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Revisão de Fontes Lineares Projeto de Magnéticos

Projeto Térmico

PCBs e Layout

Proteções

Florianópolis, agosto de 2011.

Prof. Clóvis Antônio Petry.

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina

Departamento Acadêmico de Eletrônica

Projeto de Fontes Chaveadas

Bibliografia para esta aula

www.florianopolis.ifsc.edu.br/petry

Nesta aula

Revisão de fontes lineares:

1. Projeto de magnéticos;

2. Projeto térmico;

3. PCBs e layout;

4. Proteções.

Nesta aula

Projeto de transformadores

O projeto de um transformador depende:

• Da freqüência de operação;

• Tensão e potência de operação;

• Dos locais de instalação;

• Entre outros....

Projeto de transformadores de baixa frequência

Projetando um transformador de baixa freqüência e baixa

potência:

• Transformador isolador;

• Transformador para fontes de alimentação;

• Transformador para medidas elétricas;

• Entre outros....

Características do núcleo: - Perdas p/ chapas de cristais não orientados – 2,7% de silício

- @ 400 Hz; 1,3 T = 7,5 W/kg;

- Perdas p/ chapas de cristais orientados – 3,1% de silício

- @ 400 Hz; 1,3 T = 2 W/kg.


Características do núcleo:


Montagem do núcleo (com entreferro):

Chapas de formato I

Entreferro

Suportes para fixação das chapas

e regulagem do entreferro

Carretel e bobinado

Chapas de formato E

Fendas para os parafusosde regulagem e fixação


Montagem do núcleo (com entreferro):

3a

a

1,5a

0,5a0,5a

2a

0,5a

c

g


Tamanhos padrão de carretéis EI:

a

[cm]

a x c

[cm x cm]

Alt. x Larg. x Comp.

[cm x cm x cm]

1,6 1,6 x 1,6 4,00 x 4,8 x 3,2

1,6 1,6 x 2,2 4,00 x 4,8 x 3,8

1,6 1,6 x 2,3 4,00 x 4,8 x 3,9

1,9 1,9 x 1,9 4,75 x 5,7 x 3,8

1,9 1,9 x 2,2 4,75 x 5,7 x 4,1

2,2 2,2 x 2,2 5,50 x 6,6 x 4,4

2,2 2,2 x 3,0 5,50 x 6,6 x 5,2

2,5 2,5 x 2,5 6,25 x 7,5 x 5,0

2,9 2,9 x 2,9 7,25 x 8,7 x 5,8

3,2 2,9 x 3,8 8,00 x 9,6 x 6,7

3,2 3,2 x 3,2 8,00 x 9,6 x 6,4

3,2 3,2 x 3,8 8,00 x 9,6 x 7,0

3,2 3,2 x 5,0 8,00 x 9,6 x 8,2


1) Dados de entrada:

2

100 Tensão de entrada;

100 Tensão de saída;

15 Potência de saída;

60 Freqüência de operação;

11300 Fluxo máximo;

4,5 / Densidade de corrente;

1,9 Largura da perna central do núcleo;

i

o

o

r

m

V V

V V

S VA

F Hz

B G

d A mm

a cm

c

2,2 Comprimento do núcleo;

1 Relação de transformação.

cm

N


2) Cálculo da seção geométrica do núcleo:

2

1,9 2,2

4,18

g

g

S a c

S cm

3) Cálculo da seção magnética do núcleo:

2

0,9 0,9 4,18

3,762

m g

m

S S

S cm

4) Cálculo da potência do transformador: 2 2

3,76260

7,5 7,5

15,096

mr

SS F

S VA


5) Cálculo do número de espiras:

8 810 10 100

4,44 4,44 11300 3,762 60

884espiras

ip

m m r

p

VN

B S F

N

884

1

884espiras

p

s

s

NN

N

N


6) Cálculo das correntes (valores eficazes):

15

100

0,15

op

i

p

SI

V

I A

15

100

0,15

os

s

s

SI

V

I A


2 2

4 2

0,1510 10

4,5

3,333 10

p

p

p

IS

d

S cm

2 2

4 2

0,1510 10

4,5

3,333 10

ss

s

IS

d

S cm

Fio 32 AWG

Fio 32 AWG

Dados do fio 32 AWG:

20,000320cobreS cm 20,000459isolS cm 0,024isolD cm

7) Escolha da seção dos condutores:


8) Cálculo do fator de ocupação:

2 20,75 0,75 1,9

0,000459 884 0,000459 884

3,336

isol p isol s

aFo

S N S N

Fo


Exemplo:

• Projetar um transformador com as características:

• 110/220 V de entrada;

• 12 + 12 V de saída;

• Corrente eficaz de 1 A nos secundários;

• Frequência da rede de 60 Hz.

