curso fonte chaveada 02 2008

7/23/2019 Curso Fonte Chaveada 02 2008

1/77

Sistemas de alimentao


2/77

Fontes primrias de Corrente Alternada (CA)


3/77

Sistema de alimentao com reguladoreslineares

Poucos componentes.

RobustosNo geram E! e RF!

Pesados e "olumosos

#ai$o rendimento


4/77

Comparao entre fontes lineares e chaveadas

Chaveada Linear

RelaoPotncia/Peso

30 a 300W/kg 10 a 30W/kg

RelaoPotncia/ol!me

"0 a 300W/l #0 a "0W/l

$Ripple%da tenso desa&da

1' 0(1'

)*C +mportante ,espre-&veis

Rendimento ." a 0' 3" a ""'


5/77

Re"iso dos con"ersores c.c.%c.c

Con"ersores sem isolamento el&trico'.#uc*.#oost+.#uc,#oost

Con"ersores com isolamento el&trico'.Fl-bac*.uplo Fl-bac+.For/ard0.uplo For/ard


6/77

Re"iso de Fundamentos de Circuitos

Como calcular a relao entre as "ari"eis el&tricas1

2amos recordar as propriedades dos indutores e capacitores emcircuitos el&tricos em regime permanente'

A tenso m&dia em indutor & nula.

A corrente m&dia em um capacitor & nula.

Caso contrario, a corrente

no indutor e a tenso no

capacitor cresceriam

indefinidamente (no

estaramos em regimepermanente).

"3 4 5

6

,

Circuito em

regime

permanente iC 4 5


7/77

Re"iso de Fundamentos de Circuitos

Na 7orma de onda da tenso em um indutor 8a soma dosprodutos "olts9segundos 4 5:

"3 4 5

6

,

Circuito emregime

permanente

i3

;d9;

t

t

i3

Comando

"3t

,

6


8/77

. Anlise do con"ersor Buckodo de conduo cont=nuo

>ip?teses'

A tenso de sa=da 2o & constante durante um ciclo dec@a"eamento.

A corrente no indutor & sempre maior ue Bero.

;d9;

t

t

t

t

iS

i

i3

Comando

iS i3

iE

2

i4 i32,6

iS4 i3

E 2

6,

urante 9;

urante (,)9;


9/77

*. Anlise do con"ersor Buck

;enso m&dia nula no indutor

;

9;

t

t

i3

Comando

"3

t,

6E, 2

!

, 2

(E, 2)99; , 29(,)9; 4 5 2 4 9E

Corrente m&dia nula no capacitor

6

,

"3

Ei "

6

,

i3iC R

!34 !4 2%R


10/77

+. Anlise do con"ersor Buck

Aplicao do balano de potDncias

!S 4 !92%E !S 4 !9

Corrente m&dia no diodo

! 4 !3 , !S ! 4 !9(,)

2S ma$4 2 ma$4 E"

6

,

E

i

R

iS

i3

i

6 ,"S

"

6

,

;enses m$imas

;9;

t

tiS

i

!S

!


11/77

0. Anlise do con"ersor Buck

con"ersor 8buc: pode ser "isto como um

trans7ormador de corrente cont=nua

2 4 E9

!4 !s%

;rans7ormador ideal de corrente continua

E "

6

,R

iis

'


12/77

E99; 6 (E, 2)9(,)9; 4 5 2 4 E%(,)#alano "olts9segundos

2S ma$4 2 ma$4 24 E%(,)

;enses m$imas

i3 i

iSE"

. Anlise do con"ersor Boostodo de conduo cont=nuo


13/77

i3

i

iSE"

R

i

;9;

t

t

t

t

iS

i

i3

Comando

!3

!S

!!3 4 !92%E !3 4 !%(,)

Corrente m&dia por diodo! 4 !4 2%R

Corrente media no transistor!3 4 ! 6 !S !s 4 !.%(,)

#alano de potDncia

*. Anlise do con"ersor Boost


14/77

curto,circuito e sobrecarga nocon"ersor #oost

E R

Este camin@o de circulao de corrente no podeser interrompido atuando sobre o transistor.

conversor no pode ser protegido destaforma.


