Conversor de Potência com Tremor Nulo e Alto Rendimento

Transcrição

1 Conrsor d Poêna om Trmor Nulo Alo ndmno A. Galhardo Insuo uror d Engnhara d sboa CAUT J. Frnando la CAUT Insuo uror Téno João Palma aboraóro Naonal d Engnhara Cl Arsna-s uma noa assoação d onrsors omuados d oêna alo rndmno qu om onroladors adquados é aaz d fornr uma orrn om rmor quas nulo. As ararísas da assoação d onrsors são dsudas assm omo as dos sus ruos d onrolo. ão arsnados rsulados xrmnas qu onfrmam os álulos modlos óros smunham as ararísas dsjadas dnando as anagns da noa oologa. Inrodução O sado aual da nologa da ngnhara na ára da lróna d oêna rm a xgêna d mlhors ararísas dos ruos onrsors d oêna ulzados m drsas alaçõs dsd smls amlfadors ou fons d orrn ou nsão a onrsors ulzados no onrolo da qualdad d nrga léra ou almnadors ara analsadors d rssonâna magnéa nular MN. Ns o d alaçõs uma ararísa xgda aos ruos onrsors é a d fornrm uma saída m nsão ou orrn om rmor nulo ou muo rduzdo ararísa sa só alançada los onrsors d oêna lnars já qu a ulzação d onrsors omuados forçara o su funonamno a uma frquêna d alor raamn nangíl. Oura ararísa ambém xgda é um rndmno lado na onrsão d nrga m alguns asos ddo aos alors d oêna m jogo orano ao uso d xloração ou ddo m ouros asos às lmadas oênas dsonblzadas las fons à nssdad d omaação mnaurzação d ruos dssadors. O rndmno lado é uma ararísa dos onrsors omuados qu da a sua rsnça na maora dos quamnos lrónos d oêna. Mas a xsêna d rmor na sua saída d nsão ou orrn nablza or zs a sua ulzação. Esa omunação arsna uma noa oologa d onrsors d oêna om rmor nulo ara alaçõs MN. Usa-s uma assoação m arallo d um onrsor omuado om um onrsor lnar. O rmro é rsonsál lo fornmno d um alor lado d orrn om alo rndmno o sgundo omnsa anas o rmor sndo o rsonsál la sua anulação.

2 Prnío d funonamno Um onrsor d oêna sno d rmor od sr rojado om bas na assoação d um onrsor onrolado or largura d mulso d um onrsor lnar lass AB Fg.. Uma bobn é usada ara aolar as saídas dos dos onrsors. Conrolador d Corrn Nula Conrsor Comuado Conrsor nar Conrolador PI - urf C Carga u Fg. : Esquma d rnío do onrsor d oêna d rmor nulo. Enquano o onrsor lnar garan o alor da nsão ou orrn rnddo na arga araés do onrolador rooronal ngral d ralmnação o onrsor omuado garan na arga a orrn nssára d modo a qu a orrn fornda lo onrsor lnar sja quas nula araés do onrolador m modo dslzamno da ralmnação da orrn. Vrfa-s qu =. A orrn fornda C lo amlfador lnar srá assm sméra à omonn d rmor da orrn fornda lo onrsor omuado anulando o rmor dsa úlma a oêna d rdas do amlfador lnar srá muo rduzda. O squma qualn ulzado omo modlo ara o sudo rojo dos onrsors sus onrolos sá arsnado na Fg. 2 nlu rssênas arasas onrolador or modo dslzamno om omarador hsréo ara o onrsor omuado onrolador rooronal ngral ara o onrsor lnar. Vdd I Io o U I rf PI -U rfrêna = I V Vo -Vss Fg. 2: Esquma qualn ulzado ara o onrsor arga.

