DOMINGO ANTONIO RUIZ CABALLERO NOVO CONVERSOR CC-CC FLYBACK-PUSH-PULL ALIMENTADO EM CORRENTE: DESENVOLVIMENTO TEÓRICO E EXPERIMENTAL

Transcrição

1 OMGO ATOO RUZ CABAERO OO COEROR CC-CC FYBACK-PUH-PU AMETAO EM CORRETE: EEOMETO TEÓRCO E EXPERMETA FORAÓPO 999

2 UERAE FEERA E ATA CATARA PROGRAMA E PÓ-GRAUAÇÃO EM EGEHARA EÉTRCA OO COEROR CC-CC FYBACK- PUH-PU AMETAO EM CORRETE: EEOMETO TEÓRCO E EXPERMETA Tese submetda à Unversdade Federal de anta Catarna cm parte ds requsts para a btençã d grau de utr em Engenhara Elétrca. OMGO ATOO RUZ CABAERO Flranópls, vembr de 999.

3 OO COEROR CC-CC FYBACK-PUH-PU AMETAO EM CORRETE: EEOMETO TÉORCO E EXPERMETA mng Antn Ruz Caballer Esta Tese f julgada adequada para btençã d Títul de utr em Engenhara Elétrca, Eletrônca de Ptênca em stemas de Energa, e aprvada em sua frma fnal pel Prgrama de Pós-Graduaçã em Engenhara Elétrca da Unversdade Federal de anta Catarna. v Barb r. ng. Orentadr Prf. ldemar Cassana ecker,.c. Crdenadr d Prgrama de Pós-Graduaçã em Engenhara Elétrca Banca Examnadra: v Barb r. ng. Presdente Prf. Jsé uz de Fretas era r. Prf. Faust Basts íban r. ng. Prf. Alexandre Ferrar de uza r. Prf. enzar Cruz Martns r.

4 v Resum da Tese apresentada à UFC cm parte ds requsts necessárs para a btençã d grau utr em Engenhara Elétrca. OO COEROR CC-CC FYBACK-PUH-PU AMETAO EM CORRETE: EEOMETO TÉORCO E EXPERMETA mng Antn Ruz Caballer vembr/999 Orentadr: v Barb. Área de Cncentraçã: Eletrônca de Ptênca. Palavras-chave: Cnversres CC-CC slads, Cmutaçã uave, Regeneraçã de energa úmer de Págnas: 7. REUMO: Este trabalh apresenta um nv cnversr CC-CC flyback-push-pull almentad em crrente cujas prncpas vantagens em cmparaçã cm flyback-push-pull almentad em crrente cnvencnal sã a reduçã d númer de dds de saída, crrentes de entrada e saída cm ndulaçã zer quand perand em 0,5, e mdel matematc unfcad para representar s mds buck e bst de peraçã em cnduçã cntínua. ã apresentadas a análse matemátca, a metdlga de prjet e um exempl cm resultads de smulaçã e expermentaçã, estes btds em um prtótp de labratór. O crcut prpst é cnvenente para prjet de fntes de almentaçã e aplcações de crreçã de fatr de ptênca. Também apresenta-se estud e a mplementaçã de um nv grampeadr de tensã regeneratv aplcável a cnversres CC-CC da famíla push-pull. O grampeadr prpst trabalha de frma semelhante a cnversr CC-CC EPC. esenvlve-se s estuds qualtatvs e quanttatvs, send estes cmprvads em frma expermental através de um prtótp de 600W. and-se cntnudade à pesqusa é gerad d prmer, um nv cnversr, capaz de perar em alta frequênca e cm alta efcênca, cuja prncpal caracterstca a de trabalhar cm crrentes cntínuas tant na entrada cm na saída, apresenta anda cmutaçã nã dsspatva ns seus nterruptres, sejam estes prncpas u secundárs além de ser mune a sbretensões. O estud realzad é para cnversr cm ndutâncas de entrada e de saída acpladas frmand transfrmadr flyback embra ele pssa, também, trabalhar cm as ndutâncas nã acpladas. O estud é fet para <0,5.

5 v Abstract f Thess presented t UFC as a partal fulfllment f the requrements fr the degree f ctr n Electrcal Engneerng. A EW C-C FYBACK-PUH-PU CURRET-FE COERTER: THEORETCA A EXPERMETA EEOPMET mng Antn Ruz Caballer vember /999 Advsr: v Barb. Area f Cncentratn: Pwer Electrncs. Keywrds: slated C-C Cnverters, ft Cnmutatn, Energy Regeneratn umber f Pages: 7. ABTRACT: Ths wrk presents a new C-C flyback-push-pull current-fed cnverter. The man advantages n cmparatn wth the cnvencnal ne are the redutn f utput ddes number, nput and utput current wth zer rpple when peratng n 0.5 and unfed mdelng mathematcal fr representate the buck and bst peratn at cntnuuus cnductn. The mathematcal analyss, desgn methdlgy and expermentatn and smulatn results are presented. The prpsed crcut s sutable fr swcht mde pwer supply and pwer factr preregulatr. The study and mplementatn f a new regeneratng vltage clampng crcut fr C-C pushpull cnverters are presented t. The clampng crcut prpsal wrkng lke EPC C-C cnverter. Are develpment the qualtve and quanttve studes, beng these testng n a expermental 600W prttype. Ths wrk present fnally a new cnverter capable f peratng n hgh frequency, featurng hgh effcency and mprved crcut EM characterstcs. The man characterstc f ths cnverter s t wrk wth nn-pulsatng nput and utput current. Besdes, t presents zer-vltage swtchng Z n the man and auxlary swtches as well as mnmum vltage stress. The prncple f peratn s explaned and expermental results taken frm a 600W, 5kHz-labratry prttype are presented.

6 v Pr l tant, s algun de ustedes tene defcenca en cuant a sabdura, que sga pdendle a s, prque el dá genersamente a tds, y sn echar en cara le sera dada. antag :5

7 A Jehva s pr lumnar td camn que en esta vda he segud v

8 A ms Padres y hermans pr su amr, perseveranca, cmprensón y estmul. v

9 x AGRAECMETO A Prfessr v Barb, pels ensnaments e pela dedcaçã e cmpetente rentaçã n decrrer d Curs de utrad. As Prfessres partcpantes de mnha banca examnadra: Jsé uz de Fretas era da Unversdade Federal de Esprtu ant, Faust Basts íban da Pntfca Unversdade Católca d R Grande d ul, enzar Cruz Martns e Alexandre Ferrar de uza, d nsttut de Eletrônca de Ptênca da UFC, pelas sugerencas a trabalh. As prfessres d EP, En almr Kassck, Arnald Jsé Pern, Jã ds ants Fagundes e Har Brun Mhr pels ensnaments e amzade dspensadas a decrrer destes ans. As grandes amgs d nsttut de Eletrônca de Ptênca da UFC uz Marcelus Celh, Antôn uz. Pachec e Patríca chmtt pela amzade, atençã e presteza sempre dspensadas. As meus amgs Rene, Grver, Faruk, Marcel lb e Wal pela amzade e pel cnstante ap. As amgs Adran, amr, van, Falcndes, Ccer, Fabana e Mezzarba pela lnga camnhada cmpartda, que cmeç n curs de mestrad e cntnu através d curs de dutrad. A tds s meus clegas d Curs de utrad, d Curs de Mestrad e as Engenhers e blsstas d nsttut de Eletrônca de Ptênca da UFC, pel ap e cmpanhersm. À Unversdade Federal de anta Catarna. À PEC-CPq, pel ap fnancer. As meus querds pas, pel amr e pel exempl de trabalh, dgndade e determnaçã que me prprcnaram. A Trabalhadr brasler, pel fnancament desta pesqusa.

