VQ1
Forward converter
t
Desmagnetização
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 117
DesvantagensNecessidade de enrolamento desmagnetizante.Necessidade de bom acoplamento magnético
entre primário e enrolamento desmagnetizante Dimensões elevadas da bobine.Só uma saída.Ciclo activo 0,5 T.
DMAX : 0.5
Tensão inversa dos comutadores 2Vin
Conversor “Forward” simplesFuncionamento (Cont.)
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 118
É uma variante do Conversor Forward, em que os comutadores T1 e T2 são comutados ao mesmo tempo. Durante o tempo em que os comutadores estão “on”, a tensão Vin é aplicada ao primário, e tudo se passa de igual modo que no Forward simples.
Quando os Comutadores estão “off”,o transformador desmagnetiza através dos diodos D1 e D2 para Vin.
Vantagens O enrolamento desmagnetizante do transformador não é necessário Menor pico de tensão inversa nos transistores comutadores (Vin).Acoplamento magnético entre enrolamentos do transformador não
crítico.Maiores potências que o Forward simples (kW’s).Design simples, quer físico quer a nível eléctrico.
D
Two Transistors Forward Converter
Vo=N2
N1
* Vin*
DMAX : 0.5
Desvantagens Só uma saída. Ciclo activo 0,5 T.
Conversor “Forward” com 2 Comutadores
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 119
Push-Pull converter
DVo=N1
**N22Vin
O conversor Push-Pull pertence ao grupo de conversores do modo directo.
Quando Q1 está”on”, a corrente circula pela metade superior do primário do transformador, induzindo no secundário uma voltagem tal que D2 fica polarizado directamente e D1 inversamente. D2 conduz, e através de L1 alimenta o condensador de saída e a carga.
Quando Q1 está”off”, o fluxo no transformador termina, e passado um tempo morto (dependente do ciclo activo do sinal de control PWM)…
Q2 conduz, circulando a corrente na metade inferior do transformador, induzindo no secundário uma voltagem tal que D1 fica polarizado directamente e D2 inversamente. D1 conduz, e através de L1 alimenta o condensador de saída e a carga. Segue-se um tempo morto e Q1 conduz iniciando-se um novo ciclo.
Os comutadores não podem conduzir em simultâneo pois poriam a fonte (Vin) em curto. Isto significa que cada comutador não pode estar “on” mais do que 0,5 T, pois sobrepor-se-iam.
Os Conversores Push-pull são basicamente usados em conversores DC/DC de baixa tensão de entrada, e conversão DC/AC (se não tiver diodos nos secundário).
Conversor “Push-Pulll” Funcionamento
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 120
O circuito magnético no transformador deve ser uniforme, caso contrário saturaria e levaria á destruição de Q1 e Q2.
Os Conversores Push-pull são basicamente usados em conversores DC/DC de baixa tensão de entrada, e conversão DC/AC (se não tiver diodos nos secundário).
Push-Pull converter
DVo=N1
**N22Vin
DMAX : 0.5
VD_MAX = 2Vin / n
VQ_MAX = 2Vin
Conversor “Push-Pulll” Funcionamento (Cont.)
Isto implica que os tempos de condução dos comutadores Q1 e Q2 sejam exactamente iguais, e que ambas as metades do transformador sejam magneticamente idênticas.
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 121
Vin
N:12
Q1 Q2
Vin
n:1
1
Q1 Q2 D2
D1
Quando os Comutadores estão “off” IL deve continuar circulando. Os dois diodos conduzem e repartem a corrente por igual nas contra-reacções do secundário
Conversor “Push-Pulll” Funcionamento (Formas de Onda)
Quando Q1 está”on”, a corrente circula pela metade superior do primário do transformador, induzindo no secundário uma voltagem tal que D2 fica polarizado directamente e D1 inversamente. D2 conduz, e através de L1 alimenta o condensador de saída e a carga.
Q2 conduz, circulando a corrente na metade inferior do transformador, induzindo no secundário uma voltagem tal que D1 fica polarizado directamente e D2 inversamente.
Quando Q1 está”off”, o fluxo no transformador termina, e passado um tempo morto (dependente do ciclo activo do sinal de control PWM)…
D1 conduz, e através de L1 alimenta o condensador de saída e a carga. Segue-se um tempo morto e Q1 conduz iniciando-se um novo ciclo.