15/77

E99; , 29(,)9; 4 5 2 4 E9%(,)#alano "olts9segundos

2S ma$4 2 ma$4 E624 E%(,)

;enses m$imas

6 ,"

"

6

,

ER

6 ,"S

"3

6

,

. Anlise do con"ersor #uc,Boostodo de conduo cont=nuo


16/77

*. Anlise do con"ersor #uc,Boost

"

6

,

E

!

Ri3

iiS

#alano de potDncia

!S 4 !92%E !S 4 !9%(,)

Corrente m&dia por diodo! 4 !4 2%R

Corrente media no indutor!3 4 ! 6 !S !3 4 !%(,)

;9;

t

t

t

t

iS

i

i3

Comando

!3

!S

!


17/77

modo de conduo nos trDs con"ersoresbsicos (!)

(somente um indutor e um diodo)

Con"ersor

com indutore diodo

i

i3

R "

6

,E

!3 4 !%(,) (boost e buc,boost)!34 ! (buc)

;9;

t

t

i3

Comando

!3

"alor m&dio de i3depende de !'


18/77

modo de conduo nos trDs con"ersoresbsicos (!!)

Ao "ariar !"ar=a o "alor m&dio de i3

Ao "ariar !no "ar=am as deri"adas de i3(dependem de E e de 2)

t

t

i3 !3

i3 !3

i3 !3

t

R

Rcrit R*

R* R

odo de conduo cr=tico

odo de conduo cont=nuo


19/77

modo de conduo nos trDs con"ersoresbsicos (!!!)

t

t

i3!3

Rcrit

t

R+ Rcriti3 !3

i3 !3

R+ Rcrit

odo cont=nuo

odo descont=nuo

ue acontece se R Rcrit 1


20/77

Fatores ue originam o modo de conduodescont=nuo do con"ersor'

t

t

i3

t

i3

i3

iminuio do "alor do indutor.

iminuio da 7reGDncia dec@a"eamento.

Aumento do "alor do resistor de

carga (diminuio do "alor m&dio dacorrente no indutor).


21/77

E$istem + estados distintos'

Conduo do transistor (9;)

Conduo do diodo (H9;)

;ransistor e diodo bloueados (,,H)9;

Exemplo

2E

2E E 22E(9;) (,,H)9;(H9;)

odo descont=nuo de conduo

!3

ti3

Comando

t

"3

;

9;t

H9;

6,

i

t

!

2

E


22/77

2E

(9;)

2E

(H9;)

E4 39i3ma$%(9;)

i3

t

!3

"3

;

9;t

H9;

6,

i

t

!

2

E

i3ma$

i3ma$

Relao de trans7ormao 42%E'

4%()%*I sendo' 4*93 % (R9;)

Relao de trans7ormao no mododescontinuo (p.e. buc,boost)

2

4 39i3ma$

%(H9;)

! 4 i3ma$9H%*

! 4 2%R


23/77

Relao trans7ormao modo descontinuoI ' 4 % ()%* I sendo' 4 *93 % (R9;)

Relao trans7ormao modo continuoI N'

N 4 % (,)

Na 7ronteira' 4 NI R 4 RcritI 4 crit

crit4 (,)*

odo cont=nuo' crit

odo descont=nuo' J crit

Fronteira entre modos de conduo(buc,boost)

t

i3i3

Rcrit


24/77

N 4

* 4

6 6 09*

crit4 (,)

crit ma$4

4

N 4

,

crit4 (,)*

crit ma$4

* 4

6 6

09*

N 4

,

crit4 (,)*

crit ma$4 0%*K

#uc #uc,

#oost

#oost

E$tenso a outros con"ersores


25/77

. !ncorporao do isolamento gal"Lnico aocon"ersor buc,boost

uito 7cil incorporar oisolamento gal"Lnico


26/77

*. !ncorporao do isolamento gal"Lnico aocon"ersor buc,boost

indutor e o trans7ormador podem serintegrados em um Mnico dispositi"omagn&tico. Este dispositi"o magn&tico secalcula como um indutorI e no como umtrans7ormador.

e"e armaBenar energia.