10 x UMÁRO Págna REUMO ABTRACT MBOOGA v v xv CAPÍTUO : ETAO A ARTE O COERORE TPO PUH-PU... ntrduçã..... Cnversr push-pull almentad em tensã Cnversres slads almentads em crrente Cnversr push-pull almentad em crrente u bst smétrc slad Cnversr push-pull cm dupl ndutr de entrada va tplga almentada em crrente prpsta pr Mantvanell e Barb Tplgas flyback- push-pull almentadas em crrente araçã tplgca d cnversr flyback -push-pull almentad em crrente Geraçã d nv cnversr Cnclusões... 8 CAPÍTUO : ETUO O OO COEROR FYBACK-PUH-PU EM MOO COTUO E COUÇÃO A CORRETE O UTOR FYBACK PARA <0,5... ntrduçã Apresentaçã d crcut Operaçã para <0, escrçã e análse das etapas para peraçã cm <0, Prncpas frmas de nda Cnsderações sbre valr da crrente n nterval t Característcas de transferênca Expressã da ndulaçã de crrente para <0, Análse das grandezas d cnversr para <0, Análse das crrentes d cnversr Crrente méda de saída Crrente máxma de entrada P Análse das tensões d cnversr Obtensã da tensã ns enrlaments d transfrmadr Tensã de blque ns nterruptres Tensã ns enrlaments d transfrmadr flyback Cálcul da ndulaçã da tensã n capactr de saída Esfrçs de crrentes ns nterruptres Crrente méda ns transstres Crrente efcaz ns transstres Crrente méda ns dds de saída Crrente efcaz ns dds de saída Energa prcessada pel transfrmadr flyback para <0, Prjet d nv cnversr Metdlga de prjet Exempl de Prjet Resultads de smulaçã Resultads expermentas... 35

11 x.0. Cmparaçã entre cnversr prpst e cnvencnal flyback-push-pull almentad em crrente 38.. Cnclusões 40 CAPÍTUO 3: ETUO O OO COEROR FYBACK-PUH-PU EM MOO COTUO E COUÇÃO A CORRETE O UTOR FYBACK PARA >0,5 3.. ntrduçã Operaçã para >0,5 cnduçã cntínua escrpçã e análse das etapas de peraçã para >0, Frmas de nda Cnsderações sbre valr da crrente ns ntervals t e t Expressã da ndulaçã de crrente para >0, Análse das grandezas d cnversr para >0, Análse das crrentes d cnversr Crrente méda de entrada Crrente máxma de entrada Esfrçs de crrente ns nterruptres Crrente méda ns transstres Crrente efcaz ns transstres Crrente méda ns dds de saída Crrente efcaz ns dds de saída Análse das tensões d cnversr Obtençã da tensã ns enrlaments d transfrmadr push-pull Tensã de blque ns nterruptres Tensã ns enrlaments d transfrmadr flyback Cálcul da ndulaçã da tensã n capactr de saída Energa prcessada pel transfrmadr flyback para >0, Prjet de uma fnte chaveada trabalhand para >0, Resultads de smulaçã Resultads expermentas Cnclusões... 6 CAPÍTUO 4: ETUO O OO COEROR FYBACK-PUH-PU EM MOO ECOTÍUO E COUÇÃO A CORRETE O TRAFORMAOR FYBACK <0, ntrduçã Operaçã em cnduçã descntínua para <0, Análse das etapas de peraçã para <0,5 n md de cnduçã descntínu Frmas de nda Característca de transferênca md de cnduçã descntínu para <0, Característca cmpleta de saída para <0,5 n md descntínu Característca de saída Expressões lmtes entre s mds cntínu e descntínu Razã cíclca lmte Ganh lmte Cálcul da ndutânca própra flyback crítca e da relaçã de transfrmaçã Cálcul da ndulaçã da tensã n capactr de saída Esfrçs de crrente ns nterruptres Crrente méda ns transstres Crrente efcaz ns transstres Crrente méda ns dds de saída Crrente efcaz ns dds de saída Energa prcessada pel transfrmadr flyback para <0,5 e cnduçã descntínua Prjet de uma fnte chaveada para <0,5 em cnduçã descntínua Resultads de smulaçã... 8

12 x 4.0. Cnclusões CAPÍTUO 5: ETUO O OO COEROR FYBACK-PUH-PU EM MOO ECOTÍUO E COUÇÃO A CORRETE O UTOR FYBACK PARA >0, ntrduçã Operaçã em cnduçã descntínua para >0, escrpçà e análse das etapas de peraçã para >0,5 md de cnduçã descntínu Frmas de nda Característca de transferênca n md de cnduçã descntnu para >0, Característca cmpleta de saída para >0,5 n md descntínu Característca de saída Expressões lmtes entre s mds cntínu e descntínu para >0, Razã cíclca lmte Ganh lmte Cálcul da ndutânca própra flyback crítca e da relaçã de transfrmaçã Cálcul da ndulaçã da tensã n capactr de saída Análse das grandezasd cnversr para >0,5 em cnduçã descntínua Análse das crrentes d cnversr Crrente de pc de entrada Crrente méda ns transstres Crrente efcaz ns transstres Crrente méda ns dds de saída Crrente efcaz ns dds de saída Análse das tensões d cnversr Tensã de blque ns nterruptres Energa prcessada pel transfrmadr flyback para >0,5 em cnduçã descntínua Prjet de uma fnte chaveada para >0,5 em cnduçã descntínua Resultads de smulaçã Cnclusões... 0 CAPÍTUO 6: OO GRAMPEAOR E TEÃO REGEERATO APCAO AO OO COEROR FYBACK-PUH-PU. 6.. ntrduçã Efets das ndutâncas parastas n nv cnversr push-pull almentad em crrente v cnversr push-pull almentad em crrente cm nv grampeadr de tensã prpst Prncp de peraçã Prncpas frmas de ndas Análse d crcut Prjet d crcut grampeadr Resultads de smulaçã Resultads expermentas Cnclusões... 8 CAPÍTUO 7: COEROR OAO CC-CC Z-PWM GRAMPEAO E COM CORRETE ETRAA E AÍA ÃO PUAA GERAO A PARTR O OO COEROR FYBACK-PUH- PU. 7.. ntrduçã Crcut prpst Etapas de peraçã Análse das etapas de peraçã Frmas de ndas Característca de transferênca para < Característca de saída... 40

13 x 7.3. Perda de razã cíclcad Cálcul de esfrçs n cnversr Crrente máxma e mnma ns nterruptres Cálcul das crrentes máxma e mnma de entrada Cálcul das crrentes méda e efcaz ns nterruptres prncpas Cálcul das crrentes méda e efcaz ns nterruptres auxlares Cálcul das crrentes méda e efcaz ns dds de saída Cálcul da tensã de grampeament ca Metdlga de prjet Especfcações Cálcul de Cálcul d ganh nrmalzad Cálcul da ndutânca de cmutaçã d Cálcul ds capactres de cmutaçã Prjet e cnstruçã de um prtótp expermental Cálcul teórc Cálcul físc ds elements magnétcs envlvds Cálcul ds ndutres de cmutaçã Cálcul d transfrmadr flyback Resultads de smulaçã Resultads expermentas Cnclusões CAPÍTUO 8: COCUÕE GERA APÊCE A... 7 APÊCE B... 8 APÊCE C REFERÊCA BBOGRÁFCA... 97

