avaliação 5 fonte chaveada...

IFSC - INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA Departamento Acadêmico de Eletrônica Pós-Graduação em Desenvolvimento de Produtos Eletrô nicos Conversores Estáticos e Fontes Chaveadas

Avaliação 5 Fonte Chaveada Flyback

Alunos: Renato de Matos Roselane Cristina Martins

Florianópolis, 22 de julho de 2009

CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS

2

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................................. 4

2 DESENVOVIMENTO ....................................................................................................................................... 7

2.1 ESPECIFICAÇÃO DE PROJETO......................................................................................................................... 7

2.2 DIAGRAMA DE BLOCOS.................................................................................................................................. 8

2.3 PROJETO DO CIRCUITO RETIFICADOR............................................................................................................. 8

2.3.1 Tensões de entrada do Retificador........................................................................................................ 9

2.3.2 Potências............................................................................................................................................... 9

2.3.3 Capacitor do Retificador .................................................................................................................... 10

2.3.4 Tensões médias na saída do retificador.............................................................................................. 10

2.3.5 Corrente de Pico na Saída do Retificador .......................................................................................... 10

2.3.6 Valor Eficaz da Corrente na Saída do Retificador ............................................................................. 11

2.3.7 Corrente Média Fornecida pelo Capacitor ao Conversor.................................................................. 11

2.3.8 Corrente Total no Capacitor de Filtragem......................................................................................... 11

2.3.9 Correntes nos Diodos Retificadores ................................................................................................... 11

2.3.10 Corrente de Pico no Primário .......................................................................................................... 12

2.4 PROJETO DO TRANSFORMADOR.................................................................................................................... 12

2.4.1 Escolha do Núcleo .............................................................................................................................. 12

2.4.2 Determinação do Entreferro............................................................................................................... 13

2.4.3 Número de Espiras do Primário ......................................................................................................... 13

2.4.4 Número de Espiras no Secundário...................................................................................................... 13

2.4.5 Correntes Envolvidas.......................................................................................................................... 14

2.4.6 Profundidade de Penetração .............................................................................................................. 14

2.4.7 Área dos Condutores do Primário ...................................................................................................... 15

2.4.8 Dados do Fio Escolhido para o Primário - 28 AWG.......................................................................... 15

2.4.9 Dados do Fio Escolhido para o Secundário Principal - 23 AWG ...................................................... 16

2.4.10 Dados do Fio Escolhido para o Secundário Auxiliar - 24 AWG ...................................................... 17


3

2.4.11 Cálculo das Perdas no Transformador............................................................................................. 17

2.4.12 Indutâncias para Simulação ............................................................................................................. 19

2.5 PROJETO DO ESTÁGIO DE POTENCIA............................................................................................................. 20

2.5.1 Determinação do Capacitor da Saída Principal................................................................................. 20

2.5.2 Determinação da Chave...................................................................................................................... 20

2.5.3 Determinação do Diodo da Saída Principal....................................................................................... 21

2.5.4 Cálculo dos Tempos Envolvidos ......................................................................................................... 21

2.6 PROJETO DO CIRCUITO DE CONTROLE.......................................................................................................... 22

2.6.1 Parâmetros do conversor.................................................................................................................... 22

2.6.2 Função de transferência - G(s)........................................................................................................... 22

2.6.3 Diagrama de Bode - G(s).................................................................................................................... 23

2.6.4 Freqüências de cruzamento ................................................................................................................ 23

2.6.5 Resistores e capacitores do compensador .......................................................................................... 24

2.6.6 Função de transferência do compensador.......................................................................................... 24

2.6.7 Diagrama de Bode - H(s).................................................................................................................... 24

2.6.8 Diagrama de Bode - G(s)H(s)............................................................................................................. 25

2.6.9 Margem de Fase ................................................................................................................................. 26

2.7 PROJETO DO CIRCUITO DE COMANDO E CIRCUITOS AUXILIARES................................................................... 27

2.7.1 Determinação do Capacitor da Saída Auxiliar................................................................................... 27

