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Florianópolis, fevereiro de 2009.

Prof. Clóvis Antônio Petry.

Parte 1 – Fontes LinearesSemicondutores e Componentes

Retificadores e Filtros Capacitivos

Reguladores Lineares

Partida e Inrush

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina

Departamento Acadêmico de Eletrônica

Projeto de Fontes Chaveadas

Bibliografia para esta aula

www.cefetsc.edu.br/~petry

Disciplina de Conversores Estáticos

Nesta aula

Parte 1 – Fontes lineares:

1. Semicondutores e componentes;

2. Retificadores e filtros capacitivos;

3. Reguladores lineares;

4. Partida e inrush.

Nesta aula

Semicondutores para eletrônica de potência

Semicondutores utilizados em eletrônica de potência:

Semicondutores para eletrônica de potência

Exemplo: Diodo SKN20/08

• VRRM = 800 V;

• V(TO) = 0,85 V;

• rT = 11 mΩ;

• IDmed = 20 A;

• IR = 0,15 mA.

Característica estática

Diodos semicondutores

Bloqueio


Diodos de carbeto de sílicio (silicon carbide):Diminuem acentuadamente o fenômeno da recuperação reversa.

http://www.infineon.com


http://www.cree.com/Products/pdf/Power_Article_1.pdf


Perdas nos diodos

Classificação das perdas:

1. Condução;

2. Comutação:

• Entrada em condução;

• Bloqueio.

2

( )TO Dmed T DefP V I r I

1 0,5 FP F o rfP V V I t f

2 rrP Q E f

Características importantes dos diodos

Principais características:

1. Tensão de pico reversa;

2. Queda de tensão direta;

3. Corrente de pico;

4. Corrente média;

5. Corrente eficaz;

6. Tempo de recuperação reversa.

Características de diodos comerciais

Tipos de diodos de potência:

1. Standard and fast recovery;

2. Ultrafast rectifiers;

3. Ultrasoft rectifers;

4. Silicon carbide (zero recovery).

http://www.onsemi.com

Características de diodos comerciais

http://www.onsemi.com

Capacitores

Capacitância depende de:

• Dielétrico (permissividade);

• Área das placas;

• Distância entre as placas.

Capacitores

RSE LSEC

Modelo equivalente do capacitor

Onde:

• C = Capacitância;

• RSE = Resistência série equivalente;

• LSE = Indutância série equivalente.

2

efP RSE I

Perdas devido à RSE:

Capacitores

RSE LSEC

V RSE I

Ondulação da tensão:

t

Li t

I

2

sTsT

Capacitores

Tecnologias de capacitores:

• Filtro do retificador de entrada – São empregados capacitores eletrolíticos

de alta tensão e grandes capacitâncias;

• Filtro de saída dos conversores – Empregam-se capacitores eletrolíticos

alumínio com baixa RSE;

• Circuitos de grampeamento (snubber) – São utilizados capacitores com

dielétricos de polipropileno para regime intermitente de funcionamento.

Capacitores

Tipos de capacitores: Capacitores de

disco de

cerâmica.

Tipos de capacitores: Capacitores

eletrolíticos.

Capacitores

Tipos de capacitores: Capacitores de

filme de poliéster.

Capacitores

Tipos de capacitores: Super capacitores

Small capacitance3F, 2.3V – 300F,

2.3Vback-up power,

on-board UPS, etc.

Medium capacitance

300F, 2.3V –5000F, 2.7V

peak power, UPS, etc.

Large capacitance5000F, 2.7V –80.000F, 1.8 V

peak power, low maintenance

energy storage, etc.

Supercapacitor modules

5V- 700V, capacitance on

request.

Higher voltage applications

Capacitores

http://www.epcos.com >> Publications

Exemplo: capacitores para UPS

Capacitores

Capacitors_UPS_PB.pdf

Fusíveis de ação lenta:

• Vidro;

• Areia;

• Cerâmica.

Fusíveis de ação rápida:

• Vidro;

• Areia;

• Cerâmica.

Resistores fusíveis.

Fusíveis

Fusíveis

NR25 – 1 Ω < R < 15 Ω

http://www.vishay.com

Termistores

Termistor:

• Resistor cuja resistência é sensível à variação da

temperatura.