14 xv MBOOGA. ímbls usads em expressões matemátcas ímbl gnfcad Un dad e A e Área da seçã transversal da perna central d núcle cm A w Área da janela d núcle cm AE Amperes-espras B Máx ensdade máxma de flux magnétc n núcle Tesla C p Capactânca de cmutaçã n nterruptr p nf C p Capactânca de cmutaçã n nterruptr p nf C a Capactânca de acumulaçã nf C Capactr de saída nf C g Capactânca d crcut grampeadr regeneratv nf C g Capactr d crcut grampeadr regeneratv nf C gs Capactânca d crcut grampeadr sem-regeneratv nf cs Funçã trgnmétrca csen Razã cíclca Razã cíclca auxlar Funçã matemátca da razã cíclca cm respect a ε fb Energa transferda pel transfrmadr flyback J f s Freqüênca de chaveament Hz t Funçã matemátca da crrente elétrca n temp A Crrente de saída A P mn Crrente de saída nrmalzada. Crrente mnma nrmalzada através d prmar d enrlament P. Crrente máxma nrmalzada através d prmar d enrlament P. Pmax Crrente mnma nrmalzada através d prmar d enrlament. mn Crrente máxma nrmalzada através d prmar d enrlament. mn RM alr efcaz da crrente A méd alr méd da crrente A Crrente máxma de entrada A Crrente mnma de entrada A y alr de pc negatv da crrente A

15 xv p alr de pc pstv da crrente A n Máxma crrente méda admssível n dren MOFET A egrau de crrente devd à preservaçã d flux n transfrmadr flyback A Ondulaçã da crrente através d enrlament prmár d transfrmadr flyback P. P Ondulaçã da crrente através d enrlament secundár d transfrmadr flyback. g Ondulaçã de crrente n ndutr d crcut grampeadr regeneratv A J Máx ensdade máxma de crrente A/cm K crt K u K p K C K K ndutânca crítca nrmalzada Fatr de utlzaçã da janela d núcle Fatr de utlzaçã d prmár d transfrmadr Cnstante gual a prdut de K u e K p Cnstante que representa a relaçã entre e n md bst Cnstante que representa a relaçã entre e n md buck g ndutânca d crcut grampeadr regeneratv µh p ndutânca d enrlament prmár d transfrmadr flyback P µh ndutânca d enrlament secundár d transfrmadr flyback µh p ndutânca d enrlament prmár d transfrmadr push-pull P µh ndutânca d enrlament secundár d transfrmadr push-pull µh ndutânca de dspersã d transfrmadr flyback µh d p ndutânca de dspersã d enrlament prmár d transfrmadr push-pull P µh d 3p ndutânca de dspersã d enrlament prmár d transfrmadr push-pull 3P µh d ndutânca de cmutaçã µh l t Cmprment méd de uma espra cm l g Entreferr cm m M Ν Ν Ganh lmte entre as regões cntnua e descntnua Ganh estátc de tensã Relaçã de transfrmaçã d transfrmadr flyback Relaçã de transfrmaçã d transfrmadr push-pull Relaçã de transfrmaçã meda P Perdas em funçã de W P fb Ptênca prcessada d transfrmadr flyback P Ptênca de entrada W P Ptênca de saída W P núcle Perdas de ptênca n núcle W P cu Perdas de ptênca n cbre W R gs Resstênca d crcut grampeadr sem-regeneratv Ω R eq Resstênca equvalente que representa as perdas d crcut em carga Ω

16 xv R eq Resstênca equvalente que representa as perdas d crcut em vaz Ω R n Resstênca em cnduçã MOFET Ω cu Área d cbre cm sen Funçã trgnmétrca sen t nterval de temp nde para ambs s mds buck u bst nterruptr esta s cnduznd. t' nterval de temp nde para ambs s mds buck u bst uma crrente flu através d s transfrmadr flyback. t Temp s t d Temp mrt s T s Períd de chaveament s Tensã de saída nrmalzada. p Tensã sbre enrlament prmár d transfrmadr flyback P p Tensã sbre enrlament prmár d transfrmadr push-pull P Tensã de blque ns nterruptres nrmalzada Tensã de entrada F Queda de tensã em cnduçã dds Tensã de saída ca Tensã sbre C a gs Tensã de cmand u gatlh a Tensã sbre nterruptr auxlar p Tensã sbre nterruptr prncpal C Ondulaçã da tensã de saída. max Tensã máxma admssível entre dren e fnte MOFET l lume d núcle cm 3 ζ η η Razã entre as ndutâncas e d Rendment Rendment em funçã de. ímbls usads para referencar elements em dagramas de crcuts ímbl gnfcad C Capactr d ndutr M MOFET R Resstr nterruptr Cmandável Fnte de tensã

17 xv 3. Acrônms e Abrevaturas gnfcad CA Crrente alternada PEC-CPq Prgrama ntercamb cultural Brasl-Chle dependente d cnselh nacnal de desenvlvment centífc e tecnlógc. C Crcut ntegrad CC Crrente cntínua EEE nsttute f Electrcal and Electrncs Engneers EP nsttut de Eletrônca de Ptênca MOFET Metal-Oxde-emcnductr Feld-Effect Transstr PWM Pulse Wdth Mdulatn EM nterferênca eletrmagnétca rradada UFC Unversdade Federal de anta Catarna Z EPC Zer vltage swtchng ngle-ended Prmary nductr Cnverter 4. ímbls de Undades de Grandezas Físcas d stema nternacnal de Undades ímbl Ω A F H Hz Kg M rad/s W me da Undade Ohm Ampère Farad Henry Hertz qulgrama metr radans pr segund segund lt Watt 5. ímbls de Undades de Grandezas Físcas fra d, usads pela prátca ímbl me da Undade grau trgnmétrc

18 CAPÍTUO CAPÍTUO ETAO A ARTE O COERORE TPO PUH-PU.. - ntrduçã A eletrônca de ptênca caracterza-se pr ser uma cênca dnâmca, nde cntínus esfrçs sã realzads pr engenhers e especalstas para aumentar rendment e dmnur vlume e pes ds dferentes tps de cnversres de ptênca. st, asscad à rápda evluçã tecnlógca de cmpnentes, tem fet cm que s nvestments na pesqusa de nvas tplgas de cnversres estátcs estejam em aument gemétrc. camp ds cnversres CC-CC bserva-se, através da lteratura especalzada dspnvel, duas famílas de cnversres CC-CC tp push-pull: s almentads em tensã e s almentads em crrente [A-A4]. Cada uma destas famílas cm característcas própras e cm sgnfcatvas vantagens e desvantagens.. - Cnversr push-pull almentad em tensã. A tplga push-pull cnvencnal mstrada na Fg.., cnsste de um transfrmadr Tr, cm ds prmárs e ds secundárs para uma saída. empre haverá ds secundárs pr saída. Cada prmár é cnectad em sere cm um nterruptr cntrlad, cm s nterruptres atuand de frma cmplementar dentr de um ccl de cmutaçã. A frma de transferênca de energa é análga a da tplga básca buck. ETAO A ARTE O COERORE TPO PUH-PU mng Antn Ruz Caballer

19 CAPÍTUO TR d s p n 3 n 4 s n C R 3p n 5 n 6 3s d - antagens: Fg.. - Cnversr Push-Pull cnvencnal. Obtençã de ptêncas mares d que as btdas cm s cnversres CC-CC báscs cm um nterruptr, além da slaçã da fnte em relaçã à carga. esvantagens: O cnversr push-pull cnvencnal tem dversas desvantagens, send as mas mprtantes enumeradas a segur: a desequlíbr de flux n transfrmadr: as falhas mas cmuns n cnversr push-pull cnvencnal sã devdas a desequlíbr de flux entre s prmárs d transfrmadr. Este tp de falha crre pel desequlíbr d prdut vlts-segund de cada sem-ccl n transfrmadr, u seja, um ds transstres cnduz pr um nterval mar d que utr, st faz cm que a peraçã d núcle nã esteja centrada a redr da rgem n laç de hsterese, crand uma cmpnente de tensã cntnua n transfrmadr, que levará à saturaçã e à destruçã ds nterruptres, b dspersã: pr ser uma tplga slada, é evdente que terá prblemas cm a dspersã d transfrmadr, precsand de crcuts de ajuda à cmutaçã para prteger s nterruptres, c nã lmta surts de crrente de entrada: nã tend ndutr de entrada, nã pde lmtar qualquer surt u varaçã na crrente, d razã cíclca máxma teórca de 0,5: pel fat de ser almentad em tensã nã pderá trabalhar cm s nterruptres em sbrepsçã, lg sua razã cíclca máxma pr nterruptr será tercamente gual a 0,5. ETAO A ARTE O COERORE TPO PUH-PU mng Antn Ruz Caballer

