ELETRÔNICA DE POTÊNCIA II

Transcrição

1 ELETRÔCA E POTÊCA AULA 9 COERORE OLAO - COEROR FLYBACK Prf. Marci Kimpara UFM - Universidade Federal de Mat Grss d ul FAEG Faculdade de Engenharias, Arquitetura e Urbanism e Gegrafia

2 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência em islaçã slads Cnversr Buck Cnversr Frward Cnversr Buck Bst Cnversr Flyback ncrpraçã d islament galvânic a cnversr Buck-Bst Flyback é cnversr mais cmumente usad em aplicações de baixa ptência nde a tensã de saída precisa ser islada da fnte prcipal de entrada. O dutr e transfrmadr pdem ser tegrads em um únic dispsitiv magnétic

3 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 3 O cnversr flyback é derivad d cnversr buck-bst, cm a adiçã d transfrmadr. É cmumente usad n md de cnduçã descntínua; ã precisa de dutr de saída; Múltiplas saídas isladas; Transfrmadr dutres acplads*; Mdificand sentid d enrlament n secundári, pde-se bter a tensã psitiva u negativa para a carga; * Flyback element magnétic na verdade nã funca cm transfrmadr cnvencal, mas sim cm dutres acplads, pis, idealmente, em um transfrmadr nã há armazenament de energia (tda a energia é stantaneamente transferida d primári para secundári)

4 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 4 Ante: iferenças entre um transfrmadr e dutres acplads Um dispsitiv magnétic cmprta-se cm um transfrmadr quand existirem, a mesm temp, crrentes em mais de um enrlament, de maneira que flux de magnetizaçã seja essencialmente cnstante. Outr arranj pssível para enrlaments acplads magneticamente é aquele em que a cntuidade d flux é feita pela passagem de crrente ra pr um enrlament, ra pr utr, garantd-se um sentid de crrentes que mantenha a cntuidade d flux. Flyback, quand a chave cnduz, armazena-se energia na dutância d "primári" (n camp magnétic) e did fica reversamente plarizad. Quand a chave desliga, para manter a cntuidade d flux, did entra em cnduçã, e a energia acumulada n camp magnétic é enviada à saída.

5 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 5 Circuit Buck-Bst L C - + Adiçã d transfrmadr (dutres acplads) C Mdificand a psiçã da chave... Chave Chave Mdificand sentid d enrlament n secundári

6 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 6 Cnversr Flyback Circuit Básic cc C Chave al gate C Pssibilidade de múltiplas saídas isladas

7 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 7 implificações para análise Antes de analisar circuit mstrad n slide anterir, cnsidere que: O circuit magnétic é assumid lear e acplament entre primári e secundári é cnsiderad ideal. emicndutres sejam ideais (durante a cnduçã a queda de tensã na chave e n did sã desprezadas, assim cm s temps de subida e descida) Os enrlaments d transfrmadr, bem cm núcle é cnsiderad sã cnsiderads sem perdas. A tensã de entrada é cnstante e livre de ndulações.

8 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência Prcípi de Operaçã Análise Qualitativa Circuit Básic: A análise a seguir será feita para saída, prém mesm vale para utras saídas, cas cnversr seja de múltiplas saídas. cc C Chave al gate

9 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência Etapas de Operaçã ª Etapa Quand a chave é ligada, enrlament primári d transfrmadr é cnectad à fnte de entrada cc cm pnt ligad n lad psitiv. este stante, did cnectad em série cm enrlament secundári fica reversamente plarizad devid à tensã duzida n secundári (ptencial psitiv aparece n termal cm pnt d secundári). Assim, cm a chave ligada, existe crrente flud pel enrlament primári mas nã pel enrlament secundári devid a blquei d did. este estági, a crrente n primári cresce learmente e crre armazenament de energia n transfrmadr (dutr) cc C urante tda esta etapa, a carga é alimentada pel capacitr (previamente carregad em etapas anterires)

10 Etapas de Operaçã ª Etapa Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 0 Tem íci quand a chave é desliga após cnduzir pr cert temp. O camh para a crrente n primári é terrmpida e de acrd cm as leis da duçã magnética, a plaridade ds enrlaments (dutâncias) se verte. A reversã de plaridade da tensã n secundári faz cm que did entre em cnduçã. A crrente passa a fluir n secundári carregand capacitr e alimentand a carga, fazend cm que a crrente decresça a medida que a energia armazenada n transfrmadr durante a primeira etapa é transferida. cc C

11 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência ª Etapa urante a segunda etapa, duas situações pdem crrer: ❶ A energia armazenada n primári fi ttalmente descarregada, cnfigurand md de cnduçã descntínua existe uma terceira etapa ❷ A energia armazenada n primári nã fi ttalmente descarregada e períd de chaveament iciará um nv cicl, que cnfigura md de cnduçã cntínu.

