Flyback MCD 72V -> 48V; 50W; 40kHz

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1 INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETRÔNICA ESPECIALIZAÇÃO EM DES. DE PRODUTOS ELETRÔNICOS Flyback MCD 7V -> 48V; 50; 40kHz Disciplina: Conversores Estáticos e Fonte Chaveadas Professor: Referências: Clóvis Antônio Petry Joabel Moia Florianópolis - Abril 014 Projetos de Fontes Chaveadas, pág. 85 à 30. e pág. 311 Especificações: V i 7 V Tensão de entrada V o 48 V Tensão de saída P o 50 Potência do conversor f s Hz Frequência de comutação ΔV Co η V o 0.48 Ondulação de tensão na carga (saída) Rendimento do conversor Cálculos preliminares Cálculos preliminares V o 1 R o T P s o f s s P o I o 1.04 A Corrente média de saída V o A razão de operação máxima é estabelecida em 50%. D max 0.45 Razão máxima do ciclica do conversor. a V o V i Ganho total do conversor P o Ip max A Corrente de pico no primário ηv i D max

2 Cálculos preliminares Projeto dos Indutores Projeto do Indutor acoplado: Especificação do Material Densidade máxima de Fluxo Densidade de Fluxo B max 0.3 ΔB 0.5 T T Densidade de Corrente J max 450 A cm Fator de utilização da área do enrolamento k w 0.4 Fator de ocupação do primário k p 0.5 kw e kp => valores definidos pág. 33 livro Projeto de Fonte Chaveadas Rendimento do conversor: η 0.85 Cálculo do Transformador 1.1P o 10 4 AeAw AeAw cm 4 ΔBk w k p J max f s Núcleo escolhido: O AeAw do núcleo escolhido é de 1,0 cm NEE30/14 da Thornton Dados do núcleo: Área da secção transversal do núcleo: Ae 1. cm Área da janela: Aw 0.85 cm Volume do núcleo: V nucleo 8.0 cm 3 Coeficiente de perdas por correntes Parasitas: K f Coeficiente de perdas por Histerese: K h Comprimento médio de uma espira: MLT 6.0 kf e kh => valores definidos pág. 311 livro Projeto de Fonte Chaveadas cm Valor baseado nos dimensionais do núcleo NEE 30/14 da Thornton

3 Entreferro: μ 4π10 7 μp o δ N ΔB Aeηf s 10 4 δ N m ou 4,98mm δ N l entreferro l entreferro m ou,464mm Numero de espiras: N p ceil ΔBδ N Ip max μ 8 V o 1 D max N s ceiln p V i D max 3 n N s 0.81 N p Relação de transformação Cálculo das Correntes Envolvidas: D max Ip ef Ip max Ip 3 ef A Corrente Eficaz no Primário P o Is max Is ηv o 1 D max max A Corrente de Pico do Secundário D max Is ef Is max Is 3 ef 1.76 A Corrente Eficaz do Secundário Cálculo da bitola dos condutores: Penetração máxima: Δ 7.5 f s D cond Δ Área do cobre: Ip ef A cobrep A J cobrep cm ou Acobrep = 0,00315 cm max

4 Is ef A cobres A J cobres cm ou Acobres = 0, cm max A bitola do condutor primario é: AG Seção do condutor nu: S condutor_nup cm Seção do condutor Isolado: S condutor_isoladop cm Resistividade do Condutor: ρ pfio cm A bitola do condutor secundario é: AG1 Seção do condutor nu: S condutor_nus cm Seção do condutor Isolado: S condutor_isolados cm Resistividade do Condutor: ρ sfio cm Número de condutores: A cobrep N condp round N S condp 1 condutor_nup A cobres N conds round N S conds 1 condutor_nus Possibilidade de Execução: N p N condp S condutor_isoladop A wminp k A wminp 0.81 cm w N s N conds S condutor_isolados A wmins k A wmins 0.88 cm w