20 CAPÍTUO Cnversres push-pull almentads em crrente. O cnversr estudad n tem anterr é uma tplga abaxadra, u seja sua tensã de saída será sempre menr d que a de entrada anda que, dependend da relaçã de transfrmaçã d transfrmadr sladr este pssa também elevar a tensã. Pel fat de ser almentad em tensã seu nterruptr nã pdera trabalhar cm s pulss de cmand sbrepsts. Pr utr lad, s cnversres almentads em crrente a serem abrdads, a segur, sã em geral elevadres cm algumas exceções. Além d mas, pel fat de serem almentads em crrente, seus nterruptres deverã trabalhar sbrepsts Cnversr push-pull almentad em crrente u bst smétrc slad. O cnversr bst smétrc slad é largamente usad na ndustra cm carregadr de Batera [A5] u ultmamente para crrgr fatr de ptênca cm pré-reguladr [A6]. A Fg..3 mstra crcut. A peraçã d cnversr basea-se em que s nterruptres de ptênca sã ambs mantds fechads pel cmand em sbrepsçã de tal frma a armazenar energa n ndutr, e sã aberts, um após utr, para que a energa armazenada em seja transferda à carga va transfrmadr sladr T r. TR d p n 3 n 4 s C R n 3p n 5 n 6 3s - d Fg..3.- Cnversr push-pull almentad em crrente. antagens: a btençã de uma tensã de saída mar d que a de entrada, ETAO A ARTE O COERORE TPO PUH-PU mng Antn Ruz Caballer

21 CAPÍTUO 4 b devd a ndutr de entrada, lmta naturalmente s surts de crrente, esvantagens: a elevada tensã de blque ns nterruptres, b pera smente cm elevadr de tensã, c apresenta prblema da dspersã d transfrmadr..3. Cnversr push-pull cm dupl ndutr de entrada C. O cnversr push-pull cm dupl ndutr de entrada é btd medante a dualzaçã d cnversr mea pnte [A7, A]. O prncp de funcnament desse cnversr é basead n mesm prncp aplcad a cnversr bst smétrc slad: s nterruptres de ptênca sã ambs mantds fechads de tal frma que s ndutres acumulem energa, e sã aberts, um após utr, de md a transferr a energa, armazenada, à carga, va transfrmadr de slament T r. TR d n n p n C R n n - d Fg..4.- Cnversr dupl ndutr de entrada. antagens: as vantagens deste cnversr sã dentcas as d bst smétrc slad, além de ferecer a pssbldade de duas entradas em crrente, prmár d transfrmadr apresenta mens esfrçs em crrente de que n bst smétrc slad menr crrente efcaz. ETAO A ARTE O COERORE TPO PUH-PU mng Antn Ruz Caballer

22 CAPÍTUO 5 esvantagens: dentcas às apresentads pel bst smétrc slad, além da presença de um element magnétc adcnal va tplga almentada em crrente prpsta pr Mantvanell e Barb. Uma das nvas tplgas almentadas em crrente, prpsta pr Mantvanell e Barb [A], é mstrada na Fg..5. Os nterruptres de ptênca sã acnads cm freqüênca cnstante e razã cíclca assmétrca. O nterruptr pera cm razã cíclca durante períd de cmutaçã, e pera cmplementarmente a razã cíclca -. evd à peraçã assmétrca cnversr precsa d capactr C b para assegurar equlíbr d flux n transfrmadr. n TR C b d d 4 n p n C R C p d d 3 - antagens: Fg..5 - Cnversr prpst pr Mantvanell e Barb. as vantagens deste cnversr sã às mesmas d bst smétrc slad, apresenta cmutaçã nã dsspatva e utlzaçã cmpleta d transfrmadr, esvantagens: a cmutaçã nã dsspatva depende dretamente d valr de dspersã d transfrmadr, para grandes dspersões, é dfcl bter cmutaçã nã dsspatva para tda a faxa de carga. ETAO A ARTE O COERORE TPO PUH-PU mng Antn Ruz Caballer

23 CAPÍTUO Tplgas flyback-push-pull almentadas em crrente. É essencalmente um transfrmadr flyback em sére cm um nversr push-pull mdulad pr largura de puls. Este cnversr pde perar cm elevadr u abaxadr, em funçã de s nterruptres trabalharem sbrepsts u nã. A Fg..6a mstra secundár d transfrmadr flyback almentand a saída em tensã através d dd 3. a Fg..6b dd é cnectad dretamente à tensã de entrada. Quand dd é cnectad a, a ndulaçã da tensã de saída é mnmzada, e quand dd é cnectad à tensã de entrada a ndulaçã da crrente de entrada é mnmzada [A]. 3 : ec3 Pr3 Tr : Pr Pr ec ec C R - n a 3 : ec3 Pr3 Pr Pr Tr : ec ec C R - n Fg..6 - a Cnversr flyback-push-pull almentad em crrente. b Cnversr flyback -push-pull realmentand a entrada. b antagens: a pssbldade de trabalhar cm elevadr e abaxadr. b transfrmadr flyback prvê naturalmente prteçã cntra surts de crrente. ETAO A ARTE O COERORE TPO PUH-PU mng Antn Ruz Caballer

24 CAPÍTUO 7 c O prblema de desequlíbr de flux n transfrmadr push-pull, devd as pulss de cmand assmétrc, nã resulta na saturaçã d mesm e pr cnseqüênca nã leva à falhas, mas sm em sbrecarga para um ds seus nterruptres, que nã é cnsderad grave. esvantagens: a mdels dstnts, dependend d mds de peraçã se abaxadr u elevadr, b ndutânca de dspersã elevada, prdut ds ds transfrmadres, que prduz severas sbretensões ns nterruptres, c nã há uma desmagnetzaçã cmpleta d transfrmadr push-pull, que a lng praz prduz saturaçã d núcle araçã tplógca d cnversr flyback- push-pull almentad em crrente. O prncp de funcnament é dêntc a descrt na seçã.3.4, cm a dferença de se ter mas um dd flyback na saída, de md a desmagnetzar de manera ótma transfrmadr push-pull n mment da descarga d transfrmadr flyback. O crcut é mstrad na Fg..7. : 3 P3 Tr 3 : P P 4 C R - n Fg..7 - Cnversr push-pull - flyback mdfcad. As vantagens e desvantagens sã guas às da seçã anterr cm as seguntes dferenças: rsc de saturaçã é anda menr devd à desmagnetzaçã ótma d transfrmadr feta pels dds 3 e 4 n crcut de saída, prém sã adcnads mas ds elements semcndutres. ETAO A ARTE O COERORE TPO PUH-PU mng Antn Ruz Caballer

