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Tecnologia em Automação Industrial

ELETRÔNICA IIFonte chaveada

Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

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mailto:[email protected]

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Profa. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

DISPOSITIVOS DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

• Parâmetros controlados: tensão, corrente e frequência

• Retificador: converte potência CA para CC

• Inversor: converte potência CC para CA

• Regulador: permite o controle intermediário de CA ou CC• Regulador CA ou controlador CA: converte CA para CA sem alteração da frequência• Regulador CC: converte CC para CC

• Conversor: termo geral• Conversor CA/CC: conversor que pode operar tanto como retificador como inversor.• Conversor de frequência: conversor em que a frequência de saída é geralmente diferente

da frequência CA de entrada• Conversor de fator de potência (compensador estático): conversor utilizado para controlar

o fator de potência de um sistema CA.


FONTES DE ALIMENTAÇÃO

As fontes de alimentação destinam-se a alimentar os circuitos com correntes contínuas


RETIFICADORES

• Circuitos retificadores são aqueles que transformam um sinal AC em um sinal DC

• Retificadores não controlados: utilizam diodos semicondutores de potência como elementos retificadores, não havendo controle do ângulo de disparo.

• Retificadores controlados: utilizam elementos semicondutores com controle de disparo, geralmente os SCRs, possibilitando o controle do ângulo de disparo e, consequentemente, o controle da potência entregue à carga.


REGULAÇÃO

• A qualidade de uma fonte de alimentação depende:

• da regulação de carga: indica quanto a tensão de carga varia quando a corrente de carga varia. Alterar a resistência da carga ocasiona mais ou menos ripple (ondulação). Quanto menor a regulação de carga, melhor a fonte de alimentação.

• da regulação de linha: está relacionada com o fato de que a tensão no secundário é diretamente proporcional à tensão de linha, e a tensão de carga varia quando a tensão de linha varia. Quanto menor a regulação de linha, melhor a fonte de alimentação.

• da resistência de saída: determina a regulação de carga. Se uma fonte de alimentação tem uma resistência de saída baixa, sua regulação de carga também é baixa.

• Usando um regulador de tensão entre a fonte de alimentação e a carga, podemos melhorar significativamente as regulações de linha e carga.


TIPOS DE REGULADORES

• Regulador linear• Um regulador de tensão linear usa um dispositivo que opera na região linear para manter a

tensão na carga constante.

• Existem dois tipos fundamentais:• Reguladores shunt (paralelo)

• Reguladores série

• Reguladores chaveados • Principal tipo: Chopper ou recortador


Reguladores lineares

• Reguladores shunt (paralelo)• O dispositivo de regulação fica em paralelo com a carga.

• Tem uma corrente de entrada constante enquanto a corrente de carga varia.

• O regulador shunt mais simples é o circuito com diodo Zener

• Vantagem: simplicidade e tem proteção contra curto circuito inerente.

• Desvantagem: baixa eficiência, causada pela grande potência perdida no resistor série e no transistor shunt.


Reguladores lineares• Reguladores série

• Vantagens: • melhor eficiência (50% a 70%). • Relativamente simples projeto e montagem.• Gera pouco ruído porque seu transistor opera sempre na região linear.

• Utilizado em aplicações com potência de carga menor que 10W. • Para potência mais elevadas, gera aquecimento dentro do equipamento.• Escolha preferencial para a maioria das aplicações quando a potência de carga não é muito alta.

• É mais eficiente que um regulador shunt porque substitui um resistor série por um transistor de passagem, assim a única perda significativa é no transistor.

• A corrente de entrada é aproximadamente igual à corrente de carga. Quando a corrente de carga varia, a corrente de entrada varia a mesma quantidade.

• Desvantagem: não tem proteção contra curto circuito. • Se acidentalmente colocarmos um curto-circuito nos terminais de carga, a corrente de carga tentará se

aproximar do infinito, o que destruirá o transistor de passagem. • Os reguladores série geralmente incluem circuitos de limitação de corrente.

Seguidor Zener


Reguladores lineares monolíticos

• CIs reguladores de tensão

• Todos são reguladores série porque o regulador série é mais eficiente que o regulador shunt.

