Revisão de Fontes Lineares

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1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Projeto de Fontes Chaveadas Revisão de Fontes Lineares Projeto de Magnéticos Projeto Térmico PCBs e Layout Proteções Prof. Clóvis Antônio Petry. Florianópolis, agosto de 2011.

2 Bibliografia para esta aula

3 Nesta aula Revisão de fontes lineares: 1. Projeto de magnéticos; 2. Projeto térmico; 3. PCBs e layout; 4. Proteções.

4 Nesta aula

5 Projeto de transformadores O projeto de um transformador depende: Da freqüência de operação; Tensão e potência de operação; Dos locais de instalação; Entre outros...

6 Projeto de transformadores de baixa frequência Projetando um transformador de baixa freqüência e baixa potência: Transformador isolador; Transformador para fontes de alimentação; Transformador para medidas elétricas; Entre outros...

7 Projeto de transformadores de baixa frequência Características do núcleo: - Perdas p/ chapas de cristais não orientados 2,7% de silício 400 Hz; 1,3 T = 7,5 W/kg; - Perdas p/ chapas de cristais orientados 3,1% de silício 400 Hz; 1,3 T = 2 W/kg.

8 Projeto de transformadores de baixa frequência Características do núcleo:

9 Projeto de transformadores de baixa frequência Características do núcleo:

10 Projeto de transformadores de baixa frequência Montagem do núcleo (com entreferro): Chapas de formato I Fendas para os parafusos de regulagem e fixação Entreferro Carretel e bobinado Chapas de formato E Suportes para fixação das chapas e regulagem do entreferro

11 Projeto de transformadores de baixa frequência Montagem do núcleo (com entreferro): 0,5a g 2a 1,5a 0,5a 0,5a a c 3a

12 Projeto de transformadores de baixa frequência Tamanhos padrão de carretéis EI: a [cm] a x c [cm x cm] Alt. x Larg. x Comp. [cm x cm x cm] 1,6 1,6 x 1,6 4,00 x 4,8 x 3,2 1,6 1,6 x 2,2 4,00 x 4,8 x 3,8 1,6 1,6 x 2,3 4,00 x 4,8 x 3,9 1,9 1,9 x 1,9 4,75 x 5,7 x 3,8 1,9 1,9 x 2,2 4,75 x 5,7 x 4,1 2,2 2,2 x 2,2 5,50 x 6,6 x 4,4 2,2 2,2 x 3,0 5,50 x 6,6 x 5,2 2,5 2,5 x 2,5 6,25 x 7,5 x 5,0 2,9 2,9 x 2,9 7,25 x 8,7 x 5,8 3,2 2,9 x 3,8 8,00 x 9,6 x 6,7 3,2 3,2 x 3,2 8,00 x 9,6 x 6,4 3,2 3,2 x 3,8 8,00 x 9,6 x 7,0 3,2 3,2 x 5,0 8,00 x 9,6 x 8,2

13 Projeto de transformadores de baixa frequência 1) Dados de entrada: V V S i o F B o r m d 100V Tensão de entrada; 100V Tensão de saída; 15VA Potência de saída; 60 Hz Freqüência de operação; 11300G Fluxo máximo; 2 4,5 A/ mm Densidade de corrente; a 1,9 cm Largura da perna central do núcleo; c 2,2cm Comprimento do núcleo; N 1 Relação de transformação.

14 Projeto de transformadores de baixa frequência 2) Cálculo da seção geométrica do núcleo: S S g g a c 1,9 2,2 4,18cm 2 3) Cálculo da seção magnética do núcleo: S S m m 0,9 S 0,9 4,18 g 3,762 cm 2 4) Cálculo da potência do transformador: S S 2 2 Sm 3,762 Fr 60 7,5 7,5 15,096VA

15 Projeto de transformadores de baixa frequência 5) Cálculo do número de espiras: N N p p Vi ,44 B S F 4, , espiras m m r N N s s N p 884 N 1 884espiras

16 Projeto de transformadores de baixa frequência 6) Cálculo das correntes (valores eficazes): I I p p S V o i 0,15 A I I s s S V o s 0,15 A