Vin
n:13
Q1 Q2
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 122
L
VO
iL
D1
D2
iL1
iL2
Circuito equivalente quando não conduzem:
iL1 + iL2 = iLiL1 - iL2 = iLm (sec. trans.)
VOL
A tensão no transformador é zero.
Conduzem ambos os diodos…
As correntes iL1 e iL2 devem ser tais que:
Conversor “Push-Pulll” Funcionamento Simétrico
O que se passa quando nenhum dos transistores conduz?
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 123
A tensão vD é a mesma que num conversor “Forward” com um ciclo de trabalho de:
S2
N1
N1’
N2’
N2
Vin
VO
LvD
+
-S1
+- vD1
+- vD2
vS1
+-
+- vS2
D1
D2
Td·T
tvS1
2·Vin
vS2
t2·Vin
t
vD Vin·N2/N1
t
vD2
2·Vin·n2/n1
tvD1 2·Vin·n2/n1
tControlS1 S2
dmax = 0,5
Conversor “Push-Pulll” Tensões
VO = 2·d·Vin·N2/N1 (em modo continuo)
vsmax = 2·Vin vD1max = vD2max = 2·Vin·N2/N1
2·d
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 124
S2 S1
N1 : N2
N1
N1’
N2’
N2
Vin
VO
L
iS1
iL
D1
D2
iD1
iD2
iS2
iO
Correntes médias:iS1 = iS2 = iO·d·(n2/n1) iD1 = iD2 = iO/2
t
iS2
iS1
t
t
iL
t
iD1
Td·T
t
iD2
tControlS1 S2
dmax = 0,5
Conversor “Push-Pulll” Correntes
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 125
B
H
S2 S1
N1
N1’Vin
VO
iS1
iS2
Em controlo “Modo tensão” pode chegar a saturar-se o transformador, por assimetrias na duração dos tempos de condução dos transistores
B
Se usa “controlo modo corrente”
Conversor “Push-Pulll” Problema de Magnetização do “Push-Pull”
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 126
Push-Pull converter
DVo= N1**
N22Vin
VantagensSimplicidade e poucos componentes.Aplicabilidade em vários níveis de
potência.Possibilidade de várias saídas.Transformador de pequenas
dimensões.Baixo ripple de saída.
DesvantagensTensão inversa nos Comutadores (2Vin).Correcção de simetrias problemática. Necessário bom acoplamento magnético entre ambos os enrolamentos do
primário.Perigo se ambos os comutadores em condução simultânea. DMAX : 0.5
VD_MAX = 2Vin / nVQ_MAX = 2Vin
A voltagem na saída é igual á média da forma de onda aplicada ao filtro de saída LC.
Conversor “Push-Pull”Características
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 127
Half-Bridge converter
Vo= N2
N1*Vin * D
O Conversor “half-bridge” (Meia ponte) é similar ao conversor Push-Pull, mas sem necessidade de transformador com ponto central no primário. O campo magnético inverso, consegue-se invertendo o sentido da corrente no primário. Este tipo de conversores é usado especialmente em aplicações de alta potência.
O Conversor “meia ponte” é a solução mais “amigável” para Fontes de Alimentação Comutadas de modo directo com isolamento, pois reduz a tensão de pico inversa dos comutadores primários, devido ao divisor de tensão de entrada entre C1 e C2.
As formas de onda são as mesmas do conversor Push-Pull, mas as tensões e relação de transformação são reduzidas a metade, sendo a sua principal vantagem a redução da tensão aplicada aos FET’s comutadores.
Conversores – Meia Ponte (Half Bridge)Funcionamento
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 128
Half-Bridge converter
Vo=N2
N1
*Vin * D
A voltagem na saída é igual á média da forma de onda aplicada ao filtro de saída LC.
VantagensNão necessita de transformador de ponto
central.Transformador de menores dimensões.Menor tensão inversa aplicada aos
comutadores.Potência se alguns kw. Simplicidade.
VQ_MAX = Vin
VD_MAX = Vin / n
DMAX : 0.5
Desvantagens A relação de transformação será dupla para a mesma
tensão de saída.O dobro da corrente.Só uma saídaCorrecção de simetrias problemáticaPrecisa de fonte auxiliar para circuito de Control.
Conversores – Meia Ponte (Half Bridge)
Características
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 129
N:1
VLC
V0Q1
Q2
D1
D2
Vin2
Vin
2Vin
L0
Na entrada, se monta um divisor capacitivo, mediante dois condensadores iguais e suficientemente grandes. Desta forma criamos um ponto em que a tensão é a metade da tensão de entrada.