25 CAPÍTUO 8.4 Geraçã d nv cnversr. O cnversr CC-CC flyback-push-pull almentad em crrente, apresenta vantagens em cmparaçã a cnvensnal push-pull almentad em tensã quand usad em dversas aplcações. Pssu smente ndutr na entrada e nã de saída, que faz dele uma excelente esclha para cnversres CC-CC cm multplas saídas. Além dss, prvê camnh pels dds 3 e 4 que garante a desmagnetzaçã d transfrmadr push-pull. É também recnhecd que mencnad cnversr é mas cnfável d que cnversr push-pull cnvencnal devd à presença d ndutr de entrada. Prém, algumas desvantages têm sd encntradas, sejam estas a exstênca de quatr dds n lad secundár bem cm a mpssbldade de representar a peraçã para razões cíclcas mares u menres que 0,5 através d mesm mdel matemátc. O crcut a ser estudad neste trabalh é gerad a partr d cnversr flyback-pushpull tradcnal almentad em crrente smplesmente remvend s dds d 3 e d 4 Fg..8a. M TR d s n n d d d 3 TR n3 n4 n3 n4 d4 C R n p p n3 p n3 n4 n4 s s d n C R - - a Fg..8 - Cnversres CC-CC flyback-push-pull almentads em crrente a cnvencnal b nv. b.5 - Cnclusões este captul fram apresentadas de manera sucnta, dferentes tps de cnversres push-pull almentads em tensã e crrente bservand-se as suas vantagens e desvantagens de md a famlarzar-se cm estas. end apresentad também a frma em que f gerad cnversr a ser estudad neste trabalh. ETAO A ARTE O COERORE TPO PUH-PU mng Antn Ruz Caballer

26 CAPÍTUO 9 CAPÍTUO ETUO O OO COEROR FYBACK-PUH PU EM MOO COTÍUO E COUÇÃ O A CORRETE O UTOR FYBACK PARA <0,5.- ntrduçã este capítul apresentar-se-á um nv cnversr push-pull almentad em crrente n seu md de cnduçã cntínua da crrente n ndutr flyback. O funcnament em cnduçã cntínua dependerá d valr da ndutânca de entrada. ã mstradas as etapas de funcnament e as frmas de nda envlvdas nessas etapas para razã cíclca nferr a 0,5 <0,5. A peraçã cm abaxadr u elevadr de tensã depende exclusvamente, da mesma frma que cnversr de Wenberg [A, A3], da razã cíclca d cnversr. Para razã cíclca entre zer e 0,5 0<<0,5, cnversr pera cm buck e para razã cíclca entre 0,5 e um 0,5<< a peraçã é cm bst. te-se que, para razões cíclcas mares que 0,5, s nterruptres atuarã sbrepsts verlappng. este capítul é feta uma análse qualtatva e quanttatva d cnversr trabalhand em cnduçã cntínua para razã cíclca menr que me <0,5 u seja cm abaxadr de tensã...- Apresentaçã d crcut O nv cnversr push-pull apresentad é cmpst pr um transfrmadr push-pull e ds ndutres entrada e saída acplads magnetcamente que cmpõem transfrmadr flyback além de ds nterruptres prncpas e ds dds de saída. a Fg.. é apresentad crcut de ptênca d nv cnversr push-pull almentad em crrente. As característcas d nv cnversr sã as seguntes: a peraçã em ds mds: buck e bst. A classfcaçã d md de peraçã dependerá exclusvamente da razã cíclca de trabalh. Para razã cíclca menr que 0,5 ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

27 CAPÍTUO 0 < 0,5 perará cm buck pulss de cmand nã sbrepsts, e para razã cíclca entre 0,5 e um > 0,5 ele perará cm bst pulss de cmand sbrepsts, b lmtaçã da crrente de partda. Pel fat de ter um ndutr na entrada ele atuará cm lmtadr para qualquer surt de crrente, c s nterruptres estã n mesm pnt referencal. pnt de vsta d cmand st é uma grande vantagem, descartand us de transfrmadres u ftacpladres de slament. O fat de pssur smente ds dds na saída, cmparand cm cnversres smlares, permte reduzr as perdas pr cnduçã n cnversr, d característca de transferênca únca entre md buck e bst quand as relações de transfrmaçã d transfrmadr push-pull e transfrmadr flyback sã dêntcas, sem nenhum tp de descntnudade n n 3, n n4 e grande sensbldade às ndutâncas de dspersã. Prtant, há necessdade de grampeadres efcentes para s nterruptres. : M TR : d s n p p n 3 n 4 s C R n 3p n 3 n 4 3s - d Fg.. - Crcut Prpst..3- Operaçã para <0, escrçã e análse das etapas para peraçã <0,5. md buck, sem sbrepsçã ns snas de cmand, sã bservads quatr estads de peraçã em um períd de cmutaçã. Entretant, para efet de cálcul é ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

28 CAPÍTUO necessár descrever smente ds estágs, vst que s utrs ds sã análgs as prmers, dfernd apenas nterruptr envlvd n prcess. Para smplfcar a análse d crcut, as seguntes cnsderações sã realzadas: a a crrente magnetzante é desprezada, b s elements d crcut sã cnsderads deas, c cnsderam-se as relações de transfrmaçã ds transfrmadres push-pull e flyback guas. esta frma, a característca de transferênca d cnversr nã apresentará descntnudade entre s ds mds de funcnament. Prmera etapa t 0, t t Em t t, é acnad, permtnd a crculaçã de crrente pr P, P e própr. O flux gerad pel enrlament P nduz tensã ns enrlaments secundárs, 3 mas devd as plardades das tensões nduzdas smente d cnduz. entant, transfrmadr flyback atuará cm ndutr, acumuland energa nesta etapa. A energa que a carga recebe é devda smente a transfrmadr push-pull. M TR d s p p n3 n4 s n O n p n3 n4 s - d Fg.. - Prmera etapa md Buck. O crcut equvalente para este nterval é: p n _ p p p p _ M : s _ s n _ s s O a / p TOTA n _ n s p p s O b Fg..3- a Crcut equvalente para nterval t. b Crcut referd a secundár. crcut da fg..3b tem-se que: Ttal ' P. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

29 CAPÍTUO n, n n3 n4. Onde é a razã de transfrmaçã d transfrmadr flyback e é a razã de transfrmaçã d transfrmadr push-pull. mand tem-se: ' ' d d M P P dt dt d d M dt dt ' P ' d P M dt efnnd a ndutânca mútua gual a: s M K ' p.6 Cnsderand K, M ' P s a relaçã d auttransfrmadr d crcut equvalente:.7 prtant, e p M s.8.9 ' p P ubsttund.,.8,.9 e.0 em.5 resulta em:.0 g, d s dt. s d dt Agrupand terms chega-se a:. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

30 CAPÍTUO 3 d dt ntegrand a equaçã.3, btém-se:.3 ' t t.4 Pmn Fnalmente reslvend para t, e cnsderand tem-se que : 4 t t.5 egunda Etapa t, t - t Em tt, é abert, fazend cm que a energa acumulada em seja lberada em frma de uma crrente que é duas vezes a crrente que crculava n nterval anterr t, st devd as amperes-espras d transfrmadr flyback. Cada um ds dds cnduz uma crrente gual à d nterval anterr, fazend um curt crcut magnétc n transfrmadr push-pull. Esta etapa fnalza quand é acnad. Esta etapa é mstrada para este nterval. M TR d s p p n3 n4 s n O n p n3 n4 s - d Fg..4 - egunda etapa md Buck A Fg..5 mstra crcut equvalente para este nterval: t _ s s n O Fg..5 - Crcut equvalente para nterval t. crcut tem-se que: s.6 ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