Tarefa


Projeto térmico

Cálculo térmico:

• Objetivo de verificar a necessidade de uso de dissipador

de calor ou não.

• Modelo térmico:

• Tj = temperatura na junção (oC);

• Tc = temperatura na cápsula (oC);

• Td = temperatura no dissipador (oC);

• Ta = temperatura ambiente (oC);

• Rjc = resistência térmica entre junção e cápsula (oC/W);

• Rcd = resistência térmica entre cápsula e dissipador (oC/W);

• Rda = resistência térmica entre dissipador e ambiente (oC/W);

• P = potência dissipada no componente (W).

j a jaT T R P

ja jc cd daR R R R

j a

ja

T TR

P

da ja jc cdR R R R

Projeto térmico

Exemplo:

• Determinar o dissipador necessário:

• Diodo MSR1560;

• Corrente média = eficaz = 10 A;

• Temperatura ambiente de 35 oC;

• Considerar Rcd = 1 oC/W;

• Considerar apenas as perdas por condução.

Tarefa

Projeto térmico

Exemplo:

• Determinar o dissipador necessário:

• Diodo MSR1560-D;

• Corrente média = eficaz = 10 A;

• Temperatura ambiente de 35 oC;

• Considerar Rcd = 1 oC/W;

• Considerar apenas as perdas por condução.

http://www.hsdissipadores.com.br/catalogo.pdf

Cálculo térmico

http://www.changpuak.ch/electronics/calc_23.html

Cálculo térmico

http://www.changpuak.ch/electronics/calc_23.html

http://www.mhtlab.uwaterloo.ca/NC_rect.html

Cálculo térmico

http://www.mhtlab.uwaterloo.ca/NC_rect.html

PCBs e layout

http://www.cirvale.com.br

Tabela de conversão:

1 polegada = 2,54 centímetros

1 in = 2,54 cm

2,54 cm = 25,4 mm

1 mil = 0,025 mm

10 mil = 0,25 mm

20 mil = 0,50 mm

30 mil = 0,75 mm

40 mil = 1,0 mm

50 mil = 1,25 mm

l

Largura das trilhas:

0,75 mm

30 mils

PCBs e layout

http://www.cirvale.com.br

2

3

1

84

7

56

U1

LM311

C1

100nF

C2

100nF

+15V

-15V

Errado

Correto

PCBs e layout

PCBs e layout

http://www.linear.com

PCBs e layout

Cuidados com trilhas longas >> parasitas

PCBs e layout

Proteções

A B C D E

Opção A:

• Fusível colocado na entrada do circuito;

• Protege a fonte contra risco de incêndio;

• Protege a instalação elétrica;

• Não protege os componentes da fonte;

• Deve suportar a corrente de carga dos capacitores.

Opção B:

• Fusível colocado na saída do transformador;

• Protege o transformador contra faltas na fonte e na carga;

• Não protege os componentes após o transformador;

• Deve suportar a corrente de carga dos capacitores.

Proteções

Opção C:

• Fusível colocado após os diodos;

• Deve suportar a corrente de carga dos capacitores;

• Protege o transformador e os diodos contra faltas no

regulador e na saída da fonte.

Opção D:

• Fusível colocado após o filtro capacitivo;

• Não precisa suportar a corrente de carga dos

capacitores;

• Pode ser dimensionado melhor;

• Protege os elementos da fonte contra faltas nos

reguladores e na saída.

Proteções

Opção E:

• Fusível colocado na saída da fonte;

• Protege todos os elementos da fonte contra faltas na

carga;

• Pode ser dimensionado com facilidade;

• Não precisa suportar a corrente de carga dos

capacitores.

Proteções

Exemplo:

• Dimensionar a proteção de uma fonte linear:

• Usando resistor fusível ou fusível de vidro;

• Corrente média na saída de 1,5 A;

• Tensão média na saída de 5 V;

• Transformador de 220 V/9 V;

• A fonte possui um regulador LM7805;

• Capacitor de filtro de 2200 μF;

• Diodos retificadores 1N4001.

Tarefa

Proteções

Próxima aula

Projeto do retificador de uma fonte chaveada:

1. Definição do circuito;

2. Dados de entrada;

3. Escolha do capacitor;

4. Dimensionamento dos diodos;

5. Circuito de inrush.

www.florianopolis.ifsc.edu.br/petry

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