Normalmente tem entre7erro

Con"ersor Fl-bac

A li d Fl b


27/77

"

6

,"S6,

E

6

,"

n n*

8Soma dos produtos

("olts%espiras)9segundos 4 5:9;9E%n, (,)9;92%n*4 5

2 4 E9(n*%n)9%(,)

2 ma$4 E9n*%n 6 24 E9(n*%n)9%(,)

2S ma$4 E629n%n*4 E%(,)

$imas tenses

Anlise do con"ersor Fl-bacodo de conduo cont=nuo

C l Fl b


28/77

ois transistores#ai$as tenses nossemicondutores

2 4 E9(n*%n)9d%(,) (em m.c.)

ma$4 5.

2S ma$4 "S* ma$4 E

2 ma$4 "* ma$4 E

2+ ma$4 E9(n*%n)9%(,)

En' n*

S +

*

S*2

Con"ersor uplo Fl-bac


29/77

!ncorporao do isolamento gal"Lnico aocon"ersor #oost

No possivelNo possivel incorporar o isolamentogal"Lnico com um Mnico transistor

Com "rios transistores pontes alimentadasem corrente


30/77

. !ncorporao do isolamento gal"Lnico aocon"ersor buc

No pode ser 7eito porue o trans7ormador nopode ser desmagnetiBado

3m


31/77

*. !ncorporao do isolamento gal"Lnico aocon"ersor buc

No pode ser 7eito porue o trans7ormador &desmagnetiBado instantaneamente (sobretenso in7inita).

3m

*


32/77

+. !ncorporao do isolamento gal"Lnico aocon"ersor buc

Esta & a soluo

3m

ipolo de tenso

constante

i t d


33/77

perao em regime permanente de umelemento magn&tico com dois enrolamentos

Circuito em regime

permanente

n' n*

" "*

6

,

6

,

("i%ni)4 5

"i4 ni 9 d%dt

4 # , A4 ("i%ni)9dt

#

A

3ei de Farada-'

Em regime permanente'( )em um per=odo45

3ogo'

Se se e$cita o elemento

magn&tico com ondas uadradas'8soma dos produtos ("olts%espiras)9segundos 4 5:


34/77

perao em regime permanente de um elementomagn&tico com "rios enrolamentos'e$emplo

8Soma dos produtos ("olts%espiras)9segundos 4 5:

(E%n)99; , (2*%n*)9*9; 4 5 *4 9n*9E%(n92*)

t"i%ni

;9;

t

*9;

6,

2%n

ma$

2*%n*

Para assegurar a desmagnetiBao' *J ,

E

2*n*

n2

F d


35/77

3e"ando em conta'

H 4 9n*%n H J ,

obtemos' J n%(n 6 n*) ma$4 n%(n 6 n*)

. con"ersor For/ard

E

n*

n

esmagnetiBao baseada

na tenso de entrada24 2*4 E

2

2*n*

n

* con"ersor For/ard


36/77

*. con"ersor For/ard

2

n*'n+

n

6

,"*

"S

6

,

"

6

,E

2S ma$4 E6E9n%n*4 E%(,ma$)

2 ma$4 E9n+%n

2* ma$4 E9n+%n*

ma$4 n%(n 6 n*)

E9n+%n 2

6,

urante 9;

2,6

urante (,)9;24 9E9n+%n(modo cont=nuo)

+ con"ersor For/ard


37/77

+. con"ersor For/ard

i*

2E n*'n+

n

iS

i3

i

i+i

i*9n+%n

;9;

tComando

t

i3 i

H9;

i+

i*

i

iS

t

t

t

t

!* 4 !9 ! 4 !9(,)

!m4 E9;9*%(*93m) (re7. ao primrio)

!S 4 !99n+%n6 !m !+4 !m

2ariao de E


38/77

2ariao de E

"*

2

n*'n+

n

6

,

"S

6

,

"6

,E

t

"i%ni

t6

,

E%n

ma$

E%n*E m$imo

t

"i%ni

t6 ,

E%n

ma$

E%n*E m=nimo

t

"i%ni

t6,

E%n

ma$

E%n*;enso alimentao m=nima

E$istem outras 7ormas de


39/77

E$istem outras 7ormas dedesmagnetiBar o trans7ormador1

t

"i%ni

t6,

E%n

ma$

2C%n

Snubber RC

#ai$o rendimento!ntegrao de componente parasitas

Otil para reti7icador sincrono autoe$c.