Termistores

Termistor NTC:

• Coeficiente negativo de temperatura;

• Resistência diminui com o aumento da temperatura.

Termistor PTC:

• Coeficiente positivo de temperatura;

• Resistência aumenta com o aumento da temperatura.

Retificadores e filtros capacitivos

Estágio de entrada de uma fonte chaveada


Carga resistiva:

Circuito do retificador

Etapas de operação


Carga resistiva:

22

2 20,9Lmed

VV V

Tensão e corrente média na carga:

2 2 0,9o oLmed

V VI

R R


Análise simplificada:



1 21 2

1 2

/ /C C

C C CC C

2 2

min

1

2 2

inpk C

WC V V

inin

PW

f

min cos 2C pk cV V f t

1 mincos

2

C

pk

c

VV

tf

p cQ I t C V

2 2

minpk C

p

c c

C V VC VI

t t

2 2

minin

pk C

PC V V

f

2 2

min

in

pk C

PC

f V V



1

valor eficaz da componente alternada de i;

valor médio de i;

valor eficaz de i.

ef

med

C ef

I

I

I



2 2 2

1C ef med efI I I

2 2

1ef C ef medI I I

2 cmed p

tI I

T

1

2 cC ef p

tI I

T

2

2 2ef p c cI I t f t f

minin pk CP I V D

onTD

T

min

inpk

C

PI

V D

outin

PP



2 2

2Cef ef efI I I

min2

inDmed

C

PI

V

cDef p

tI I

T

Análise simplificada (exemplo numérico):

Retificador de entrada de uma fonte chaveada:

117ACV V min 99ACV V max 135ACV V

60f Hz min 100CV V 0,7 70outP W

a)70

1000,7

outin

PP W

b)min2 2 99 140pk ACV V V

min 135 100 35pk CV V V V

2 2 2 2

min

100203

60 135 100

in

pk C

PC F

f V V

1 2 406C C F



c) 1 min 1cos 100cos

1351,954

2 2 60

C

pk

c

VV

t msf

d)203 35

3,641,954

p

c

C VI A

t m

e) 2 2 1,954 60 0,2345ct f m

2 2

2 2 3,64 0,2345 0,2345 1,54ef p c cI I t f t f A


f)2

min

1001

100

inef

C

PI A

V

g) 2 2 2 2

2 1 1,54Cef ef efI I I

h)1,954

3,64 1,2516,67

cDef p

t mI I A

T m

i)

min

1000,5

2 2 100

inDmed

C

PI A

V

j)max max max2 2 135 191D pk ACV V V V

k) 3,64Dp pI I A




Dobrador de tensão:

Descrição do funcionamento:


Tarefa


Exemplo:

• Projetar um filtro capacitivo, dobrador de tensão para:

• Operação em 110/220 V;

• Frequência da rede de 60 Hz;

• Corrente média na carga de 5 A;

• Ondulação de tensão permitida na carga = 5%.

Reguladores lineares

Princípio da regulação série.

Tensão sem regulação. Tensão regulada.



22 2

1 2

BE Z o

RV V V V

R R

1 2

2

2

o Z BE

R RV V V

R

1

2

1o Z

RV V

R



Limitação de corrente.


22

1

1o ref ADJ

RV V I R

R

1,25refV V

50 100ADJI ou A


http://www.fairchildsemi.com

http://www.fairchildsemi.com/


LM7805 = R$ 1,05

KA78R05 = R$ 1,71

Inrush

O problema:

Inrush

0,0ms 1,0ms 2,0ms 3,0ms 4,0ms 5,0ms

200A

100A

0A

400V

200V

0V

vC

i C

Inrush

R1=1 Ω

R1=10 Ω

Inrush

Inrush

Resistores série

Inrush

Resistores série temporariamente

Tarefa

Exemplo:

• Projetar um circuito de limitação de corrente para:

• Diodos retificadores 1N4007;

• Capacitor de filtro de 4700 μF;

• Considerar resistência da rede nula.

Inrush

Circuitos de partida

Circuito resistivo dissipativo


Circuito ativo


Circuito impulsivo

Próxima aula

Parte 1 – Fontes lineares:

1. Projeto de magnéticos;

2. Projeto térmico;

3. PCBs e layout;

4. Proteções.

www.cefetsc.edu.br/~petry

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