31 CAPÍTUO 4 d t dt ntegrand, tem-se : t t s s ' Ou reslvend para t : p max t.7.8 Onde t t t.9 denta a crrente n secundár d ndutr flyback n nterval t. E t denta a crrente n secundár d ndutr flyback n nterval t..3.- Prncpas frmas de nda a fg..6 sã apresentadas as prncpas de nda d nv cnversr push-pull, funcnand n md abaxadr <0,5 cm cnduçã cntínua da crrente d enrlament prmár d transfrmadr flyback. Gs T -T t 0 t t t 3 t 4 T t t t T/ t t 3 4 a Gs t b p p s. Pmax Pmn t c s d t d s t e p Fg..6 - Frmas de nda para peraçã <0.5.a e b nas de cmand c Crrente de entrada d Crrente n ndutr s e Crrente ns dds de saída f Tensã num enrlament d transfrmadr Push-Pull. t f ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

32 CAPÍTUO 5.4- Cnsderações sbre valr da crrente n nterval t e t 4. É pssível defnr valr da crrente n nterval t em funçã d nterval t. abese que em regme permanente flux n ndutr é nvaravel em um períd de funcnament. Prtant cnsderand que s amperes-espras AE d transfrmadr flyback serã cnstantes num ccl de peraçã tem-se d prmer crcut equvalente fg..3a. AE t ' n n P.0 Onde Entã: ' t P. n AE n t Para segund nterval, t : AE n t..3 gualand as equações. e.3: t n t n n.4 Prtant: t t.5 efnnd: Tem-se que: K t t e entã K e: K.6.7 t t.8 ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

33 CAPÍTUO 6.5- Característcas de transferênca Para prvar a gualdade das característcas de transferênca estátca é realzad cálcul para s ds mds de funcnament. É sabd que em regme permanente nã exste varaçã de flux n ndutr para um períd de funcnament. g, tem-se a segunte relaçã: s t s t t.9 t A expressã para nterval t é btda smplesmente aplcand a le de Krchff de tensã n crcut equvalente referd a secundár fg..4b. Prtant substtund-se as grandezas: t t efnnd temp de cnduçã d nterruptr, num períd, cm send: pde-se encntrar:.30 t T.3 T t ubsttund.3 e.3 em.30, T T btém-se a característca de transferênca, que é gual a: Ou para : Para determnar a característca de transferênca para >0,5 sabe-se que a varaçã de flux n ndutr, em regme permanente, permanece cnstante para um perd de funcnament. Cnsderand T cm temp de cnduçã d nterruptr em um períd, tem-se que para >0,5, valr de é dad pr: ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

34 CAPÍTUO 7 efnnd: t t T T.36 t t 4 T E substtund.37 em.36, btém-se:.37 e cm: t T.38 e p t p t ubsttund.38 e.39 em.35 btém-se:.39 Reslvend, tem-se:.40 Cnsderand para btem-se:.4.4 Cmprva-se desta manera a gualdade da característca de transferênca em ambs s mds. A Fg..7 a segur mstra a característca de transferênca btda. Fg..7- Característca de Transferênca. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

35 CAPÍTUO ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer 8.6- Expressã da ndulaçã de crrente para <0,5. abe-se que para nterval t, ' max P t e para nterval t, ' max P K t. g substtund st nas eq..4 e.8, btém-se: t ' ' mn P pmax.43 e t K K max pmax pmn ' '.44 abend que: ' ' mn p P max.45 Reslvend para s ntervals t e t, btém-se: K t.46 e K t.47 A sma destes ntervals é gual a me perd, prtant: K K t t T.48 g, btém-se: K K F T.49 Ou, K K F.50 rmalzand : K K F.5

36 CAPÍTUO ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer 9 ubsttund a equaçã d ganh em.5 e sabend que: K.5 Entã: K K.53 mplfcand a expressã.53, btém-se: K.54 Cnsderand para, btém-se:.55 A Fg..8 representa grafcamente a equaçã.55. Fg..8 - Ondulaçã da crrente de saída em funçã de.

37 CAPÍTUO 0.7- Análse das grandezas d cnversr para <0, Análse das Crrentes d Cnversr.7..- Crrente méda de saída. s Pmax. Pmn. K. Pmax K Pmn T/ t Fg..9 - Crrente de saída. A partr das etapas de funcnament e bservand a fg..9 tem-se que: ' t { P mn t K, para t.56 ' K p max t, para t.57 A crrente méda de saída pde ser btda através das areas: T ' ' ' ' ' ' t t t K t K P mn Pmax P.58 pmn Pmax P mn mn Ou, T ubsttund t e t, btém-se: ' ' ' ' t K.59 t Pmn Pmax Pmax Pmn ' ' K mn Pmax P Crrente Máxma p max de entrada. A crrente máxma de entrada é btda substtund a equaçã.54 em.45, resultand: ' P max ' Pmn K ubsttund.6 na equaçã.60, btém-se:.6 ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

38 CAPÍTUO ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer K K ' mn P.6 Reslvend a equaçã.6 pde-se bter: K K ' mn P.63 Pdend tambem bter a crrente máxma de entrada: K K ' max P Pmax.64 e entã K, lg: max P 4.65 É pssvel calcular também degrau exstente na crrente de saída cm send: ' max P K.66 Prém substtund a equaçã.6 em.66 btém-se: ' max P.67 Onde a equaçã.67 representa a ndulaçã devda as amperes-espras n transfrmadr flyback..7.- Análse das tensões d cnversr Obtençã da tensã ns enrlaments d transfrmadr. Observand a Fg..3a, que descreve a prmera etapa de funcnament e cnsderand, verfca-se que a tensã n transfrmadr push-pull é btda da segunte equaçã: p.68 Onde é dada pela equaçã.3. Prtant: P.69

39 CAPÍTUO rmalzand pela tensã de entrada, tem-se: P P.70 ubsttund ganh estátc dad em.53 na equaçã.70 chega-se a: P 3 P.7 A tensã nrmalzada ns enrlaments é mstrada na Fg..0 em funçã de. Fg..0- Tensã nrmalzada n enrlament prmár d transfrmadr push-pull Tensã de blque ns nterruptres. Calculand-se para ambas as etapas de funcnament, ncand pela prmera etapa, aplcand as les de tensã de Krchhff n crcut da Fg.., as seguntes equações sã btdas: 0 P P ubsttund 3 P e P na equaçã.7, btém-se:.7.73 rmalzand.73 em funçã da tensã de entrada, tem-se:.74 ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

40 CAPÍTUO 3 Passa-se a calcular a tensã de blque ns nterruptres na segunda etapa de peraçã. abend que P, aplca-se as les de Krchhff, btend-se: u P Fatrand pr, utlzand a equaçã d ganh estátc e nrmalzand, btém-se fnalmente:.77 A fgura. mstra a tensã de blque ns nterruptres em funçã de. Fg..- Tensã de blque nrmalzada ns nterruptres Tensã ns enrlaments d transfrmadr flyback. Analsand para a prmera etapa, tem-se: P.78 Fatrand pr e substtund ganh estátc, btém-se: P P.79 A equaçã.79 é válda para nterval t. Repetnd-se prcess para a segunda etapa, tem-se:.80 P rmalzand-se em funçã de, tem-se: ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

41 CAPÍTUO 4 P P Cálcul da ndulaçã da tensã n capactr de saída. Observand-se a Fg..6d, verfca-se que a crrente de saída tem duas cmpnentes: uma cmpnente cntínua, crrespndente a crrente da carga, e uma cmpnente alternada,, que brgatramente deverá crcular pel capactr de saída mstrada na Fg... C t Fg..- Crrente n capactr de saída. ad que a cmpnente cntínua almenta dretamente a carga, tem-se: C pmax Ou, aprxmand-se C C, pmax.8 d C C C.83 dt Para períd de descarga t d capactr tem-se: C C t C.84 ubsttund-se C e t : C p max C p T max C F s.85 btém-se: abend que Onde.86, resulta: P max P, e desprezand a ndulaçã da crrente de entrada, P C C F e P η P.86. ubsttund estas duas ultmas relações na equaçã ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