Os dois MOSFET são controlados da seguinte forma:Q1
Q2
TT/2
DT
DT
Sinais nas “Gates” dos MOSFETS
DMAX : 0.5
Conversores – Meia Ponte (Half Bridge)Funcionamento
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 130
Vin
N:1
LM
L0 V0n2Vin
VL0
Q2
Q1D1
D2
Q2DT
DT
Q1 TT/2
V1
ILM
IL0
VL00
in Vn2
V
-V0
M
in
L4TDV
Em MCC, estes conversores têm 3 estados de funcionamento.
1• Carga da LM
• Carga de L0
Durante D·T
LM2
Vin
ILM
dt2
VL1)t(i in
MLM
dtV
n2V
L1)t(i 0
in
00L
VL IL
Voutn2Vin
En t = DTM
inLM L2
TDVi
DTVn2
VL1i 0
in
00L
O valor de pico é metade
O valor médio depende da carga
L
00 R
VI
Conversores – Meia Ponte (Half Bridge)Circulação de correntes
2Vin
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 131
Q1 TT/2
DTDT
Q2
V1
ILM
IL0
VL0
2Vin
0in Vn2
V
-V0
M
in
L4TDV
2• LM se mantém• Descarga de
L0
iLM fecha-se pelo transformador. iLO põe em condução os dois diodos.O equilibrio das correntes no
transformador se devem manter.
A tensão no transformador deve ser nula.iL
Vout
iLMLM
vLM = 0iLM = 0
vL
vL = -V0 Se descarga L0
Conversores – Meia Ponte (Half Bridge)Circulação de correntes
Font
es C
omut
adas
Vin
N:1Q1
Q2
D1
D2
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 132
Vin
N:1Q1
Q2
D1
D2
3• LM se descarrega• Carga de L0
Durante D·T
LM2
Vin
ILM
dt2
VL1i)t(i in
MLMpLM
M
inLMp L4
TDVi
O circuito de saída é igual ao do ponto 1.
É simétrico
Descarga de LM
Conversores – Meia Ponte (Half Bridge)Circulação de correntes
Font
es C
omut
adas
Q2DT
DT
Q1 TT/2
V1
ILM
IL0
VL00
in Vn2
V
-V0
M
in
L4TDV
2Vin
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 133
A bobine L0 deve estar equilibrada:
D
21VDV
n2V
00in Por tanto: D
nVV in
0
Para calcular la relación de transformación estudiamos la forma de onda de la tensión en la bobina de salida
0in Vn2
V
-V0
T/2
VL0
T
2Vin
Com respeito a LM, a forma de controlar os comutadores assegura que a forma de onda seja simétrica.
2VinDT
DTiLM estará equilibrada
Conversores – Meia Ponte (Half Bridge)Relação de Transformação
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 134
0VVin
N:1V0
Q1
Q2
D1
D2
0V
LM
iLM
iL0
Quando os dois MOSFETs estão abertos, a corrente IL0 deve continuar circulando. Para isso, os dois diodos se põem em condução e repartem a corrente por igual.
IL0ID1+ID2
ID2 se desequilibra ligeiramente devido a ILM
ID1ID2
ILM
ID2
IL0
ID1ILM
Unicamente se desequilibram ligeiramente devido á corrente ILM que também está entrando no transformador, que deve sair pelos enrolamentos do secundário. Em geral esta corrente será muito menor que IL0 e apenas se notará um ligeiro desequilíbrio.
Conversores – Meia Ponte (Half Bridge)Relação de Transformação
Font
es C
omut
adas
ILM
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 135
Vin
V0
Q2
Q1TT/2
DT DT
V1
VQ1
IL0
IQ1
ID1
2Vin
2Vin Vin
IL0pIL0p/2
LMpp0L I
nI
ILM
nVinVD1
VD1
VQ1
V1
IQ1 IL0
Nos MOSFET
VM_MAX = Vin
Nos diodos
VD_MAX = Vin / n
2Vin
IL0p
Conversores – Meia Ponte (Half Bridge)
Esforços dos semicondutores
Font
es C
omut
adas
ID1
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 136
Full-Bridge converter
DVo= N1**
N22Vin
O Conversor “Full-bridge” (Ponte Completa), tal como o “Half-bridge”, é similar ao conversor Push-Pull, mas sem necessidade de transformador com ponto central no primário. O campo magnético inverso, consegue-se invertendo o sentido da corrente no primário. Este tipo de conversores é usado especialmente em aplicações de alta potência (até 10 kw).
