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7/17/2019 Aula 02

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Projeto de Conversores u a : onversor y ac

Prof. Cassiano [email protected]

1Prof. Cassiano Rech

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n ro uç o

• Embora os conversores CC-CC sem transformador de isolamento

sejam bastante simples de serem projetados, em algumas aplicaçõesorna-se necess r a a u zaç o e conversores - so a os

Por questões de segurança, muitas vezes normas são impostas para isolar

a car a e a rede elétrica.

Possibilita que uma fonte possua várias saídas usando 1 interruptor.

O uso de transformador amplia a faixa de variação da tensão de saída.

• Contudo, o uso do transformador de isolamento introduz alguns

problemas: Aumento de volume e custo.

Perdas no núcleo e nos enrolamentos.


Sobretensão nos semicondutores devido as indutâncias de dispersão.

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n ro uç o


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onversores - so a os

• Flyback

• Conversores em ponte isolados

Meia-ponte

• Push-pull


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onversor y ac

• O conversor flyback é derivado do conversor buck-boost, pela substituição do indutor de

acumulação de energia pelo “transformador de isolamento”.

• A corrente não flui pelo primário e pelo secundário ao mesmo tempo, logo o elementomagn co n o se compor a como um rans orma or c ss co.

• O “transformador” do conversor flyback, além de sua função clássica de isolação e

adaptação dos níveis de tensão primária e secundária, apresenta a função de indutor

.

BUCK-BOOST FLYBACK

S D io _ iDiS S D io +

iSiP

Vin RL

iL

Vo

+

C Vin RNP

iC

VoCNS


_

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onversor y ac

• O conversor flyback pode operar tanto no modo de condução

contínua quanto no modo de condução descontínua, de acordo com

• No modo de condução contínua não ocorre a desmagnetização

,

saturação do núcleo

•

cada período de comutação, evitando a saturação do núcleo


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Conversor fl back:

Condução descontínua

V

o +

Vo

P

iC _

S

V

o

+

Vo

P

iC _

S

V

o +

Vo

SP


P

iC _

S

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Conversor fl back:


GANHO EST TICO EMCONDUÇÃO DESCONTÍNUA

=o SV N DT (*)

− = 0Pin o d

NV DT V t

in P dS

Além disso, em condução descontínua a corrente média na saída é:

⎛ ⎞

= = ⎜ ⎟

max2

2

P P

d

S o dP

o

tN V tN

I

=2S P

d

P

N L Tt

N R

(**)

S P

Ganho estático

Usando (*) e (**):


em condução

descontínua

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Conversor fl back:


C LCULO DAINDUTÂNCIA CRÍTICA

-

=d off t t = −2

1S critN L TD T

P

CÁLCULO DOCAPACITOR DE SA DA

Durante a primeira etapa o capacitor está sendo descarregado pela ação dao .

CVI C

Δ≈


on

t

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Conversor fl back:


ESFORÇOS DE CORRENTENO INTERRUPTOR

ESFORÇOS DE CORRENTENO DIODO


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ro e o os e emen os magn cos

• O sucesso na construção e no perfeito funcionamento de um

conversor estático está intimamente ligado com um projeto

• O grande problema reside no fato de que transformadores e

potência uma série de elementos parasitas (não-idealidades)

•

funcionamento do conversor: picos de tensão nos semicondutores,

altas perdas e emissão de interferência eletromagnética


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Pro eto dos elementos ma néticos:

Núcleo

• O núcleo fornece um caminho adequado para o fluxo magnético

• Entre os ti os de material utilizados na constru ão de núcleos

destacam-se as lâminas de ferro-silício e o ferrite

• Em o era ões em baixas fre üências as lâminas de ferro-silício são

mais adequadas, porém, com o aumento da freqüência decomutação, as perdas por histerese e, conseqüentemente, a

• Os núcleos de ferrite são indicados para operação em freqüências

, ,relação às lâminas de ferro-silício, tais como baixa densidade de

fluxo de saturação e baixa robustez a choques mecânicos


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Núcleo de ferrite

Ae: área da seção transversal


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Núcleo de ferrite

Considere a Lei de Faraday:

φd=dt

Para a 1ª eta a do conversor fl back tem-se ue:

Δφ=in PV N

onde: Δφ = Δ . eB A

on = =ont DT

f

Lo o:

Δ=

. . .P ein

N A B f V

D=

Δin

e

P

DV A

N Bf (1)


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Núcleo de ferrite

,

Ap – área ocupada pelo enrolamento primário

Kw – fator de utilização da área do enrolamento

A – área da janela do núcleo

Kp – fator de utilização do primário

= P A A

P W Ainda:

=N I A J

onde: J – densidade de corrente

IP rms – valor eficaz da corrente no primário

= P P rms

W

N I A (2)


P W

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Núcleo de ferrite

u p can o e o m-se o pro u o e w o n c eo:

= P P rmsin N IV D = in P rmsV DIΔe W

P P WN Bf K K J Δe W

P WK K J B f

-

= in P rms

e W

V DI A A (cm4)

P W

onde:

V – tensão de entrada (V)D – razão cíclica

IP rms – corrente eficaz no enrolamento primário (A)

J – densidade de corrente (A/cm2)


–

f – Freqüência de comutação (Hz)

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Núcleo de ferrite

ara n c eos e err e usua s o va or e ca em orno e , es e va or

devido à curva de magnetização do material magnético). O valor da densidade de

corrente (J) depende dos condutores utilizados nos enrolamentos, sendoti icamente utilizado o valor de 300 A/cm2 a 450 A/cm2.

Os fabricantes de núcleos disponibilizam alguns tamanhos e formatos padrões

de núcleos e, por este motivo, deve-se selecionar o núcleo com o Ae Aw maior e mais

próximo do calculado.


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Número de espiras

a e-se que:

( ) φ Δφ

= =P P

dv t N N

sendo:

( ) Δ

= =ΔP P

di iv t L L

dt t

Δφ = ΔP P

N L i

Δφ = Δ . eB A

Considerando que, quando a corrente no indutor é máxima (IPmax) tem-se o

máximo valor de B:

=Δ

maxP PP

e

L IN

B A

A relação entre espiras pode ser obtida a partir do equacionamento do conversor

flyback, usando, por exemplo, a especificação de máxima tensão sobre o


.

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Dimensionamento dos condutores

da densidade de corrente admitida no condutor:

rmsItotal

J

A utilização de condutores em altas freqüências deve levar em conta o efeito

“ ” ,

de um condutor tende a se distribuir nas bordas do mesmo, causando uma reduçãona área efetiva do condutor.

Para evitar este efeito, devem-se associar f ios em paralelo. Nesse caso, o raio de

cada fio deve ser menor do que a profundidade de penetração :

Δ =7,5

(cm)

Desta forma, o condutor utilizado não deve possuir um diâmetro superior ao

valor 2 , e o número de condutores em paralelo é dado por:


= totalcond

cond

Sn S

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Entreferro

Como o transformador do conversor flyback se comporta como um indutor com

dois enrolamentos acoplados torna-se necessário a inclusão de entreferro para

ajuste da indutância de magnetização e armazenamento de energia.

=2

PP

NL =

2

PP

NL

total entreferro

sendo:

= entreferrolR

μo e

−μ = π × 74 10o

(permeabil idade do ar)

Logo:

−μ22N A


=entreferro

PL

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Passos do projeto

1. Definição das especificações;

2. Cálculo do produto de áreas;3. Escolha do núcleo;

4. Cálculo do número de espiras;

5. Cálculo do entreferro;6. Cálculo do diâmetro máximo do condutor;

7. Escolha dos condutores;

8. Cálculo da se ão necessária;9. Definição do número de condutores em paralelo;

10. Cálculo da ossibilidade de execu ão.

Prof. Cassiano Rech 22

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ogra a

• I. Barbi, “Conversores CC-CC Básicos Não Isolados”.

“ ”. ,

• R. W. Erickson, D. Maksimovic, “Fundamentals of Power

Electronics”, Second edition.• Mohan et. all., “Power Electronics: Converters,

applications and design”, Second edition.


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