2.7.2 Determinação do Diodo da Saída Auxiliar......................................................................................... 27

2.8 LISTA DE COMPONENTES............................................................................................................................. 28

2.9 ESQUEMÁTICO............................................................................................................................................. 29

2.10 RESULTADO DE SIMULAÇÃO...................................................................................................................... 30

2.10.1 Etapa do retificador.......................................................................................................................... 30

2.10.2 Etapa do conversor ........................................................................................................................... 35

2.10.3 Etapa do controlador........................................................................................................................ 39

3 CONCLUSÃO .................................................................................................................................................. 43

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................................... 44


4

1 INTRODUÇÃO

As fontes de alimentação são imprescindíveis no nosso dia a dia, estando presentes em

praticamente todo eletrodoméstico, desde o carregador do telefone celular até a televisão ou

microcomputador. As fontes passaram por vários processos evolutivos e, apesar das chamadas

fonte lineares ainda serem encontradas freqüentemente, as fontes chaveadas estão

conquistando espaço nos dispositivos modernos graças as suas vantagens.

A tecnologia de fontes chaveadas não é recente. Fontes de alta tensão baseadas no conversor

fly-back, por exemplo, estão presentes nas mais variadas aplicações. As grandes alterações

tecnológicas ocorridas nos últimos 20 ou 30 anos, no entanto, estão relacionadas com o

surgimento de componentes semicondutores de potência capazes de comutar em alta

freqüência (entendido como acima de 20 kHz, de modo a não ser audível pelo ser humano),

com baixas perdas.

Principalmente devido à criação do transistor MOSFET, ao qual se seguiu o IGBT, ambos

com desempenho muito superior ao transistor bipolar em aplicações de chaveamento rápido,

toda uma nova área de desenvolvimento tecnológico pode se estabelecer.

A crescente demanda por fontes de alimentação compacta, de alto rendimento (baixas perdas)

e rápida resposta dinâmica a transitórios de carga, decorrente da ampliação de cargas

eletroeletrônicas a serem alimentadas em tensão CC, exigiu soluções que transcendiam as

fontes convencionais baseadas em retificadores (controlados ou não), seguidos por filtros

passivos e reguladores série.

Em potências mais elevadas (o que pode significar alguns watts), a perda de potência em um

regulador série pode ser proibitiva. O uso de transistores como chave permite minimizar as


5

perdas de potência, desde que as transições dos estados ligado e desligado sejam muito

rápidas (minimizando o intervalo no qual o componente atravessa sua região ativa).

Com isso minimiza-se a necessidade de dispositivos de dissipação do calor gerado no

semicondutor.

Mas ao operar como chave, estes circuitos exigem filtros passa-baixas que sejam capazes de

recuperar uma tensão CC adequada aos circuitos de carga. Tais filtros utilizam indutores e

capacitores. A minimização destes elementos requer que a freqüência de comutação seja a

mais elevada possível, de modo que valores aceitáveis de ripple sejam obtidos com baixas

indutâncias e capacitâncias.

A elevação da freqüência, no entanto, fica restrita pelas perdas devidas às comutações. dos

componentes semicondutores.

Além disso, os elevados valores de di/dt e dv/dt (taxas de variação de corrente e de tensão,

respectivamente) são importantes fontes de interferência eletromagnética (IEM), as quais

devem ser devidamente minimizadas para evitar mau-funcionamento do circuito e

interferência em outros dispositivos alimentados pela mesma fonte (interferência conduzida)

ou que esteja nas proximidades (interferência irradiada).

Apesar das muitas soluções tecnológicas já obtidas, continuam a surgir novos desafios, como

a alimentação em tensões cada vez mais baixas dos circuitos digitais, com implicações sobres

os valores mínimos de queda de tensão direta dos componentes, ou ainda os circuitos de

eletrônica embarcada em automóveis, e tantas outras aplicações em telecom e aparelhos de

uso médico.

O objetivo desse trabalho é estudar o comportamento de uma fonte chaveada do tipo Flyback.