3 Conrolo or modo dslzamno do onrsor omuado ara anulação da orrn do onrsor lnar Prnd-s assgurar qu o alor da orrn do amlfador lnar sja ondo na janla hsréa nrada m zro d amlud o a o dula do rro rmdo. As quaçõs qu dfnm o omoramno do ssma om = são: =.. d d Dfnndo agora a dndêna da drada da orrn m função da nsão d onrolo obém-s: d d =. Uma solução ara a função qu garan a xsêna d dslzamno rro ndndo ara zro é uma surfí = qu obdça a rf = =. ndo rf nula so é rndndo-s qu o alor da orrn fornda lo onrsor lnar sja nula m qu = =. As rajóras drão ossur snal onráro à das suas axas d aração om o mo lo qu. <. A arál d onrolo δ onrola o alor d é dfnda or. V dd δ =. Porano m qu. V d d dd = = δ lo qu a sraéga d onrolo é: = > < > = < > < δ δ Admndo uma margm d rro nr -ε ε m: = < = > δ ε δ ε O snal d onrolo δ od sr dfndo or [ ] { } IGN IGN = ε δ. Esa sraéga od sr mlmnada or um omarador hsréo smls. O MOFET lgado à nsão osa é oloado à ondução or δ= o MOFET lgado à nsão ngaa é omandado d modo omlmnar.

4 Conrolo rooronal ngral do onrsor lnar ara garanr a orrn dsjada na arga O dagrama d bloos do ruo onrsor d orrn om rmor nulo é arsnado na Fg. 3. uõ-s qu a orrn d rfrêna I C rf é onrda araés do faor K numa nsão d rfrêna V rf a omarar om a orrn mdda I s ambém sa onrda lo faor K numa nsão d ralmnação V r. I C rf s K V rf - V r st st F PI s z A s w / s A ol s F s I s K Fg. 3: Dagrama d bloos do ruo onrsor d oêna. O rmro bloo F PI s rrsna a função d ransfrêna do omnsador PI ararzada or T z or T grandzas qu nssam d sr aluladas ara osror dmnsonamno dos omonns léros. O sgundo bloo A ol s rrsna a função d ransfrêna m malha abra do amlfador oraonal d oêna. O rro bloo F s rrsna a admâna da arga. É um ssma om um zro rês ólos. Admndo a anulação do ólo ararzado la arga om o zro do omnsador PI ou sja st z = s / alula-s T z omo sndot z / =. Obém-s uma função d sgunda ordm: I I rf s = s s 2 sw KAw / T KAw / T Equação qu od sr omarada à forma anóna d um ssma do sgundo grau onsdrando o ssma sub-amordo om faor d amormno ξ = m qu T 2 2KA =. w Análs das oênas rndmno A oêna d rdas da assoação dos onrsors é a soma das oêna dssadas lo onrsor lnar P lnar a dssada or ada MOFET P MOFET a oêna rdda na bobn saradora do onrsor omuado P. Na Fg. 4a sá arsnada a olução dsas rês arlas.

5 Na Fg. 4b são arsnadas a oêna d rdas oal P assoação no aso da assoação dos dos onrsors a oêna d rdas P lnar na suação d ulzação d um só onrsor lnar quando é da sua nra rsonsabldad o fornmno d oda a orrn à arga. É síl qu a assoação d onrsors mnmza a oêna dssada orano omza o rndmno numa asa gama d alors da orrn d saída omaraamn om a ulzação d anas um onrsor lnar. a Poêna arlars d rdas b Poênas d rdas dos dos onrsors Fg. 4: Comaração nr a olução das oênas d rdas. sulados xrmnas Alguns rsulados xrmnas são arsnados ara um alor d arga d 5 Ù 4 mh um alor d bobn saradora d 4 mh nsão d almnação do onrsor omuado V DD =V =5V do onrsor lnar d U=3V. Fo ulzado um amlfador lnar M875 fo ajusada a janla hsréa a 2 A. As formas d onda das nsõs orrns d saída dos onrsors omuado lnar são arsnadas na Fg. 5 ara uma rfrêna nula obsrando-s uma frquêna d omuação d ra d khz. a Tnsão d saída dos onrsors b Corrn d saída dos onrsors A/d Fg. 5: Tnsõs orrns d saída dos onrsors lnar omuado.

