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Eletrônica de Potência IICapítulo 3: Conversor Flyback

Prof. Cassiano [email protected]

1Prof. Cassiano Rech

Introdução


• Embora os conversores CC-CC sem transformador de isolamento sejam bastante simples de serem projetados, em algumas aplicações torna-se necessária a utilização de conversores CC-CC isolados

� Por questões de segurança, muitas vezes normas são impostas para isolar a carga 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.

Introdução


Conversores CC-CC Isolados

• Flyback

• Forward

• Conversores em ponte isolados

� Meia-ponte

� Ponte completa

• Push-pull


Vin

S D

RLiL

io _

Vo

+

C

iDiS


Conversor flyback

• 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 elemento magnético não se comporta como um transformador clássico.

• 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 de acúmulo de energia através de sua indutância magnetizante.

BUCK-BOOST

Vin

S D

RNPiC

io +

Vo

_

C

iSiP

NS

FLYBACK

Conversor flyback


• O conversor flyback pode operar tanto no modo de condução contínua quanto no modo de condução descontínua, de acordo com a corrente na indutância de magnetização

• No modo de condução contínua não ocorre a desmagnetização completa do núcleo do indutor acoplado, podendo ocorrer a saturação do núcleo

• No modo de condução descontínua o fluxo magnético é anulado em cada período de comutação, evitando a saturação do núcleo

Conversor flyback:

Condução descontínua


Vin

S D

RNPiC

io +

Vo

_

C

iSiP

NS

Vin

S D

RNPiC

io +

Vo

_

C

iSiP

NS

Vin

S D

RNPiC

io +

Vo

_

C

iSiP

NS


Conversor flyback:


GANHO ESTÁTICO EM CONDUÇÃO DESCONTÍNUA

=o S

in P d

V N DTV N t

(*)

O valor médio da tensão na indutância de magnetizaç ão é nulo:

− = 0Pin o d

S

NV DT V t

N

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

= =

max2 2

2 2

P Pd

S o dPo

S P

N It

N V tNI

T N L T= 2S P

dP

N L Tt

N R

=2

o

in P

V RD

V f L

(**)

Ganho estáticoem conduçãodescontínua

Usando (*) e (**):


CÁLCULO DA INDUTÂNCIA CRÍTICA

( ) = −

22

12

Pcrit

S

N RL D

N f

No modo de condução crítica tem-se que:

Conversor flyback:


=d offt t ( )= −21S crit

P

N L TD T

N R

CÁLCULO DO CAPACITOR DE SAÍDA

Durante a primeira etapa o capacitor está sendo desc arregado pela ação da corrente de carga (I o). Assim:

=∆

o

C

I DC

V fC

oon

VI C

t∆≈


Conversor flyback:


EFEITO DA RESISTÊNCIA SÉRIE (RSE) EQUIVALENTE DO CAPACITOR

A variação da tensão no capacitor ∆∆∆∆Vctambém depende da RSE do capacitor, uma vez que a variação de corrente no capacitor produz uma queda de tensão na resistência:

∆ = =max maxP

RSE P SS

NV RSE I RSE I

N-Io

−maxP

P oS

NI I

N

( )Ci t

t

CORRENTE EFICAZ NO CAPACITOR

= −2 2Crms Srms oI I I


Conversor flyback:


ESFORÇOS DE CORRENTE NO INTERRUPTOR

=maxin

PP

V DI

f L=

2

méd 2in

PP

V DI

f L=Prms 3

in

P

V D DI

f L

ESFORÇOS DE CORRENTE NO DIODO

= =max maxP P in

S PS S P

N N V DI I

N N f L

=médo

S

VI

R

= =rms max 3 3d dP in P

S PS P S

t tN V D NI I

N T f L N T

Bibliografia

12

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

• I. Barbi, “Projetos de fontes chaveadas”

• 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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