A fonte Flyback baseia-se no armazenamento de energia (corrente) no indutor, existido dois

tipos de Flyback: O Flyback de modo contínuo e o de modo descontínuo. No Flyback de

modo contínuo (a corrente que circula no condutor nunca chega a zero) não temos uma boa


6

resposta a transientes decorrente. A corrente do indutor aumenta de acordo com o aumento de

corrente de magnetização, o que geralmente provoca acréscimos sucessivos dela. O Flyback

de modo descontínuo, apesar de ter o mesmo esquema elétrico do modo contínuo, sua

corrente no indutor deve sempre chegar a zero.

Nesse trabalho, será realizado o projeto de uma fonte chaveada com os estágios de retificação,

projeto do transformador, estágio de potencia, controle, comando e circuitos auxiliares.

Também será realizada a simulação do circuito completo, a fim de constatar o seu

funcionamento em todas as etapas citadas.


7

2 DESENVOVIMENTO

2.1 Especificação de Projeto

Esse relatório trata de um projeto de uma fonte chaveada do tipo Flyback com as seguintes

especificações:

Tensão de entrada: Universal (85 a 265V eficazes)

Freqüência de rede: 60Hz

Ondulação de tensão na saída do retificador: 5%

Tensão de saída 01: 15V

Corrente de saída 01: 0,5A

Tensão de saída 02: 5V

Corrente de saída 02: 1A

Ondulação de tensão na saída da fonte: 1%

Freqüência de comutação: 50kHz

Com base nas informações anteriores, deverá ser realizado o projeto de um circuito retificador

de entrada com filtro capacitivo, projeto físico do transformador do conversor Flyback,

projeto dos componentes do estágio de potencia do conversor Flyback, fazer a escolha de um

circuito integrado dedicado para o comando e controle do conversor, projeto do circuito de

comando e controle e os circuitos auxiliares. Em seguida deverá ser realizada a simulação do

circuito projetado.


8

2.2 Diagrama de blocos

Uma fonte chaveada pode ser representada pelos seguintes blocos:

2.3 Projeto do circuito retificador

Para a determinação dos componentes do circuito retificador com filtro capacitivo serão feitas

as seguintes considerações:

Vac 175V:= ∆Vac 102.86% Vac⋅:=

∆Vac 180.005V= Fr 60Hz:=

ηret 0.9:= ηconv 0.7:=

Vout1 5V:= Iout1 1A:=

Pout1 Iout1 Vout1⋅:= Pout1 5W=

OndVout 1%:= ∆Vout1 OndVout Vout1⋅:=

∆Vout1 0.05V= Vout2 15V:=

Iout2 0.5A:= Pout2 Iout2 Vout2⋅:=

Pout2 7.5W= ∆Vout2 1% Vout2⋅:=

∆Vout2 0.15V= OndVCret 5%:=

Vd 1V:= Dmax 0.4:=

Fs 50kHz:= Jmax 400A

cm2:=


9

∆B 0.25T:= µ0 4π 10 7−⋅H

m:=

Kp 0.5:= Kw 0.4:=

2.3.1 Tensões de entrada do Retificador

Vacmin Vac∆Vac

2−:=

Vacmin 84.998V=

Vacmax Vac∆Vac

2+:=

Vacmax 265.002V=

2.3.2 Potências

Potência de entrada do conversor principal

Pout1 5W=

Pinconv1Pout1

ηconv:=

Pinconv1 7.143W=

Potência de entrada do conversor auxiliar

Pout2 7.5W=

Pinconv2Pout2

ηconv:=

Pinconv2 10.714W=

Potência fornecida pelo retificador aos conversores

Poutret Pinconv1 Pinconv2+:= Poutret 17.857W=

Potência total de entrada

PinPoutret

ηret:=

Pin 19.841W=


10

Potência total de saída

Pout Pout1 Pout2+:= Pout 12.5W=

2.3.3 Capacitor do Retificador

VCretmax 2 Vacmin⋅ Vd−:= VCretmax 119.205V=

∆VCret OndVCret VCretmax⋅:= ∆VCret 5.96V=

VCretmin VCretmax ∆VCret−:= VCretmin 113.244V=

CretPin

Fr VCretmax2 VCretmin2−( )⋅:=

Cret 238.686µF=

Capacitor escolhido: 270uF x 400V

Cretcom 270µF:=

2.3.4 Tensões médias na saída do retificador

Vretmin 2 Vacmin⋅ Vd−( ) 1OndVCret

2−

⋅:=

Vretmin 116.225V=

Vretmax 2 Vacmax⋅ Vd−( ) 1OndVCret

2−

⋅:=

Vretmax 364.426V=

2.3.5 Corrente de Pico na Saída do Retificador

Tc

acosVCretmin

VCretmax

2π Fr⋅:=

Tc 8.424 104−× s=

IretpicoCretcom ∆VCret⋅

Tc:=

Iretpico 1.91A=


11

Devido à simplificações do método utilizado, a corrente de pico real, obtida na simulação, é

duas vezes a corrente aqui calculada.

2.3.6 Valor Eficaz da Corrente na Saída do Retificador

Iretef Iretpico 2 Tc⋅ Fr⋅ 2 Tc⋅ Fr⋅( )2−⋅:= Iretef 0.576A=

2.3.7 Corrente Média Fornecida pelo Capacitor ao Conversor

ICretmdPin

VCretmin:=

ICretmd 0.175A=

2.3.8 Corrente Total no Capacitor de Filtragem

ICretef Iretef2 ICretmd2+:= ICretef 0.602A=

2.3.9 Correntes nos Diodos Retificadores

IDretef Iretpico Tc Fr⋅⋅:= IDretef 0.429A=

IDretmdPin

2 VCretmin⋅:=

IDretmd 0.088A=

IDretpico Iretpico:= IDretpico 1.91A=

VDretmax 2 Vacmax⋅:= VDretmax 374.77V=

Podem ser usados diodos de 2A x 400V


12

2.3.10 Corrente de Pico no Primário

Ip2 Pout⋅

ηconv Vretmin⋅ Dmax⋅:=

Ip 0.768A=

2.4 Projeto do transformador

2.4.1 Escolha do Núcleo

AeAw1.1 Pout⋅

Kp Kw⋅ Jmax⋅ ∆B⋅ Fs⋅:=

AeAw 0.138cm4=

Núcleo Escolhido: E-30/7

Dados do núcleo - E-30/7

Área da perna central

Ae 0.60cm2:=

Área da janela do carretel

Aw 0.80cm2:=

Volume do ferrite

Ve 4cm3:=

Comprimento médio de uma espira

lt 5.6cm:=


13

Ae Aw⋅ 0.48cm4=

2.4.2 Determinação do Entreferro

∆WPout

ηconv Fs⋅:=

∆W 3.571 104−× J=

Entreferro total

δ2 µ0⋅ ∆W⋅

∆B2

Ae⋅:=

δ 0.239mm=

Entreferro da perna central

lgδ2

:=

lg 0.12mm=

2.4.3 Número de Espiras do Primário

Np ceil∆B δ⋅µ0 Ip⋅

:=

Np 62= Espiras

2.4.4 Número de Espiras no Secundário

Ns1 ceil NpVout1 Vd+( )

Vretmin⋅

1 Dmax−( )

Dmax⋅

:=

Ns1 5= Espiras

Ns2 ceil NpVout2 Vd+( )

Vretmin⋅

1 Dmax−( )

Dmax⋅

:=

Ns2 13= Espiras


14

2.4.5 Correntes Envolvidas

Ipef IpDmax

3⋅:=

Ipef 0.281A=

Ip12 Pout1⋅


Ip1 0.307A=

Is1 Ip1Np

Ns1⋅:=

Is1 3.81A=

Is1ef Is11 Dmax−

3⋅:=

Is1ef 1.704A=

Ip22 Pout2⋅


Ip2 0.461A=

Is2 Ip2Np

Ns2⋅:=

Is2 2.198A=

Is2ef Is21 Dmax−

3⋅:=

Is2ef 0.983A=

2.4.6 Profundidade de Penetração

∆P7.5

Fs

Hz

cm⋅:=

∆P 0.034cm=

Dfiomax 2 ∆P⋅:= Dfiomax 0.067cm=

Para evitar o desperdício de cobre, não deverá ser usado um fio com diâmetro superior à

0.067cm. Sendo assim, o fio mais grosso que poderá ser utilizado será o 22 AWG, que possui

0,064cm de diâmetro.