6 A Fg. 6 arsna as formas d onda da orrn na arga nos dos onrsors ara uma suação d rfrêna snusodal rangular. a frêna snusodal b frêna rangular Fg. 6: Corrns d saída do onrsor omuado 5A/d do onrsor lnar 4A/d. É dmonsrada na fgura sgun a nfluêna do ofn d auo ndução da bobn saradora. Na Fg. 7a são arsnadas as formas d onda das orrns forndas lo onrsor lnar I lo onrsor omuado I duran uma omuação osa do snal d rfrêna ulzando uma bobn saradora d ofn d auo ndução d mh m lugar d 4 mh. É síl o aumno do alor da frquêna d omuação ara ra d 3 khz. A Fg. 7b fo obda om aumno do alor do ofn d auo ndução da bobn saradora ara 2 mh sndo o alor da frquêna da omuação d ra d 9 khz. a Eolução om =mh b Eolução om =2mH Fg. 7: Corrn do onrsor lnar A/d do onrsor omuado A/d. A nfluêna do alor do ofn d auo ndução da arga é síl na Fg. 8. Na Fg. 8a são arsnadas as formas d onda das orrns forndas los onrsors lnar omuado ulzando um alor rduzdo do ofn d auo ndução da arga d 2 mh. Obsra-s o mo d subda da orrn é d 5µs. Exs uma dformação da forma d onda da orrn do onrsor lnar duran a subda da orrn do onrsor omuado. Esa dformação é ddo ao onrolo do onrsor lnar nar omnsar

7 a naadad do onrsor omuado orrsondr ao d/d xgdo la arga nsa suação. A Fg. 8b fo obda aumnando o alor do ofn d auo ndução da arga ara 6 mh aumnando dss modo o mo d subda ara ra d 45µs mas manndo-s a frquêna d omuação. a Eolução om =2mH b Eolução om =6mH Fg. 8: Corrn do onrsor lnar A/d do onrsor omuado A/d. Na fgura sgun arsnam-s alguns rsulados obdos om snas fors. Na Fg.9a são arsnadas as formas d onda d rfrêna d orrn d saída ara um snal d rfrêna snusodal om A d amlud Hz d frquêna. Na Fg. 9b são xbdas as formas d onda dssas grandzas ara uma aração d aamar d 5 A ara A. É dn a boa rsosa da assoação d onrsors. a frêna snusodal A amlud b Varação d aamar d 5 A ara A Fg. 9: frêna orrn d saída ara snas fors 5 A/d. O rmor xsn na orrn d arga é basan rduzdo. A Fg. a arsna as formas d onda da orrn no onrsor omuado do rmor da orrn na arga sndo síl a anuação do rmor or ação do onrsor lnar a funonar omo flro ao. Na Fg. b arsna-s uma amlação das formas d onda das msmas orrns. O rmor da orrn na arga é rduzdo la ação do onrsor lnar o su alor é ra d 5 zs nfror ao rmor da orrn fornda lo onrsor omuado.

8 a Corrn I C 5 ma/d I A/d b Corrn I C ma/d I A/d Fg. : Trmor da orrn d saída orrn do onrsor omuado ara I =A. Conlusõs Obram-s rsulados globas qu angram os objos dfndos nalmn: rmor nulo alor rsdual nfror a 2% alo rndmno suror a 8% a baxo uso. Es rndmno é suror ao qu s obra ulzando anas um onrsor lnar 7%. O rmor rsdual nonrado é 5 zs nfror àqul qu s obra om a ulzação anas d um onrsor omuado à msma frquêna. Esa noa oologa d assoação d onrsors od sr alada m muas suaçõs ond s xjam orrns rndmnos lados om rmor nulo alo rndmno: fons d orrn ara alaçõs NM solnóds d ssmas d dflxão d aríulas amlfadors d áudo nr muas ouras. frênas [] aab F. H. Arag Effny of Class G Powr Amlfrs IEEE Transaons on Consumr Elrons Vol. CE-32 No. 2; May ; [2] Kashwag.; A Hgh Effny Audo Powr Amlfr Usng a lf Osllang whng gulaor IEEE Transaons on Indusry Alaons Vol. IA-2 No. 4 July ; [3] Funada. Akya H. A udy of Hgh-Effny Audo Powr Amlfrs usng a Volag whng Mhod Journal Audo Engnrng oy Vol. 32 No. Oobr ; [4] Z.A.. an dr A.J.M. an Tujl; A Hgh Effny ow Dsoron Audo Powr Amlfr 3 rd Connon of h Audo Engnrng oy rrn #46 mbr 997; [5] la J. F. PWM Audo Powr Amlfr: gma Dla s ldng Mod Conrol ; Pro. ICEC'98; Vol. mbro