Pares diagonais de Comutadores (FET’s) em condução alternada, conseguindo o efeito de inversão da corrente no primário do transformador, eliminam a necessidade de transformador com ponto central no primário.
Q1 e Q4 em condução produzirão uma corrente num sentido no primário do transformador, Q2 e Q3 farão o mesmo mas no sentido inverso, o comportamento dos diodos no secundário é idêntico ao do “Push-pull”, D1 estará polarizado directamente para um ciclo e D2 para o outro ciclo. Mais uma vez se nota que os dois pares não podem estar em condução simultaneamente pelo que o ciclo activo terá que ser D 0,5.T. A tensão inversa suportada pelos FET’s será Vin.
Conversores – Ponte Completa (Full Bridge)Funcionamento
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 137
Full-Bridge converter
DVo=N1
**N22Vin
A voltagem na saída é igual á média da forma de onda aplicada ao filtro de saída LC.
VantagensÉ o circuito mais usado em aplicações
de alta potência.Potência até 10 KW.Possibilidade de várias saídas.
DesvantagensTransformador e bobine de concepção complexa.Correcção de simetrias problemática.Só uma saída Fraca resposta a TransientesPrecisa de fonte auxiliar para circuito de Control.
VQ_MAX = Vin
VD_MAX = Vin / n
DMAX : 0.5
Conversores – Ponte Completa (Full Bridge)
Características
Transformador de pequenas dimensões sem “air gap”.
Baixo ripple de saída.Tensão inverso dos comutadores baixa.
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 138
ZCS Push-Pull Resonant Converter
Vo= N2
N1*Vin * D
ZCS (Zero Current Switch) Os “Conversores Ressonantes”, usam um
circuito ressonante para comutarem os transistores (FET’s), nos pontos de corrente ou tensão zero, reduzindo assim o “stress” dos elementos comutadores e a EMI.
ZVS (Zero Voltage Switching) Para comutação a zero volts.
ZCS (Zero Current Switching) Para comutação a corrente zero.Para control da voltagem de saída, os conversores ressonantes, são impulsionados com impulsos de duração constante a frequência variável, sendo a sua duração de metade do período ressonante, para que a comutação se dê nos pontos de zero voltagem ou corrente.
Há muitos tipos diferentes de conversores ressonantes, e o circuito sintónico, pode estar no primário ou no secundário do transformador, ou alternativamente circuitos ressonantes série ou paralelo, conforme ZVS ou ZCS..
O “ZCS Push-Pull Resonant Converter”, pode regular várias saídas, usando um circuito de control idêntico ao do “Flyback”. Isto porque as várias saídas são vistas como ligações em paralelo pelo primário do transformador, pelo que será compensada a saída de tensão mais baixa, tendo em conta a relação de transformação.
Conversores RessonantesFuncionamento
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 139
VantagensVárias saídas isoladas a potências de
Vários Kw.Voltagem inversa dos comutadores Vin.Transformador de pequeno núcleo sem “air
gap”.Transformador sem acoplamento magnético
crítico. Impulsos de control de duração fixa e freq.
Variável.Protecção de sem carga, ou curto circuito.
Desvantagens A frequência pode ser audível.A voltagem de saída no pode ser superior a 2Vin. (Porque Vout = Vin)A corrente de saída no pode ser superior a 2Iin. (Porque Vout = 0 e I = Vin .C/L)
ZCS Push-Pull Resonant Converter
Vo =N2
N1*2.Vin
ZCS (Zero Current Switch)
VQ_MAX = Vin
Vo_MAX = 2Vin
DMAX : 0.5
Io_MAX = Iin
Conversores RessonantesCaracterísticas
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 140
Conversores quasirressonantes comutados a corrente zero (ZCS-QRC)Convencional
Ressonante
iS
iDiL
+
-
vS
Potência perdida no transistor
CorrentesiS
iD
iL
vS
Conversores Ressonantes
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 141
Dúvidas?
Font
es C
omut
adas
Electrónica Analógica: Fontes de Alimentação Comutadas
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 142
Bibliografias
www.unioviedo.es/ate/majopri/intro/docs/leccion
http://www.electronics-tutorials.ws/
ATE Univ. de Oviedo SISAL035.00
Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo
http://www.el.bqto.unexpo.edu.ve/rabreu/Electronica3
Font
es C
omut
adas
top related