15

2.4.7 Área dos Condutores do Primário

SpIpef

Jmax:=

Sp 7.013 104−× cm2=

Como a área necessária para suportar a corrente do primário é inferior à área máxima

permitida pela profundidade de penetração, não haverá problema em usar um fio mais fino, no

caso o 28 AWG.

2.4.8 Dados do Fio Escolhido para o Primário - 28 AWG

Área Cobre

Afiop 0.000810cm2:=

Área Isolamento

Sfiop 0.001083cm2:=

Resistividade à 20ºC

ρfiop 0.002129Ωcm

⋅:=

Área dos Condutores do Secundário Principal

Ss1Is1ef

Jmax:=

Ss1 4.26 103−× cm2=

Como a área necessária para suportar a corrente do secundário é superior à área máxima

permitida pela profundidade de penetração, será necessário utilizar um fio mais fino, no caso

o 23 AWG.


16

Para suportar a corrente calculada, será necessário ainda utilizar dois fios em paralelo.

2.4.9 Dados do Fio Escolhido para o Secundário Principal - 23 AWG

Área Cobre

Afios1 0.004105cm2:=

Área Isolamento

Sfios1 0.005004cm2:=


ρfios1 0.000420Ωcm

⋅:=

Número de fios em paralelo

Nfios1 ceilSfios1

Ss1

:=

Nfios1 2=

Área dos Condutores do Secundário Auxiliar

Ss2Is2ef

Jmax:=

Ss2 2.458 103−× cm2=

Como a área necessária para suportar a corrente do secundário auxiliar é inferior à área

máxima permitida pela profundidade de penetração, não haverá problema em usar um fio

mais fino, no caso o 24 AWG.


17

2.4.10 Dados do Fio Escolhido para o Secundário Auxiliar - 24 AWG

Área Cobre

Afios2 0.002047cm2:=

Área Isolamento

Sfios2 0.002586cm2:=


ρfios2 0.000842Ωcm

⋅:=

2.4.11 Cálculo das Perdas no Transformador

Comprimento dos fios

Lfiop lt Np⋅:= Lfiop 3.472m=

Lfios1 lt Ns1⋅ Nfios1⋅:= Lfios1 0.56m=

Lfios2 lt Ns2⋅:= Lfios2 0.728m=

Volume dos fios

Vfiop Afiop Lfiop⋅:= Vfiop 0.281cm3=

Vfios1 Afios1 Lfios1⋅:= Vfios1 0.23cm3=

Vfios2 Afios2 Lfios2⋅:= Vfios2 0.149cm3=


18

Peso dos fios

Pesofio 8.96g

cm3⋅ Vfiop Vfios1+ Vfios2+( )⋅:=

Pesofio 5.915g=

Perdas no Núcleo

KH 4 10 5−⋅:= KE 4 10 10−⋅:=

Pnucleo∆B

T

2.4

KHFs

Hz⋅ KE

Fs

Hz

2

⋅+

Ve

cm3⋅ W⋅:=

Pnucleo 0.431W=

Cálculo da resistência dos fios

Rfiop Np ρfiop⋅ lt⋅:= Rfiop 0.739Ω=

Rfios1Ns1 ρfios1⋅ lt⋅

Nfios1:=

Rfios1 5.88 103−× Ω=

Rfios2 Ns2 ρfios2⋅ lt⋅:= Rfios2 0.061Ω=

Perdas no cobre

Pcobrep Rfiop Ipef2⋅:= Pcobrep 0.058W=

Pcobres1 Rfios1 Is1ef2⋅:= Pcobres1 0.017W=

Pcobres2 Rfios2 Is2ef2⋅:= Pcobres2 0.059W=

Perdas Totais

Ptotais Pnucleo Pcobrep+ Pcobres1+ Pcobres2+:= Ptotais 0.565W=


19

Elevação de Temperatura

Rt 23Ae Aw⋅

cm4

0.37−⋅

C

W⋅:=

Rt 30.176C

W=

∆T Rt Ptotais⋅:= ∆T 17.057C=

Uma elevação de temperatura de aprox. 17ºC é aceitável.