5 A wminp A wmins Aw Ok!, Pode ser executado:(a wmin /A w <1) Comprimento do chicote: L pchicote MLTN p L pchicote 168 cm L schicote MLTN s L schicote 138 cm Cálculo térmico: Resistência de condução: R pcobre ρ pfio L pchicote N condp R pcobre R scobre ρ sfio L schicote N conds R scobre 0.07 Potência Dissipada no cobre: P pcobre P scobre R pcobre Ip ef R scobre Is ef P pcobre 0.35 P scobre 0.08 P cobre P pcobre P scobre Perdas Núcleo: P nucleo ΔB.4 K h f s K f f s V nucleo P nucleo Resistencia térmica do nucleo: AeAw lo AeAw 0.37 R nucleo 3AeAw lo Elevação de temperatura: ΔT P cobre P nucleo R nucleo AeAw lo 1.0 R nucleo.83 ΔT C Δ C

6 Calculo das Indutâncias de magnetizante do transformador: V i D max Lp Lp H Indutância magnetizante do primário Ip max f s Lp = 0.31mH ou N p ΔBAe10 4 L mp L Ip mp max H Ls Lpn Ls Projeto dos Indutores Prametros de Projeto Cálculo do Capacitor: H Indutância do secundário Ls = 0.151mH C o D max V o f s R o ΔV Co Co = 7,13μF Capacitor escolhido de 33uF/65V Escolha do Transistor e do Diodo: Transistor: I tran_max Ip max I tran_max A Corrente de Pico no Transistor V i D max I tran_ef I f s L mp 3 tran_ef A Corrente eficaz no Transistor V i D max I tran_med I f s L tran_med A Corrente média no Transistor mp V o V tran_max V i V Tensão máxima sobre o Transistor n V DS 400V Tensão Drain-Gate V GS 15V Tensão Gate-Source MOSFET escolhido: IRF740A R DS 0.43 Resistência Drain-Source

7 T jmax.mos K Temperatura máxima de operação R thj_case.mos 1 K Resistência térmica entre junção e cápsula K R thc_sink.mos 0.5 Resistência térmica entre cápsula e dissipador t r s Tempo de subida do Mosfet (rise time) t f 10 9 Tempo de descida do Mosfet (fall time) Diodo: I diodo_max Is max I diodo_max A Corrente de pico do diodo D max I diodo_ef Is max I 3 diodo_ef 1.76 A Corrente eficaz no diodo Is max D max I diodo_med I diodo_med A Corrente média no diodo V diodo_max V o V i n V diodo_max V Tensão Máxima sobre o diodo Diodo escolhido: R thj_case.d 3 K MUR80 Resistência térmica junção cápsula T jmax.d K Temperatura máxima de operação Cálculo do Dissipador: T a K Temperatura ambiente P MOSFET.cond R DS I tran_ef Perdas por condução no Mosfet f s P MOSFET.cmt t r t f I tran_max V tran_max 0.54 Perdas por comutação no Mosfet P MOSFET P MOSFET.cmt P MOSFET.cond Perdas totais no Mosfet T jmax.mos T a R thj_a.mos.max 8.1 P MOSFET Há a necessidade de Dissipador K Resistência térmica máxima permitida entre junção e ambiente

8 v f 0.65 V Queda de tensão do diodo em condução, segundo datasheet P Diodo I diodo_med v f 0.65 Perdas por condução no diodo. Não há perdas de comutação no diodo, pois a corrente vai a zero. T jmax.d T a R thj_a.d.max K P Diodo Não precisa de dissipador, pois Rthja do Diodo é 73 K/, ou seja, menor que a resistência térmica máxima permitida Prametros de Projeto Grampeador Parametros das Indutancias: R dp R pcobre R dp R ds R scobre R ds 0.07 L dp H Valor estimado. Necessita ser medido após a construção do transformador. L ds L dp n L ds Transformador: Modelo real: Circuito equivalente do transformador Indutância de Dispersão Real do Tranformador: L dp 35 1 H μh Referida ao primário L ds H μh Referida ao secundário Projeto do Grampeador:

9 Indutância de dispersão equivalente: Circuido do Grampeador: L eq L dp H Corrente no primário: Ip max A Tensão de grampeamento: V g 350 V V tran_max V Apostila Professor Ivo: V o_pri V o n V ΔV g 0.05V g 17.5 V Δt L eq Ip max V g V i V o_pri s Duração do grampeamento Δt T s L eq Ip max f s 1 P g 9.44 Potência dissipada no circuito V i V o_pri grampeador 1 V g Resistor: V g R g P g Resistência do circuito grampeador Rg = 4.8k/5

10 C g P g f s V g ΔV g C g F Capacitor do circuito grampeador Cg = 10nF/630V Grampeador