Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e Computadores Electrónica 2 (Energia) Exame Laboratorial

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1 Exame Prático: Conversor CC/CC elevador Objectivos Montagem e análise das formas de onda de um conversor CC/CC elevador. Conversor CC/CC elevador Circuito de potência O esquema de princípio do circuito de potência do conversor CC/CC elevador está representado na fig.1. IL Id Io Vi VL Vs Ic Vo Figura 1Esquema da parte de potência do conversor CC/CC elevador Análise do funcionamento do circuito de comando CI TL494: Esquema interno Figura 2Esquema equivalente do CI TL 494 O CI TL494 pode ser representado pelo esquema equivalente apresentado na fig.2, onde se encontram inseridos dois amplificadores (A1 e A2, destinados a possibilitar o fecho da malha de realimentação), dois comparadores (DTC e PWM), um flipflop (responsável pela alternância dos sinais de comando de base de Q1 e de Q2), alguma lógica suplementar, um bloco oscilador (cujos componentes de "timing", RT e CT, impõem a frequência de funcionamento, sendo a forma de onda no pino 5 um dente de serra), e um bloco regulador (que a partir de 40V Vcc 7V gera Vref =5V). Note especialmente que: FEUPLEEC Ramo de Energia Armando Araújo pp.1

2 1. O FlipFlop (C1) garante que, se o pino 13 tiver aplicado um "1" lógico, Q1 e Q2 nunca têm simultaneamente aplicado sinal na base (funcionamento em "pushpull"). 2. Se, no entanto, o pino 13 estiver à massa, os sinais de base de Q1 e de Q2 têm agora uma frequência dupla da anterior e são iguais (funcionamento em paralelo). 3. Se quisermos controlar o intervalo de tempo, por período, durante o qual nem Q1 nem Q2 têm sinal de base ("deadtime control") poderemos fazêlo se, em vez de ligarmos o pino 4 à massa, o ligarmos a uma tensão positiva conveniente. Na configuração apresentada neste trabalho (vêr fig.6): 1. Qual a frequência de funcionamento seleccionada? (R T =12 K e C T =10 nf). 2. A1 é utilizado como limitador de corrente (funciona como comparador, já que não está realimentado). 3. A2 é o amplificador que gera o sinal de erro para a malha de realimentação (fig. 3). 4. O pino de "deadtime control" foi ligado à massa ("deadtime" = 3% de T). 5. O pino 13 foi ligado à massa, e os dois transistores de saída ligados em paralelo correspondem ao interruptor da fig.1. Vo Vref=5V 47 ΚΩ ΚΩ A2 3 CI TL494: Funcionamento em "pushpull". Figura 3Bloco utilizado para a realimentação da tensão de saída Figura 4Circuito de teste do CI TL494 com "Output CTRL" ligado a Vref. Monte o circuito de teste do TL494 apresentado na figura 4. Observe as formas de onda associadas à rampa (pino 5) e meça a frequência e os valores mínimo e máximo da amplitude da mesma. Esboce no diagrama da figura 5 (à esquerda) as formas de onda da rampa (pino 5), da tensão de controlo (pino 3) e das saídas (pinos 8 e 11) (não se esqueça de injectar no pino 3 um valor de tensão de controlo que intersecte a rampa ). FEUPLEEC Ramo de Energia Armando Araújo pp.2

3 Figura 5 Formas de onda geradas pelo CI TL494 com "Output CTRL" ligado a Vref e à massa. Funcionamento em paralelo. Ligue agora o pino 13 à massa e observe as formas de onda associadas à rampa (pino 5). Meça a frequência e os valores mínimo e máximo da amplitude da mesma. Esboce no diagrama da figura 5 (à direita) as formas de onda da rampa (pino 5), da tensão de controlo (pino3) e das saídas (pinos 8 e 11) (não se esqueça de injectar no pino 3 um valor de tensão de controlo que intersecte a rampa ). Experiências Vi=12V 220pF 2,2kΩ SNB PT5 60mA 12 8,2kΩ 4,7kΩ 47kΩ 8,2kΩ kΩ 3 A2 C2 Regulador Controlo A kΩ 2 820kΩ 10kΩ 0,5Ω Oscilador 0,01uF kΩ Figura 6Esquema da montagem experimental FEUPLEEC Ramo de Energia Armando Araújo pp.3

4 A fig. 6 apresenta o esquema completo da montagem em estudo. Repare que, ao interligar os terminais Vo e SNB estará de facto a colocar uma uma malha de "snubber" em paralelo com o diodo. Determinação dos componentes: L, C, Díodo e TBJ Tendo como dados: Vi=12V, Vo=30V, Vomax=0.1V, Iomax=60mA. Determine os valores de L e C a utilizar bem como o valor teórico do factor de trabalho: L=., C= Determine também os calibres em tensão e corrente do díodo e do TBJ a utilizar. TBJ : V CEO =.., I C = Díodo : V BR =.., I D = Formas de onda Efectue a montagem da figura 6. Introduza na saída uma carga resistiva de 1.8 kω Regule o valor do potenciómetro de modo a que a tensão de saída se situe nos 30V. Observe as formas de onda na saída e aos terminais do interruptor. Esboceas, devidamente cotadas na fig.7. Qual o valor da ondulação da saída? Vo=. Observe a forma de onda aos terminais da bobina. Esbocea, devidamente cotada na fig.8. Observe as formas de onda associadas à rampa do CI de controlo e à corrente da saída. Esboceas, devidamente cotadas na fig.9. Qual o valor de Io? Io=. Introduza na saída uma carga resistiva de 470 Ω Observe as formas de onda na saída e aos terminais do interruptor. Esboceas, devidamente cotadas na fig.10. Observe a forma de onda aos terminais da bobina. Esbocea, devidamente cotada na fig.11. Observe as formas de onda associadas à rampa do CI de controlo e à corrente da saída. Esboceas, devidamente cotadas na fig.12. Qual o valor de Io? Io=. Interligue agora SNB e Vo. Observe as formas de onda na saída e aos terminais do interruptor. Esboceas, devidamente cotadas na fig.13. Observe a forma de onda aos terminais da bobina. Esbocea, devidamente cotada na fig.14. Observe as formas de onda associadas à rampa do CI de controlo e à corrente da saída. Esboceas, devidamente cotadas na fig.15. FEUPLEEC Ramo de Energia Armando Araújo pp.4

5 Formas de onda Figuras 7,10 e 13: Tensão de saída e tensão aos terminais do interruptor (1k8 e 470 sem "snubber" e 470 com "snubber") Figuras 8, 11 e 14: Tensão aos terminais da bobina (1k8 e 470 sem "snubber" e 470 com "snubber") Figura 9, 12 e 15: Corrente de saída e rampa de controlo (1k8 e 470 sem "snubber" e 470 com "snubber") 4. Referências(como introdução ao assunto) 1. SMPS An Introduction, Steve Ciarcia, Bvte, Nov The Linear and Control Circuits Data Book, (datasheet do TL494),Texas Instruments. 3. Schottky Rectifiers Shine in Low Voltage Switchers, R. Patel, Electronic Design, IO.Dez High Frequency Power Transformer and Choke Design: part 4 improved Method of Power Choke Design, Philips. Fim do trabalho laboratorial FEUPLEEC Ramo de Energia Armando Araújo pp.5

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