Cálculo do Fator de Ocupação

AwnecesNp Sfiop⋅ Ns1 Sfios1⋅ Nfios1⋅+ Ns2 Sfios2⋅+

0.7:=

Awneces 0.215cm2=

KocupAwneces

Aw:=

Kocup 0.269=

Um fator de ocupação de 27% é aceitável.

2.4.12 Indutâncias para Simulação

LmpNp ∆B⋅ Ae⋅

Ip:=

Lmp 1.211mH=

LmmVretmin Dmax⋅

Fs Ip⋅:=

Lmm 1.21mH=

Lms1Ns1 ∆B⋅ Ae⋅

Is1:=

Lms1 19.683µH=

Lms2Ns2 ∆B⋅ Ae⋅

Is2:=

Lms2 88.706µH=

L1 0.5Vretmin2 Dmax2⋅ ηconv⋅

Pout Fs⋅⋅:=

L1 1.21mH=


20

2.5 Projeto do estágio de potencia

2.5.1 Determinação do Capacitor da Saída Principal

Tout1Lms1 Is1⋅

Vout1 Vd+:=

Tout1 1.25 105−× s=

∆Vout1 0.05V=

Cout1Iout1 Dmax⋅Fs ∆Vout1⋅

:=

Cout1 160µF=

RSE1∆Vout1

Is1:=

RSE1 0.013Ω=

O capacitor de saída pode ser de: 180µF x 10V

Cout1com 180µF:=

2.5.2 Determinação da Chave

Corrente de pico na chave

Ich Ip:= Ich 0.768A=

Corrente eficaz na chave

IchefVretmin

Fs Lmp⋅Dmax3

3⋅:=

Ichef 0.28A=

Corrente média na chave

IchmdVretmin Dmax2⋅

2 Fs⋅ Lmp⋅:=

Ichmd 0.154A=

Tensão máxima sobre a chave


21

Vchmax Vretmax Vout1 Vd+( )Np

Ns1⋅+:=

Vchmax 438.826V=

2.5.3 Determinação do Diodo da Saída Principal

Corrente de pico no diodo

Ids1 Is1:= Ids1 3.81A=

Corrente eficaz no diodo

Ids1ef Is1Tout1

3Tt⋅:=

Ids1ef 1.739A=

Corrente média no diodo

Ids1mdIs1 Tout1⋅

2Tt:=

Ids1md 1.191A=

Tensão máxima sobre o diodo

Vds1max Vout1 VretmaxNs1

Np⋅+:=

Vds1max 34.389V=

2.5.4 Cálculo dos Tempos Envolvidos

Tt1

Fs:=

Tt 2 10 5−× s=

T1 Dmax Tt⋅:= T1 8 10 6−× s=

T2 Tt T1−:= T2 1.2 10 5−× s=


22

2.6 Projeto do circuito de controle

2.6.1 Parâmetros do conversor

ω 10 500, 10 107⋅( )..:= j 1−:=

f ω( ) ω2 π⋅

:=

Vin 365V:=

Vout 15V:= DVout

Vin:=

D 0.041= L 1.211mH:=

C 27µF:= RSE 0.068Ω:=

R 30Ω:= Vs 15V:=

Fs 50kHz:=

2.6.2 Função de transferência - G(s)

Ganho em baixas freqüências

GsVin

Vs:=

Gs 24.333=

Gsdb 20 log Gs( )⋅:= Gsdb 27.724=

Freqüências de transição

F01

2 π⋅ L C⋅:=

F0 0.88kHz=

Fz1

2 π⋅ C⋅ RSE⋅:=

Fz 86.686kHz=

G ω( ) Gs

1j ω⋅2πFz

+

2 L⋅ Fs⋅R

1j ω⋅2πF0

+

⋅

⋅:=


23

2.6.3 Diagrama de Bode - G(s)

Gdb ω( ) 20 log Gω( )( )⋅:=

10 100 1.103

1 .104

1 .105

1 .106

1 .107

20

10

0

10

20

30

Gdb ω( )

f ω( )