2C

E

3m3dE

utras 7ormas de desmagnetiBar o trans7ormador'


40/77

gesmagnetiBao ressonante

Peuena "ariao de E

!ntegrao de componentes parasitasOtil para reti7icador sincrono autoe$c.

";

t6,

(esonant reset)";6

,E

3m3d

E

utras 7ormas de desmagnetiBar o


41/77

t

"i%ni

t6 ,

E%n

2C%n

ois transistores

!ntegrao de componentes parasitas

Otil para reti7icador sincrono autoe$c.

Flu$o m&dio nulo

utras 7ormas de desmagnetiBar otrans7ormador' Snubber ati"o

(!ctive clamp)

2C 4 E9%(,)

2C

E

3m3dE

utras 7ormas de desmagn o trans7 ' Con"ersor


42/77

ois transistores

;enso m$ima notransistor igual a E

utras 7ormas de desmagn. o trans7.' Con"ersorFor/ard com dois transistores

t

"i%ni

t6 ,

E%n

ma$

E%n

ma$4 5.24 9E9n*%n (en modo continuo)

2S ma$4 2S* ma$4E

2 ma$

4 2* ma$

4 E

2+ ma$4 20 ma$4 E9n*%n

En' n*

S 0

+

*

S*

2

Fonte com mMltiplas sa=das' ma sa=da


43/77

Fonte com mMltiplas sa=das' ma sa=dacontrolando o c@a"eamento do transistor e asoutras com regulador linear

Pos,reguladoreslineares

E7iciente

Caro

Comple$o

Fontes com mMltiplas sa=das baseados em um


44/77

Fontes com mMltiplas sa=das baseados em umMnico con"ersor (regulao cruBada)

Regula,se apenas uma sa=da

As outras 7icam parcialmente

reguladas

!mportante' a impedLncia parasita

associada a cada sa=da de"e ser amenor poss="el

s con"ersores 87l-bac: e 87or/ard: com


45/77

-regulao cruBada

Funciona bem se o trans7ormadoresti"er bem 7eito

Pior'.Presena do indutor de 7iltro.

*.s modos de conduo de cadasa=da podem ser di7erentes.

el@orando a regulao cruBada em o


46/77

g con"ersor 87or/ard:

s dois enrolamentosoperam no mesmomodo de conduo

n

n*

n+

n0

Condio de proQeto'n% n*4 n+% n0

Re"iso dos con"ersores c c %c a %c c


47/77

Re"iso dos con"ersores c.c.%c.a.%c.c.

Con"ersores com isolamento el&trico'.Pus@,Pull*.eia Ponte

+.Ponte Completa

. Con"ersor Pus@,Pull


48/77

Con". cc%cc "pus#$pull%

Ret. com trans7.8tap: central

Ret. com dois indutores


Ret. em ponte


. Con"ersor Pus@ Pull

*. Con"ersor Pus@,Pull


49/77

Con"ersor 87or/ard: Con"ersor 87or/ard:

Con"ersor 8pus#$pull:

#

#

>

#

#

>

Co e so us u

+. Con"ersor Pus@,Pull


50/77

S* S

n ' n*

n

nn*

n*

E

2

3

Circuito eui"alenteuando conduB S*'

E9n*%n3

2

Circuito eui"alente

uando conduB S'

E9n*%n3

2

ue acontece uando nen@umdos transistores conduB1

0. Con"ersor Pus@,Pull


51/77

3

2

i3

*

i3

i3*Circuito eui"alente uandono conduBem nem Snem S*'

ConduBem ambosdiodos a tenso notrans7ormador & Bero

As correntes i3e i3de"em ser tais ue'

i3

6 i3*

4 i3i3, i3* 4 i3m (sec. trans.)

