ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos

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1 ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos PSI 2307 Laboratório de Eletrônica Exp.3 Fontes Chaveadas Turma: ( ) SEG - T1-2 ( ) TER T3 ( ) SEX T4-5 Prof(s): Data da realização do experimento: NOTA: Bancada n o : Equipe: CÓPIA DO PROFESSOR 1 o sem (rev.26/03)

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4 1. OBJETIVOS 1. Estudar o princípio de funcionamento de fontes chaveadas; 2. Estudar e projetar uma fonte chaveada tipo Buck; 3. Montar uma fonte chaveada tipo Buck, realizar ensaios experimentais verificando as hipóteses teóricas. 2. PROJETO 1) Projete uma fonte chaveada BUCK utilizando o CI µa494, como o ilustrado na figura 1, seguindo o procedimento descrito na pg. 13 de da apostila. Dados: Especificações µa494: Amplitude da onda dente de serra V=2,8 V; Transistor: TIP32A ou TIP32C (Texas); Diodo Fast Recovery: MR850 (Motorola); Capacitor: 470µF / 25V, ESR=0.3Ω. Componentes Vs 5V±5% R1 5,6kΩ Vsmax 0,1V R2 1MΩ Ismax 0,75A R6 47kΩ Ismax 1A C1 0,1uF Ismin 0,25A Ct 0,001µF Ve 10 a 40V Ptch 0,25W Fs 25kHz Verifique se o transistor TIP32A e o diodo MR850 podem ser utilizados consultando as especificações fornecidas pelo fabricante. Verifique se R4=47Ω e R5=150Ω satisfazem o projeto (garantem a saturação do transistor no pior caso, isto é, quando Ve=Vemin e IL=Ismax+Img/2, e as correntes máximas dos transistores de saída do µa494 não estão sendo ultrapassadas). Verifique se C=470µF / 25V satisfaz o projeto. 2) Para uma resistência de carga que resulta em Is = 0,5 A e para Ve = 10 V, 15 V e 20 V, faça uma tabela: δ (teórico) em função de Ve. Img em função de Ve. A corrente DC de entrada em função de Ve, assumindo eficiência (η) da fonte constante em 0,8. Obs.: No item c.5 será feita a comparação com esta tabela. Fontes Chaveadas Exp. 3-2

5 3.1. Equipamentos e acessórios: 3. PARTE PRÁTICA 1 osciloscópio 60 MHz, dois canais, HP ou similar. 2 pontas de prova com atenuações de x10. 1 multímetro digital de 6 ½ dígitos, HP 34401A ou similar. 1 reostato (Imax 1A) 10Ω. 1 placa didática Fonte chaveada BUCK. 1 fonte de tensão, HP3631A ou similar. 6 cabos banana - banana compridos. 2 cabos banana - banana curtos Procedimento Experimental: a). Monte o circuito da figura 1: ATENÇÃO: Certifique-se que o limite de corrente da fonte de +25V (botão DISPLAY LIMIT) está no máximo, isto é, 1,0 A. Em todas as medidas com o osciloscópio, não se esqueça de conectar a garra de terra ao circuito! Exp. 3-3 Fontes Chaveadas Eletrônica Experimental