Gfaseω( ) 180

πarg Gω( )( )⋅:=

10 100 1.103

1 .104

1 .105

1 .106

1 .107

80

60

40

20

0

Gfaseω( )

f ω( )

2.6.4 Freqüências de cruzamento

FcFs

100:=

Fc 0.5kHz=


24

Ganho na freqüência de cruzamento

Gdb 2πFc( ) 20.449=

Pólo do compensador

FpF0

5:=

Fp 0.176kHz=

Ganho do Compensador

A1 1:=

2.6.5 Resistores e capacitores do compensador

Ri 47kΩ:=

Rf A1 Ri⋅:= Rf 47kΩ=

Cf1

2 π⋅ Rf⋅ Fp⋅:=

Cf 19.237nF=

RrefRi Rf⋅Ri Rf+

:=

Rref 23.5kΩ=

2.6.6 Função de transferência do compensador

H ω( ) Rf

Ri

1

1 j ω⋅ Cf⋅ Rf⋅+⋅:=

2.6.7 Diagrama de Bode - H(s)

Hdb ω( ) 20 log H ω( )( )⋅:=


25

10 100 1.103

1 .104

1 .105

1 .106

1 .107

100

80

60

40

20

0

Hdb ω( )

f ω( )

Hfase ω( ) 180

πarg H ω( )( )⋅:=

10 100 1.103

1 .104

1 .105

1 .106

1 .107

100

80

60

40

20

0

Hfaseω( )

f ω( )

2.6.8 Diagrama de Bode - G(s)H(s)

GHdb ω( ) Gdb ω( ) Hdb ω( )+:=


26

10 100 1.103

1 .104

1 .105

1 .106

1 .107

150

100

50

0

50

GHdb ω( )

f ω( )

GHfaseω( ) 180

πarg Gω( )( ) arg H ω( )( )+( )⋅:=

10 100 1.103

1 .104

1 .105

1 .106

1 .107

200

150

100

50

0

GHfaseω( )

f ω( )

2.6.9 Margem de Fase

Gfase 2 π⋅ Fc⋅( ) 29.269−=

Hfase 2 π⋅ Fc⋅( ) 70.604−=

MargemFase 180 Gfase 2π⋅ Fc⋅( ) Hfase 2 π⋅ Fc⋅( )+( )+:=

MargemFase 80.126=


27

2.7 Projeto do circuito de comando e circuitos auxiliares

2.7.1 Determinação do Capacitor da Saída Auxiliar

Tout2Lms2 Is2⋅

Vout2 Vd+:=

Tout2 1.219 105−× s=

∆Vout2 Vout2 OndVout⋅:= ∆Vout2 0.15V=

Cout2Iout2 Dmax⋅Fs ∆Vout2⋅

:=

Cout2 26.667µF=

RSE∆Vout2

Is2:=

RSE 0.068Ω=

O capacitor da saída auxiliar pode ser de: 27µF x 25V

Cout2com 27µF:=

2.7.2 Determinação do Diodo da Saída Auxiliar

Corrente de pico no diodo

Ids2 Is2:= Ids2 2.198A=

Corrente eficaz no diodo

Ids2ef Is2Tout2

3Tt⋅:=

Ids2ef 0.991A=

Corrente média no diodo

Ids2mdIs2 Tout2⋅

2Tt:=

Ids2md 0.67A=


28

Tensão máxima sobre o diodo

Vds2max Vout2 VretmaxNs2

Np⋅+:=

Vds2max 91.412V=

2.8 Lista de componentes


29

2.9 Esquemático

Esquemático Completo do Conversor Flyback Projetado


30

2.10 Resultado de simulação

2.10.1 Etapa do retificador

Circuito Simulado – Etapa do Retificador


31

Formas de Onda – Tensões da Etapa do Retificador (Vin = 85Vac)


