Tecnologia em Automação Industrial 2016 ELETRÔNICA II

Transcrição

1 Tecnologia em Automação Industrial 2016 ELETRÔNICA II Aula 22 Fonte chaveada Prof. Dra. Giovana Tripoloni Tangerino

2 FONTES DE ALIMENTAÇÃO As fontes de alimentação destinam-se a alimentar os circuitos com correntes contínuas

3 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 (Chopper ou recortador): 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.

4 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.

5 REGULAÇÃO A qualidade de uma fonte de alimentação depende da regulação de carga, regulação de linha e da resistência de saída. A 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. A 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. A resistência de saída de uma fonte de alimentação 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.

6 TIPOS DE REGULADORES Regulador linear Reguladores shunt (paralelo) Reguladores série Reguladores chaveados

7 Reguladores lineares 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

8 Reguladores lineares Reguladores shunt (paralelo) O dispositivo de regulação fica em paralelo com a carga. 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. Tem uma corrente de entrada constante enquanto a corrente de carga varia.

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

10 Reguladores lineares monolíticos Cis reguladores de tensão Todos são reguladores série porque o regulador série é mais eficiente que o regulador shunt. A maiorira 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

11 Conversores CC-CC ou chopper Usado para obter uma tensão CC variável a partir de uma fonte de tensão CC constante. O valor médio da tensão de saída varia quando se altera a proporção do tempo no qual a saída fica ligada à entrada. Essa conversão pode ser obtida pela combinação de um indutor ou capacitor e um dispositivo de estado sólido que opere no modo de chaveamento em alta frequência Conversores cc-cc são muito eficientes (65% a 85%.) Comutam os transistores entre os estados ligado e desligado, assim a dissipação de potência dos transistores é bastante reduzida. 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. Em um conversor cc-cc não regulado típico, a tensão cc de entrada é aplicada a um oscilador de onda quadrada. O valor pico a pico da onda quadrada é proporcional à tensão de entrada. Alguns tipos de conversores cc-cc necessitam de uma tensão de entrada fixa porque não incluem regulação de tensão. Alguns tipos de conversores cc-cc usam frequências de chaveamento entre 10kHz e 100kHz, por isso incluem blindagem RFI.

12 Conversor cc-cc não regulado

13 PWM Modulação por largura de pulso Pulse Width Modulation a largura do pulso alto (T on ) varia enquanto o período de chaveamento total T é constante.

14 Regulador chaveado Vantagens: o mais eficiente de todos os reguladores (75% a 95%). Tamanho reduzido, tem capacidade de fornecer correntes mais elevadas sem transformadores de grande dimensão 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. Um regulador chaveado se enquadra na classe de conversores cc-cc porque ele converte uma tensão cc em outra, seja menor ou maior. O regulador chaveado inclui regulação de tensão, que normalmente é feita através de modulação por largura de pulso, que controla o tempo em que os transistores ficam ligados e desligados. Alterando o ciclo de trabalho, um regulador chaveado pode manter a tensão de saída constante sob condições de variação de linha e carga. O transistor de passagem é chaveado entre o corte e a saturação. 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 V CE(sat) é muito menor que a tensão de margem de operação em um regulador série.

15 FONTE DE ALIMENTAÇÃO CHAVEADA Fontes de alimentação comutadas (Switching Power Supplies)

16 TOPOLOGIAS DE UM REGULADOR CHAVEADO Topologia Modo Indutor Transformador Diodos Transistores Potência (W) Complexidade Buck (step-down) Abaixador Sim Não baixa Boost (step-up) Elevador Sim Não Baixa Buck-boost Abaix/elev Sim Não Baixa Flyback Abaix/elev Não Sim Média Semi-forward Abaix/elev Sim Sim Média Push-pull Abaix/elev Sim Sim Alta Meia ponte Abaix/elev Sim Sim Alta Ponte completa Abaix/elev Sim Sim Muito alta Topologia é a técnica de projeto ou o layout fundamental de um circuito.

17 REGULADOR BUCK (step-down) Sempre abaixa tensão CI: LT1074

18 REGULADOR BOOST (step-up) Sempre eleva tensão CI: MAX631

19 Bibliografia MALVINO, A.; BATES, D.J. Eletrônica, volume 2.