12 Etapas de Operaçã 3ª Etapa (apenas para md descntínu) Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência esta etapa a crrente i se trna nula e did é blquead. Pr nã existir crrente ns enrlaments primári e secundári, as tensões sbre ambs também sã nulas. esta etapa capacitr de saída frnece a energia para a carga. A etapa 3 se encerra quand a chave é ligada e circuit vlta para a etapa nvamente e a sequência se repete. cc C

13 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 3 Operaçã d cnversr n MC reg. permanente º ubterval C.. 0 L di dt di di. dt dt L L L _. T C. R 0

14 Operaçã d cnversr n MC reg. permanente Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 4 º ubterval 0. C 0.. C L di. dt _ mín _. L P. P _. _ t

15 Operaçã d cnversr n MC reg. permanente Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 5 3º ubterval C primári: secundári: C

16 Frmas de Onda MC Cnversr Flyback - Crrentes ( t) ( t) _ C (t) t cc C c t ( t) ( t) _ tn tff t t Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 6 Ts tx

17 cc Frmas de Onda - MC Cnversr Flyback - Tensões C ( t ) (t) t (t) t ( t ) t tn t tff t tx Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 7 Ts

18 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 8 Relaçã entre tensã de saída e entrada (ganh estátic) ( t ) Balanç vlts.segunds tn tff.. T. t 0 Ts t tx f. t sland t: t f.. Para perar n md descntínu: t t ff f... T

19 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Cálcul das dutâncias Eletrônica de Ptência secundári _ mín _. t L L 0 _ primári L (MC) L _. _.. f T. t Crrentes i i L L tn Ts tff t tx t

20 Esfrçs de crrente ns semicndutres Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência id _ méd T _ méd. _ méd Área t. _. T ( t) ( t) _ tn Ts tff t tx t Chave _ méd ( t) ( t) _ méd _ méd. Área T. t

21 Exempl de Prjet Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência ads de Prjet - Tensã de entrada: = 5 - Tensã de saída: = 5 - Ptência na carga: P = 5W - Frequência de peraçã: fs = 0kHz - Relaçã de transfrmaçã: / = 0 ❶ Cálcul d valr médi da crrente na carga: i P 5 5 A ❷ efiçã d valr d duty cicle im: 0,

22 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência ❸Cálcul d terval de temp da segunda etapa (t). t 5 0, t f t 3s ❹ Cálcul d valr da ima crrente n secundári: _ i t f _ _ 33 A ❺ Cálcul d valr da ima crrente n primári: _. _ 0 _ 33 3, 3A _ ❻ Cálcul da dutância n secundári: L. t _ L L 454nH

23 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 3 ❼Cálcul da dutância n primári: L _.. f L 5 0, L H 3, ,4 ❽ Esfrçs de tensã e crrente ns semicndutres: Chave i P 5 _ med 5 A i 3, 3A (se eficiência=00%) id i_ med A i 33A ,5 0

24 Prjet Transfrmadr Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 4 Enrlament primári: pri _. t L pri n L pri. pri _ max max. f s O transfrmadr precisa satisfazer: P ( núcle) pri _ max fp Put Lpri.. Onde armazenar a energia W L pri. pri? _ max. Para uma densidade de flux magnetic unifrme B r. H r g. H g A Onde: = permeabilidade, H = tensidade d camp magnétic, r = material magnétic e g = entreferr. Para ferrite, r é da rdem de 500 enquant que para entreferr ele é da rdem de. Assim, a tensidade d camp magnétic n entreferr é muit mair que a tensidade d camp magnétic n ferrite. 3. A energia armazenada é prprcal a quadrad da tensidade d camp magnétic. este md, a energia é virtualmente armazenada n entreferr.

25 Prjet Transfrmadr Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 5 O transfrmadr d Flyback nrmalmente utiliza gap

26 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 6 Prjet Transfrmadr Cmpriment airgap (cm): l g 0,4 Lpri A c pri max Bmax _ 0 8 Ac área da seçã transversal d núcle (cm²) B ima densidade de flux (Tesla) úmer de vltas: 000 pri L A pri L L em mh AL parâmetr frnecid pel fabricante úmer de vltas n secunári da saída de mais alta ptência: sec pri ut fw. fw queda de tensã n did (quand em cnduçã) Para determar númer de vltas n secundári de saídas adicais: sec( n) ut( n) ut() sec()

27 Prjet Transfrmadr Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 7 (a) Figure: Flyback transfrmer secndary arrangements: (a) center-tapped secndaries; (b) islated secndaries. (b)

28 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 8 Técnica de enrlament d transfrmadr Limitações n prjet:. ndutância de dispersã;. Esclha adequada da densidade de flux ima e da densidade de crrente ns enrlaments. Para uma determada densidade de flux ima e frequência de funcament, as perdas n núcle e a densidade de flux de saturaçã d material magnétic reduzem cm aument da temperatura. Existem duas ressnâncias:. Ressnância entre a dutância de dispersã d transfrmadr e a capacitância dren-fnte d MsFet;. Ressnância entre a dutância de magnetizaçã d transfrmadr e a capacitância dren-fnte d Msfet.

29 Efeit da dutância de dispersã d transfrmadr Tensã n transistr (MOFET) f L dp * C ds clamp f L mp * C ds Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 9

30 Utilizand a técnica chamada de terleaved (as camadas ds enrlaments sã tercalads) é pssível bter um melhr acplament, que reduz a ressnância devid à dutância de dispersã Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 30

31 Adiçã de nubber Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 3

32 Prf. Marci Kimpara UFM/FAEG Eletrônica de Ptência 3 Características Flyback Flyback é cnversr mais cmumente usad em aplicações de baixa ptência Md de cnduçã descntínu antagens: Transfrmadr menr, temp de recuperaçã reversa d did de saída é menr; esvantagem: Pic de crrente na chave e n did sã maires; ndulaçã de crrente n capacitr de saída é mair que n md cntínu; Md de cnduçã cntínu antagem: Pic de crrente na chave e n did sã menres; ndulaçã de crrente n capacitr de saída é menr; esvantagens: Transfrmadr mair, pssui zer n semiplan direit dificultand a cmpensaçã (cntrle)