23

. ;enses no con"ersor 8pus#$pull:


52/77

A tenso "& a mesma ue em um con".87or/ard: com uma raBo c=clica *9

24 *99E9n*%n (en modo continuo)

"sma$4 *9E "ma$4 "*ma$4 *9E9n*%n

t

"S*

t

t

;d9;

t

tComando

t"S

"

"*

"

*9E

*9E

E9n*%n

*9E9n*%n

*9E9n*%n

S S*

S*

n

n

n*

n*

E

23"6

,S

6,

"

6

,"*

"S

6

,

6

,"S*

*

ma$ 4 5.

. Correntes no con"ersor 8pus#$pull:


53/77

Correntes m&dias'

!S 4 !S*4 !99(n*%n) ! 4 !* 4 !%*

t

t

t

i3

Comando

iS*

t

i

iS

t

;d9;

t

i*

S S*

S* S

n ' n*

n

nn*

n*

E

2

3

iS

i3

*

i

i*

iS*

i

ma$

4 5.

K. Con"ersor Pus@,Pull


54/77

S* S

n

nE

2

iS

iS*

No controle por 8modo tenso: pode,se saturar otrans7ormador por assimetr=as na durao dos tempos de

conduo dos transistores!deal utiliBar,se o controle por 8modo corrente:

#

#

>

. Con"ersor em eia Ponte (8#alf &ridge:)


55/77

A tenso "& a metade dauela ueocorre no con"ersor 8pus@,pull:

24 9E9n*%n (modo cont=nuo)"sma$4 E "ma$4 "*ma$4 E9n*%n

t

"S*

t

t

;d9;

t

tComando

t"S

"

"*

"

E

E

E95.9n*%n

E9n*%n

E9n*%n

S S*2

S*

n

n*n*E

3

"6,

S

6,

"

6

, "*

"S6

,

6

,

"S*

*

E%*

E%* ma$ 4 5.

*. Correntes no Con"ersor em eia Ponte


56/77

Correntes m&dias'

!S 4 !S*4 !99(n*%n) ! 4 !* 4 !%*

t

t

t

i3

Comando

iS*

t

i

iS

t

;d9;

t

i*

S S*

i i3

S*

n

n*n*E

3 i

S

i*

iS

iS*

*

2

E%*

E%* ma$ 4 5.

. Con"ersor em Ponte Completa (8full &ridge:)


57/77

A tenso "& igual auela do con"ersor8pus@,pull:

24 *99E9n*%n (modo cont=nuo)"sma$4 E "ma$4 "*ma$4 *9E9n*%n

"S*I "S+

t

Comando

t

"SI "S0 E

E

t

t

t

;d9;

t

"

"*

" E9n*%n

*9E9n*%n

*9E9n*%n

SI S0 S*I S+2

S+

n

n*n*E

3

"6,

S0

6,

"

6

, "*

"S0

6

,

6

,

"S+

*

S

S* ma$ 4 5.

*. Correntes no con"ersor em Ponte Completa


58/77

Correntes m&dias'

!S+

4 !S0

4 !99(n

*%n

) !

4 !

*4 !

%*

i i3 i

i*

iS0

2

S+

n

n*n*E

3

S0

*

S

S*

iS+

t

t

t

i3

Comand

iS*

I iS+

t

i

iSI iS0

t

;d9;

t

i*

S*I S+SI S0

ma$

4 5.

Problemas de saturao do trans7ormador docon"ersor em ponte completa


59/77

con"ersor em ponte completa

No controle por 8modo tenso: pode,se saturar o

trans7ormador por assimetr=as na durao dos tempos deconduo dos transistores

Solues'

Colocar um capacitor em s&rie CS

sar controle por 8modo corrente:

S*

S CS

E

2S+

S0

Con"ersores com #arramento tipo Fonte de Corrente


60/77

Con"ersor c.c.%c.c. "'us#$'ull% alimentado em corrente

Con"ersor c.c.%c.c. em pontealimentado em corrente

. Con"ersor 8pus@,pull: alimentado em corrente


61/77

t

Comando de S

tComando de S*

t

"S*

t

;d9;

t

t

"S

" *92

*929n%n*

*929n%n*

2

"* *92

2E

6

,E

29n%n* 29n%n*

E6,

ConduBemSe S*

Sestbloueado

S*estbloueado

n

n

n*

n*E

2

S*S

6,

"

6,

"*

"S*6

,

min 4 5.