17 Projeto de transformadores de baixa frequência 7) Escolha da seção dos condutores: S S p p I p 0, d 4,5 3, cm 4 2 Fio 32 AWG S S s s Is 0, d 4,5 3, cm 4 2 Fio 32 AWG Dados do fio 32 AWG: Scobre 0, cm 2 Sisol 2 0, cm Disol 0,024 cm

18 Projeto de transformadores de baixa frequência 8) Cálculo do fator de ocupação: Fo Fo 2 2 0,75 a 0,75 1,9 S N S N 0, , isol p isol s 3,336

19 Projeto de transformadores de baixa frequência Exemplo: Projetar um transformador com as características: 110/220 V de entrada; V de saída; Corrente eficaz de 1 A nos secundários; Frequência da rede de 60 Hz. Tarefa

20 Projeto térmico Cálculo térmico: Objetivo de verificar a necessidade de uso de dissipador de calor ou não. Modelo térmico: T j = temperatura na junção ( o C); T c = temperatura na cápsula ( o C); T d = temperatura no dissipador ( o C); T a = temperatura ambiente ( o C); R jc = resistência térmica entre junção e cápsula ( o C/W); R cd = resistência térmica entre cápsula e dissipador ( o C/W); R da = resistência térmica entre dissipador e ambiente ( o C/W); P = potência dissipada no componente (W).

21 Projeto térmico Rja Rjc Rcd Rda Tj Ta Rja P R ja T j T P a Rda Rja Rjc Rcd

22 Projeto térmico Exemplo: Determinar o dissipador necessário: Diodo MSR1560; Corrente média = eficaz = 10 A; Temperatura ambiente de 35 o C; Considerar R cd = 1 o C/W; Considerar apenas as perdas por condução. Tarefa

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24 Cálculo térmico Exemplo: Determinar o dissipador necessário: Diodo MSR1560-D; Corrente média = eficaz = 10 A; Temperatura ambiente de 35 o C; Considerar R cd = 1 o C/W; Considerar apenas as perdas por condução.

25 Cálculo térmico

26 Cálculo térmico

27 PCBs e layout Tabela de conversão: 1 polegada = 2,54 centímetros 1 in = 2,54 cm 2,54 cm = 25,4 mm 1 mil = 0,025 mm 10 mil = 0,25 mm 20 mil = 0,50 mm 30 mil = 0,75 mm 40 mil = 1,0 mm 50 mil = 1,25 mm

28 PCBs e layout l Largura das trilhas: 0,75 mm 30 mils

29 PCBs e layout +15V C1 100nF U1 Errado LM311 C2 100nF -15V Correto

30 PCBs e layout

31 PCBs e layout

32 PCBs e layout Cuidados com trilhas longas >> parasitas

33 Proteções A B C D E

34 Proteções Opção A: Fusível colocado na entrada do circuito; Protege a fonte contra risco de incêndio; Protege a instalação elétrica; Não protege os componentes da fonte; Deve suportar a corrente de carga dos capacitores. Opção B: Fusível colocado na saída do transformador; Protege o transformador contra faltas na fonte e na carga; Não protege os componentes após o transformador; Deve suportar a corrente de carga dos capacitores.

35 Proteções Opção C: Fusível colocado após os diodos; Deve suportar a corrente de carga dos capacitores; Protege o transformador e os diodos contra faltas no regulador e na saída da fonte. Opção D: Fusível colocado após o filtro capacitivo; Não precisa suportar a corrente de carga dos capacitores; Pode ser dimensionado melhor; Protege os elementos da fonte contra faltas nos reguladores e na saída.

36 Proteções Opção E: Fusível colocado na saída da fonte; Protege todos os elementos da fonte contra faltas na carga; Pode ser dimensionado com facilidade; Não precisa suportar a corrente de carga dos capacitores.

37 Proteções Exemplo: Dimensionar a proteção de uma fonte linear: Usando resistor fusível ou fusível de vidro; Corrente média na saída de 1,5 A; Tensão média na saída de 5 V; Transformador de 220 V/9 V; A fonte possui um regulador LM7805; Capacitor de filtro de 2200 μf; Diodos retificadores 1N4001. Tarefa

38 Próxima aula Projeto do retificador de uma fonte chaveada: 1. Definição do circuito; 2. Dados de entrada; 3. Escolha do capacitor; 4. Dimensionamento dos diodos; 5. Circuito de inrush.