42 CAPÍTUO 5 P CO η C F s rmalzand em funçã da tensã de saída, tem-se: C P η C F s Esfrçs de crrentes ns nterruptres Crrente méda ns transstres. Para calcul de crrente em tds s cmpnentes f desprezad a ndulaçã. Cm as crrentes médas ds transstres sã guas, calcula-se smente a crrente méda para, que é dada pr: ubsttund Pmax t t dt p T p max T 0.89 e t em.89 e nrmalzand em funçã de, tem-se: P η η Fnalmente, chega-se a:.90 η.9 A equaçã.9 é representada pela Fg..3 para η 0,9: Fg..3.- Crrente méda nrmalzada ns transstres para η 0,9. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

43 CAPÍTUO Crrente efcaz ns transstres. Pr defnçã: t dt rms T.93 pmax 0 rmalzand pr, tem-se: rms η.94 A fgura.4 mstra a crrente efcaz em funçã de. Fg..4.- Crrente efcaz nrmalzada ns transstres, η0, Crrente méda ns dds de saída O cálcul da crrente méda ns dds de saída d,d 0 é análg a cálcul realzad para s transstres. t t t4 d dt dt dt T d d d g, smand s ntervals t e t, tem-se:.95 d Prém, sabe-se que t t t4 dt T P max 0 0 P max dt.96 ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

44 CAPÍTUO 7 T t t e t4 T Prtant, substtund estas equações tem-se: d Pmax P max.97 ubsttund a equaçã.64 e smplfcand.97 btém-se: d.98 η Crrente efcaz ns dds de saída A crrente efcaz ds dds de saída é representada pela expressã segunte: t t t4 d dt rms T P max 0 0 ntegrand e substtund s t, tem-se: P max dt.99 u d rms P max T P T max.00 d rms.0 Pmax ubsttund a equaçã.64 btém-se, fnalmente: d rms η.03 A Fg..5 mstra a crrente efcaz ds dds em funçã de. Fg..5.- Crrente efcaz ns dds de saída, para η 0,9. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

45 CAPÍTUO Energa prcessada pel transfrmadr flyback para <0,5. A transferênca de ptênca crre através ds elements magnétcs d crcut, prtant é mprtante ter uma nçã da quantdade de energa que cada um deles prcessa. A análse apresentada a segur respnde a esta questã. O transfrmadr flyback armazena uma prcentagem da energa n nterval t, entregand-a n nterval t. g, a ptênca a ser entregue pel transfrmadr flyback e a ser armazenada n nterval t, é dada pr: t ε fb p dt p 0.04 sabe-se que p e p ubsttund p e as crrentes p em.04, tem-se: u t ε fb dt 0.05 t ε fb dt 0.06 Onde é a crrente efcaz n secundár, lg da equaçã.94, tem-se: rms Pmax Entã substtund Pmax na expressã.07 tem-se: rms P ubsttund.08 em.06: t n P ε fb dt 0 fatrand, a expressà.09, btém-se: ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

46 CAPÍTUO 9 t ε fb P dt 0 ntegrand a equaçã.0, btém-se: P t ε fb η.0. a defnçã de energa, tem-se: ε fb P fb T, substtund em., tem-se: P P fb η rmalzand., chega-se a:. Pfb Pfb P η.3 A Fg..6 mstra a ptênca nrmalzada prcessada pel flyback em funçã de. Fg..6.- Ptênca prcessada pel transfrmadr flyback em funçã de e para η 0, Prjet d nv cnversr Metdlga de prjet A segur é dad um rter para prjet de uma fnte chaveada baseada n nv cnversr. Especfcações: Tensã de entrada ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

47 CAPÍTUO 30 P F η c Tensã de saída Ptênca de saída Freqüênca de cmutaçã Rendment Ondulaçã relatva da tensã n capactr de saída. Cálcul da relaçã de transfrmaçã Obtda para MAX 0,3, razã cíclca para máxma ndulaçã da crrente de saída, pr cas Fg..8. Fazend cálcul, cnsderand a queda de tensã ns nterruptres n n s s.4, tem-se: 3 Cálcul da ndutânca n secundár d transfrmadr flyback. g, cm e bter d ábac e cnsderand 0, calcular. 4 Obtençã da ptênca prcessada pel ndutr flyback. Cm.3 bter a energa prcessada pel transfrmadr flyback. - Calcular prdut A e A w - Cálcul de n e cm calcular n - Cálcul d entreferr - Cálcul das btlas ds fs - Cálcul térmc 5 Para cálcul d transfrmadr push-pull - Obter a ptênca prcessada pel transfrmadr. - Calcular A e A w. - Calcular n P númer de espras d prmár. - Cm calcular n - Cálcul das btlas ds fs. - Cálcul térmc ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

48 CAPÍTUO 3 6 Para cálcul da capactânca de saída - ada uma prcentagem da ndulaçã da tensã de saída, e usand a equaçã.88, calcular C O. 7 Calcular grampeadr de tensã ds nterruptres prmárs e s crcuts de ajuda à cmutaçã ds nterruptres secundárs, cm preva medçã da ndutânca de dspersã ttal er apêndce C. 8 Cálcul de esfrçs ns nterruptres..9. Exempl de prjet. A segur é prjetad um prtótp d cnversr para peraçã n md buck cm a fnaldade de verfcar prncp de peraçã. As especfcações sã as seguntes : P 600W η 0, R 6Ω 0A P F 5kHz c 0, 0 A relaçã de transfrmaçã é calculada para 0,3, que é a razã cíclca para máxma ndulaçã de crrente de saída, e também é cnsderada uma queda de tensã sbre s nterruptres de. a equaçã.4 tem-se: , a equaçã.55 btém-se a ndulaçã de crrente: 0,597. Cnsderand que A e da equaçã de nrmalzaçã Eq..5 sã determnadas as flyback: P 49,3 µ H P 7,5 µ H. 4 A ptênca armazenada n transfrmadr flyback é btda da equaçã.3: Pfb 0, 3 Pfb P 0, 7 0, 9 0, 459 Entã a ptênca prcessada pel transfrmadr flyback crrespnde a: 0, 459 P 47, W. fb 54 5 A capactânca de saída é calculad para a varaçã de tensã de saída especfcada de.87 lg: ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

49 CAPÍTUO 3 P C 330, 68µ F η 0. 0 F a prátca esclheu-se C 000 µ F. 6 Cálcul ds esfrçs ns semcndutres. a Tensã de blque ns nterruptres cntrlads , 57 0, 7 b Crrente de pc ns nterruptres cntrlads. 0 4A p max η 0,9 0,330 7, c Crrente efcaz ns nterruptres cntrlads. rms η 0, 3 4 3, 4 A d Crrente efcaz ns dds. d 0 6, 64 A η 0, 9 0, 7 e Crrente méda ns transstres. 0, 30 7, 5A η 0, 90, 70, 33 f Crrente méda ns dds de saída. d 0 5, 555A η 0, Resultads de smulaçã O crcut smulad é mstrad na fgura.7. A smulaçã f feta cm s valres calculads e cm s elements deas. M 3 8 d 0 T R s n p p n 3 3p n 5 4 n 4 s n 6 3s 7 d n C 9 R Fg..7.- Crcut smulad. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