• A maioria dos Cis reguladores usados são de três pinos: • uma para a tensão de entrada não regulada, um para a tensão de saída regulada e uma para GND.

• A maioria dos Cis reguladores de tensão tem um dos três tipos de tensão de saída:• fixa positiva, fixa negativa ou ajustável.

• Série LM78XX• XX = tensão positiva de saída (05, 06, 08, 10, 12, 15, 18 ou 24V)

• Corrente de carga máxima de 1,5A

• Série LM79XX• XX = tensão negativa de saída (05, 06, 08, 10, 12, 15, 18 ou 24V)

• Reguladores ajustáveis: LM317, LM337, LM338 e LM350


Regulador chaveado (CHOPPER ou RECORTADOR)

• Usado para obter uma tensão CC variável a partir de uma fonte de tensão CC constante.

• O regulador chaveado inclui regulação de tensão, que normalmente é feita através de modulação por largura de pulso (PWM), que controla o tempo em que os transistores ficam ligados e desligados.

• Alguns tipos de conversores cc-cc usam frequências de chaveamento entre 10kHz e 100kHz, por isso incluem blindagem RFI.


PWM• Modulação por largura de pulso • Pulse Width Modulation

• a largura do pulso alto (Ton) varia enquanto o período de chaveamento total T é constante.

• O valor médio da tensão de saída varia quando se altera a proporção do tempo no qual a saída fica ligada à entrada.

• Comutando os transistores entre os estados ligado e desligado, a dissipação de potência dos transistores é bastante reduzida.• Quando o transistor está em corte, a dissipação de

potência é virtualmente zero• Quando o transistor está em saturação, a dissipação

ainda é muito baixa porque VCE(sat) é muito menor que a tensão de margem de operação em um regulador série.


Regulador chaveado (CHOPPER ou RECORTADOR)

• Vantagens: • o mais eficiente de todos os reguladores (75% a 95%).

• Tamanho reduzido, tem capacidade de fornecer correntes mais elevadas sem transformadores de grandes dimensões

• Desvantagem: • gera ruídos produzindo interferência de radiofrequência (RFI), provocada pela comutação

de transistor (on-off) de 10 Hz a mais de 100kHz.

• Mais complexo em projeto e construção.

• Projetos de conversores cc-cc levam em conta:• O dispositivo ativo (GTO, SCR, IGBT ou MOSFET)

• A frequência de chaveamento

• Se a tensão de entrada é elevada ou abaixada.


FONTE DE ALIMENTAÇÃO CHAVEADA

• Fontes de alimentação comutadas (Switching Power Supplies)


TOPOLOGIAS DE UM REGULADOR CHAVEADO (CHOPPER)Topologia Modo Indutor Transformador Diodos Transistores Potência (W) Complexidade

Buck (step-down) Abaixador Sim Não 1 1 0-150 baixa

Boost (step-up) Elevador Sim Não 1 1 0-150 Baixa

Buck-boost Abaix/elev Sim Não 1 1 0-150 Baixa

Flyback Abaix/elev Não Sim 1 1 0-150 Média

Semi-forward Abaix/elev Sim Sim 1 1 0-150 Média

Push-pull Abaix/elev Sim Sim 2 2 100-1.000 Alta

Meia ponte Abaix/elev Sim Sim 4 2 100-500 Alta

Ponte completa Abaix/elev Sim Sim 4 4 400-2.000 Muito alta

Topologia é a técnica de projeto ou o layout fundamental de um circuito.


REGULADOR BUCK (step-down)

• Sempre abaixa tensão

• CI: LT1074𝑉𝑜𝑢𝑡 =

𝑅1 + 𝑅2𝑅1

𝑉𝑅𝐸𝐹


REGULADOR BOOST (step-up)

• Sempre eleva tensão

• CI: MAX631𝑉𝑜𝑢𝑡 =

𝑅1 + 𝑅2𝑅1

𝑉𝑅𝐸𝐹


Bibliografia

• MALVINO, A.; BATES, D.J. Eletrônica, volume 2.

• https://www.youtube.com/watch?v=vwJYIorz_Aw

https://www.youtube.com/watch?v=vwJYIorz_Aw

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