*. Con"ersor 8pus@,pull: alimentado em corrente


62/77

E

ConduBemSe S*

6

,E

2

9n

%n*

Sbloueado

29n%n*6,E

S*bloueado

E

ConduBemSe S*

Aplicando o balano 8"olts9segundos:

24 E9(n*%n)%*(,) (modo cont=nuo)

d9; (,d)9;

dura t dura tdura t* dura t*

+. Correntes no 8pus@,pull: alimentado em corrente


63/77

i3

i

n

n

n*

n*E S*S

i

i*

iS*min 4 5.

iS

;d9;

t

i

t

iS*

t

t

iS

i3

t

Comando de S

tComando de S*

i*

!S4 !S*4 !9(n*%n)%0(,)

!4 !*4 !%*

Con"ersores alimentados em tenso"s alimentados em corrente


64/77

E 2n n*n* n

2 E

,,

odi7icaes

2 4 E9

E 2#uc 2 4 E%(,)

E 2#oost

"s. alimentados em corrente

"'us#$pull% alimentado emtenso

24 *99E9n*%n

E2

n

nn*

n*

"'us#$pull% alimentado em

corrente24 E9(n*%n)%*(,)

E2

n

nn*

n*

Problema do desligamento do con"ersor" # ll% li t d t


65/77

"pus#$pull% alimentado em corrente

S*S

i3 ;emos ue garantir ue o7lu$o no indutor no seanule uando sobloueados S e S* nomomento de desligamento

do con"ersori3

utro modo de desmagnetiBar o indutor de entrada


66/77

esmagnetiBao

em direo aentrada

esmagnetiBaoem direo a

sa=da

A ponte completa alimentada em corrente


67/77

esmagnetiBao emdireo a entrada

esmagnetiBao

em direo a sa=da

Se comporta como un 8pus@,pull:

alimentado em correnteI e$ceto a

tenso m$ima no transistor (ue& 2o)

Reti7icador em ponte na sa=da


68/77

"'us#$pull% alimentado em corrente

Ponte completa alimentada em corrente

Como de"em ser as correntes na entrada e nasa=da de um con"ersor1


69/77

d,d

i*iEntrada Sa=da

i*i

' Nt

i

t

i*

Situao ideal Situao ideal

Corrente de entrada em cada con"ersor


70/77

t

i

i

t

t

i*

t

i*

t

i*

i

t

#uc,boost

i*i#oost

i*i

#uc

i*i

descont=nuacont=nua

descont=nuacont=nua

descont=nua descont=nua

Filtrando a corrente descont=nua de um con"ersor


71/77

#uc

#oost

#uc,#oost

Con"ersores re"ers="eis


72/77

Flu$o de potDncia

Redutor % ele"ador

2 2*J 2

Flu$o de potDnciaRed.,ele". % Red.,ele".

2 2*

Reti7icador s=ncrono


73/77

Em con"ersores com tenso de sa=da bai$a (T I* a 2)e correntes muito ele"adas (*5A)I a ueda de tenso nodiodo reti7icadorI "is a "is da tenso de sa=daI & ele"ada etorna di7=cil o controle da tenso de sa=da.

A ueda de tenso de um diodo P!N & da ordem de I52enuanto ue a do diodo Sc@ot- & de 5I2.

Soluo' Reti7icador s=ncrono apresenta ueda detenso in7erior a 5I2

Reti7icador S=ncrono


74/77

Fonte

reno

Porta

p

n6n,

Curto circuito

n6

p

iodoparasita

transistor osFet & utiliBado como diodoI graas apeuena rdson

Reti7icador S=ncrono autoe$citado (2saidaJ 2)


75/77

Reti7icao con"encional Reti7icao s=ncrona

Reti7icador S=ncrono autoe$citado (2saidaJ 2)Reti7icadores de meia onda


76/77

Reti7icao con"encional Reti7icao s=ncrona

Con"ersor eia Ponte assim&trico

(,)9E


77/77

eia ponte com controlecomplementar

,

9E

(,)9E

E

(,)9E

,

E9E

curso fonte chaveada 02 2008

Documents