6 b). Para Is=0.5A e Ve=15V, pede-se: b.1). Meça com o multímetro a tensão de saída DC. Este valor encontra-se dentro dos limites especificados no projeto? Comente. Vs= b.2). Meça na própria fonte de alimentação a corrente de entrada DC. Estime a eficiência da fonte (Ps/Pe.100%). η= b.3). Imprima a forma de onda de tensão AC de saída. Identifique e indique na própria impressão de saída o valor da tensão de ondulação e o valor (pico a pico) do ruído de alta frequência ( anexo 1). (Coloque uma sonda de osciloscópio no ponto PB para servir como trigger ) b.4). Imprima a forma de onda do sinal de controle do transistor (ponto PB) sincronizadamente com a forma de onda no coletor do transistor (ponto PA) (anexo 2). Use o osciloscópio no modo DC. Meça no osciloscópio o coeficiente δ (ponto PB), através do menu Measure=>Cursors. Compare o valor medido de δ com o valor teórico aproximado pela expressão: δ 1 = Vs/Ve. δ medido δ 1 calculado b.5). Indique na forma de onda do coletor do transistor (ponto PA) os valores de tensão correspondentes à condução do transistor e à condução do diodo. Meça no osciloscópio os tempos de subida e descida do sinal, usando o menu Measure=>Time. Determine as tensões Vcesat e Vd. Compare o valor de δ medido no item anterior com o valor dado pela expressão: δ 2 =(Vs+Vd)/(Ve-Vcesat+Vd). Preencha a Tabela abaixo. Vcesat Vd td ts δ 2 calculado. Fontes Chaveadas Exp. 3-4

7 b.6). Com o osciloscópio no modo DC, imprima a forma de onda de tensão sobre a resistência R7 sincronizada com PB. Observe que a tensão sobre o resistor R7 corresponde à corrente no indutor multiplicada pela resistência R7, e portanto ela é composta de uma componente contínua de valor Is*R7 e de uma componente alternada de valor pico-a-pico Img*R7. Calcule a corrente Img e a corrente Is. Compare-as com os valores calculados no projeto. Estime o valor de Ismin para Ve=15 V. Valores Img Is Ismín Calculados Medidos c). Ainda para Is=0.5 A e colocando as pontas de prova em PB e PC, varie a tensão de entrada Ve de 10 a 20 Volts, em passos de 5 Volts. Para cada valor de Ve, pede-se: (Preencha a tabela 1). c.1). Meça com o multímetro o valor DC da tensão de saída. Verifique que ele aumenta ligeiramente com o aumento da tensão Ve. c.2). Meça o valor de δ utilizando a função de medida Duty Cycle do osciloscópio. c.3). Com o osciloscópio, meça a ondulação de tensão sobre o resistor R7. Calcule o valor da corrente Img em função desta tensão. Fórmula: c.4). Anote a corrente DC de entrada indicada na fonte de alimentação (Ie). c.5) Determine o rendimento η Fórmula: Tabela 1 (Is=0,5 A) Ve (V) Vs δ Img Ie η Tente justificar o comportamento observado para as 5 grandezas medidas - compare com seus cálculos. Exp. 3-5 Fontes Chaveadas Eletrônica Experimental

8 Vs : δ : Img : Ie : η : d.). Ajuste Ve=15 V, varie a corrente de saída de 0,3 a 0,9 A, em passos de 0,2 A. Para cada valor de corrente pede-se: (Preencha a tabela 2). d.1). Meça com o multímetro o valor da tensão DC de saída Vs. d.2). Meça com o osciloscópio no modo AC o valor da ondulação de saída Vs. d.3). Meça com o osciloscópio a ondulação de tensão sobre o resistor R7. Imprima a forma de onda da tensão sobre R7 para IS = 0.9 A (anexo 3). Calcule o valor da corrente Img (indique na figura como determinou). Tabela 2 (Ve=15 V) Is (A) Vs Vs Img 0,3 0,5 0,7 0,9 d.4). Discuta as tendências das correntes e tensões medidas, em funcão de Is. Fontes Chaveadas Exp. 3-6

9 4. CONCLUSÕES 5. BIBLIOGRAFIA [1] Apostila de Laboratório de Eletrônica Fontes chaveadas. [2] Projeto de Fontes Chaveadas; Luís Fernando Pereira de Mello, Editora Érica, São Paulo, [3] Apostilas de Laboratório de Eletricidade I e II. [4] Linear Data Book; Fairchild. LINEAR/ SWITCHMODE VOLTAGE REGULATOR HANDBOOK: Motorola. LINEAR CIRCUITS DATA BOOK; Texas Instruments. [5] Practical Switching Power Supplies, Motorola Exp. 3-7 Fontes Chaveadas Eletrônica Experimental