50 CAPÍTUO 33 Os resultads da smulaçã sã apresentads a segur, mstrand-se as frmas de nda mas relevantes. A Fg..8 mstra em a a crrente ns nterruptres, bserva-se que s valres de pc se aprxmam cm s valres calculads, em b mstra-se a crrente n secundár d transfrmadr flyback e, fnalmente, em c verfca-se a crrente n enrlament prmár d transfrmadr flyback. Observa-se cmprtament d cnversr de tensã perand cm abaxadr tend crrente de entrada descntínua p e crrente de saída cntínua s. 5A a 0A 0A b 0A 5A s c 0A 9.85ms 9.90ms 9.95ms 0.00ms p Temp Fg..8.- a Crrente ns Transstres b Crrente de saída c Crrente de entrada. A Fg..9 lustra em a a tensã n prmár d transfrmadr push-pull. Esta tensã referda a secundár e retfcada é a tensã que almenta a carga. Em b, mstra-se a tensã n enrlament prmár d transfrmadr flyback. Em c mstra a tensã de blque n nterruptr, a qual é dêntca para s ds nterruptres. Os valres calculads sã cnfrmads nvamente pela smulaçã. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

51 CAPÍTUO a v,4 0 b - 80 v, 0 c ms 9.90ms 9.95ms 0.00ms 3 Temp Fg..9 - a Tensã n transfrmadr Push-Pull. b Tensã n transfrmadr flyback. c Tensã de blque n nterruptr. a Fg..0 bserva-se em a a crrente através d capactr de saída send esta a causa da ndulaçã na tensã de carga. Em b e c bserva-se as crrentes através ds dds. erfca-se a repartçã da crrente de saída pels dds. 6.0 a A C 0 b -0.0A 8.0A c -0.0A 9.85ms 9.90ms 9.95ms 0.00ms Temp Fg..0 - a Crrente n capactr de saída b Crrente n dd O. c Crrente n dd O A Fg.. lustra as ptêncas prcessadas pels cmpnentes magnétcs. A partr da Fg.. a pde-se bservar que a ptênca prcessada pel transfrmadr push-pull é aprxmadamente gual a 47W pela Fg..b pde-se verfcar que a ptênca prcessada pel transfrmadr flyback é gual a 57W. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

52 CAPÍTUO W 450W a 400W 00W 00W b 50W 9.85ms 9.90ms 9.95ms 0.00ms Temp Fg.. - a Ptênca prcessada pel transfrmadr Push-Pull. b Ptênca prcessada pel transfrmadr flyback Resultads Expermentas O dagrama d crcut cmplet é mstrad na Fg... O prtótp f mplementad em laç abert, cujas especfcações de cmpnentes sã apresentads nas tabelas e : TABEA a Crcut de Ptênca, Msfet RF50 d, d,ds,ds MUR530 dg,dg KE 4f/04 semkrn Cg,Cg 4700pf.6K plprplen Rg,Rg 47K Ω /W Rgs Cgs C T F Transfrmadr Flyback úcle E- 65/ T PP Transfrmadr Push-Pull úcle E- 65/ Ω 0W 000uF 000uF 50 n 9esp. AWG, 3 fs. n 7esp. AWG, 8 fs. n 36esp. AWG, 9 fs. n 48esp. AWG, 5 fs. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

53 CAPÍTUO 36 TABEA b Crcut de Cmand. P Ptencômetr 56 KΩ P,P3, ptencômetr KΩ P4 Ptencômetr 0 KΩ R, R 5,6KΩ /8W R 3, R 4 5 KΩ /8W R 5, R 6 00Ω /8W R 7, R 8 KΩ /8W R 9, R0 5KΩ /4W R, R KΩ /4W R3, R4 5KΩ /4W R5, R6 KΩ /4W C C C 3,C 4,C 5 C 6,C 7 C 8,C 9 C 0,C,, 3, 4, 5, 6 z,z z 3,z 4 Q,Q Q 3,Q 4 Q 5,Q 6,Q 7,Q 8,Q 9,Q 0 C. C. C.3 8pF 00nF 56nF 7pF 00nF nf BC558B PP BC537 P BC37 PP M3 C4047BE C458BE ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

54 CAPÍTUO 37 M : T F Cg dg p p p T PP : s s Cg Rg d Rg dg s C R - Rgs ds Cgs ds Transfrmadr Push-Pull d G G a cc5 cc5 C4 6 C3 C y P dz R3 dz3 C6 Q Q3 R6 P3 dz R4 C7 dz4 R Q Q4 R5 C C R C C P cc5 9 8 'cc5 R7 R Q7 'cc5 R7 8 7 M3 3-4 C8 R5 C0 d3 R0 Q8 d4 d R R3 Q5 G cc5 R3 Tensã de Cntrle P4 'cc5 R8 R Q9 d5 C9 R8 G C d6 R9 d R4 3 8 R6-7 M3 Q6 4 R C Q0 Fg.. - Crcut mplementad a ptênca b cntrle. b A segur sã apresentads s resultads expermentas btds. A Fg..3 lustra algumas das frmas de nda btdas cm cnversr perand a plena carga. a Fg..3a, bserva-se a tensã sbre um ds nterruptres, e grampeament efetv da tensã ds. ta-se que uma sbre-tensã é gerada pela ndutânca de dspersã e grampeada para um valr dentr da regã de peraçã segura d MOFET. a fg..3b, tem-se a crrente n secundár d transfrmadr flyback e a crrente n prmár d mesm, bservand em s s degraus de crrente prdut ds amperes espras d transfrmadr flyback. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

55 CAPÍTUO 38 [0/dv] 0 a [5A/dv ] 0 P [5A/dv ] 0 b Fg..3 - Resultads d crcut mplementad. A Fg..4 mstra rendment expermental btd em labratór cm cnversr utlzand um grampeadr dsspatv. O cnversr apresenta um rendment de 85% a plena carga, qual pdera ser melhrad cm a utlzaçã de grampeadres regeneratvs. Fg..4 Rendment em funçã da ptênca de saída d cnversr n md buck btd expermentalmente..0 - Cmparaçã entre cnversr prpst e cnversr flybackpush-pull cnvencnal almentad em crrente. e frma a cmparar as vantagens e desvantagens d nv cnversr, cm respet a cnversr flyback-push-pull cnvencnal almentad em crrente, as equações mas relevantes para ambs s cnversres sã mstradas na tabela. A únca desvantagem bservada para nv cnversr é a exstenca de uma crrente alternada flund através d capactr de fltragem da tensã saída. ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer

56 CAPÍTUO 39 TABEA - Cmparaçã entre nv e cnversr flyback-push-pull cnvensnal almentad em crrente. REAÇÕE. OO FYBACK PUH PU Crrente méda de entrada. 0.3; ; 0A,53A COEOA FYBACK PUH PU, < ; 060 n48; 0A,5A, >0.5 Tensã sbre s nterruptres. 68,57, <0.5 76,8, >0.5 Crrente méda através ds nterruptres. s 6,6A s s, <0.5, >0.5 6,5A Crrente efcaz através ds nterruptres. s,439a s s, <0.5, >0.5,4A Crrente méda através ds dds de saída. d d, <0.5, >0.5 5A ds push-pull d <0.5 Zer ds flyback d >0.5 <0.5 3A 4A Crrente efcaz através ds dds de saída. d d, <0.5, >0.5 d 7,4A ds push-pull, >0.5 d, <0.5 Zer ds flyback >0.5 d, <0.5 5,477A 6,34A d, >0.5 Ondulaçã de crrente devd à preservaçã d flux méd n transfrmadr. Relaçã de transfrmaçã d transfrmadr flyback. l, <0.5 Pmax Pmax l, >0.5 7,4A Zer, <0.5 0,34 Pmax l, >0.5, <0.5, > ,48 Relaçã de transfrmaçã d transfrmadr pushpull. 0,34, <0.5, >0.5 0,48 Crrente efcaz através d capactr de saída. 3 C, <0.5 4 C, >0.5 5,05A Zer, <0.5 4 C, >0.5 0 Ganh.,5, <0.5,5, >0.5 ETUO O OO COEROR FYBACK PUH-PU EM MCC PARA <0,5. mng Antn Ruz Caballer