32

Formas de Onda – Tensões da Etapa do Retificador (Vin = 265Vac)


33

Formas de Onda – Corretes da Etapa do Retificador (Vin = 85Vac)


34

Formas de Onda – Corretes da Etapa do Retificador (Vin = 265Vac)

Medida Calculado Simulado

∆VCret 5.96V 3,41V VCretmax 119,205V 118V VCretmin 113,244V 114,79 Vretmin (media) 116,225V 116,44V Vretmax (media) 364,426V 372,053V Iretpico 1,91A 3,43A Iretef 0,576A 0,463A ICretmd 0,175A 0,25A ICretef 0,602A 0,508A IDretef 0,429A 0,378A IDretmd 0,088A 0,068A IDretpico 1,91A 3,43A

Comparação entre Valores Simulados e Calculados da Etapa do Retificador


35

2.10.2 Etapa do conversor

Circuito Simulado – Etapa do Retificador


36

Formas de Onda – Tensões do Conversor Principal (Vin = 375V)


37

Formas de Onda – Tensões do Conversor Auxiliar (Vin = 375V)


38

Formas de Onda – Correntes dos Conversores (Vin = 120V)

Medida Calculado Simulado

Ich 0,768A 0,672A(Vin=120V,D=0,34)

Ichef 0,28A 0,229A(Vin=120V,D=0,34) Ichmd 0,154A 0,116A(Vin=120V,D=0,34) Ids1 3,81A 3,96A(Vin=120V,D=0,34) Ids1ef 1,739A 1,535A(Vin=120V,D=0,34) Ids1md 1,191A 0,991A(Vin=120V,D=0,34) Ids2 2,189A 1,766A(Vin=120V,D=0,34) Ids2ef 0,991A 0,768A(Vin=120V,D=0,34) Ids2md 0,67A 0,483A(Vin=120V,D=0,34) ∆Vout1 0,05V 0,076V(Vin=375V,D=0,109) ∆Vout2 0,15V 0,23V(Vin=375V,D=0,112) Vchmax 438,826V 468,2V(Vin=375V,D=0,112) Vds1max 34,389V 35,16V(Vin=375V,D=0,109) Vds2max 91,412V 93,51V(Vin=375V,D=0,112)

Comparação entre Valores Simulados e Calculados da Etapa do Conversor


39

2.10.3 Etapa do controlador

Simulação com variação da tensão de entrada.

Circuito Simulado – Etapa do Compensador – Variação da Tensão de Entrada


40

Formas de Onda – Tensão de Saída com Variação na Tensão de Entrada.

Simulação com variação da carga.


41

Circuito Simulado – Etapa do Compensador – Variação da Carga


42

Formas de Onda – Tensão de Saída com Variação de Carga


43

3 CONCLUSÃO

Nas etapas de retificação e conversão, os valores simulados são muito próximos dos

valores calculados. Já na etapa de controle, através da simulação pôde-se perceber que a

regulação da tensão de saída não ocorreu como o esperado, de forma que esta ficou bem

acima do valor projetado. Uma possível solução para tal problema, seria o emprego de um

controlador de 2 pólos, pois com sua maior capacidade de controle, este deveria ser capaz de

corrigir os problemas do controlador de 1 pólo empregado.


44

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BARBI, I, Eletrônica de Potência: Projeto de Fontes Chaveadas, Ivo Barbi – 2.ed – Florianópolis – 2007. PETRY, Clóvis Antônio – Projeto de um Conversor Flyback e de um Conversor Forward Isolados com Retificador e Filtro Capacitivo - Publicação Interna – INEP/UFSC – Florianópolis, 2000. POMILIO, José Antenor – Fontes Chaveadas, Publicação FEE 13/95 – UNICAMP – Campinas, 2004. http://www.ifsc.edu.br/~petry/Ensino/Conversores_Estaticos/Conversores_Est%C3%A1ticos.html

avaliação 5 fonte chaveada...

Documents