PCE Projeto de Conversores Estáticos. Aula 2

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PCE Projeto de Conversores Estáticos Aula 2

2 Tópicos Introdução Necessidade de conversores isolados Normas Estágio de entrada Retificadores com filtro capacitivo Monofásico convencional Monofásico dobrador Circuitos de pré carga Qualidade de energia 2

3 Introdução Eletrônica de potência: trata do processamento de energia elétrica. O processamento é realizado através de conversores estáticos. Ciência aplicada, multidisciplinar, envolve controle, isolação galvânica, eletromagnetismo (projetos de indutores transformadores, EMI), dimensionamento térmico. Diversas áreas de aplicação: fontes, inversores, retificadores, reguladores, filtros ativos, iluminação, geração... 3

4 Introdução Projetos de conversores estáticos Foco da disciplina em: conversores isolados c.c.-c.c. Aplicações típicas: fontes de alimentação, carregadores inteligentes, iluminação a led, etc. Necessidade de isolação por questões de segurança, tipicamente 1,5kV. UL1950, VDE0805 (EN60950, IEC950), and CSA C22.2, No Transformador pode ainda ser usado para adaptar grande diferença entre tensões de entrada e saída. 4

5 Introdução Estrutura típica de fontes de alimentação monofásicas Características negativas (p/ P>50W): Transformador em baixa frequência, volume, peso, custo Regulador linear: perdas elevadas, eficiência baixa, volume de dissipadores elevado. Dificuldade de operação com tensão universal (volume) 5

6 Introdução Estrutura típica de fontes de alimentação monofásicas Possibilidade de substituir o regulador linear por regulador chaveado (Buck, boost, buck-boost) Fonte isolada, eficiência alta, robustez elevada. 6

7 Introdução Estrutura típica de fontes de alimentação monofásicas Características principais Volume do transformador reduzido pela frequência de operação. Capacitor do barramento e retificador devem suportar tensão da rede comercial. 7

8 ESTÁGIO DE ENTRADA Retificador meia-onda: apresenta circulação de corrente c.c. (nível médio) na entrada. Seu uso deve ser evitado, limite de circulação de corrente c.c. em transformadores de distribuição é de 0,5%. Retificador de onda completa: 8

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13 A corrente de pico deve ser limitada para não danificar diodos. I p = Vin p R O resistor deve ser curto-circuitado, no momento adequado. Atenção com o segundo pico de corrente, que ocorre ao curtocircuitar o resistor. Outros componentes que auxiliam na redução da corrente de précarga (in-rush current): impedância da rede/transformador, resistência série do capacitor. 13

14 Qualidade de energia 2.50 XY Plot 8 Simplorer1 Curve Info mag(e1.i) TR ANSOFT 2.00 mag(e1.i) [A] Spectrum [Hz] 14

15 Retificador dobrador Utilizado para manter aproximadamente a mesma tensão de barramento com tensões de 110V e 220V na entrada. Necessita de realização de conexão de ponto médio do barramento à fonte de entrada. Fonte: curso de fontes chaveadas INEP, I. Barbi, A.F. De Souza 15

16 Tensão de saída média sofre pequena redução em comparação com operação normal. Durante esse modo de operação apenas 2 diodos são usados, porém a ondulação de tensão em cada capacitor é maior (2 retificadores de meia onda). Fonte: curso de fontes chaveadas INEP, I. Barbi, A.F. De Souza 16

17 Fonte: curso de fontes chaveadas INEP, I. Barbi, A.F. De Souza 17

18 Cálculo: BARBI, Ivo. Projeto de Fontes Chaveadas, pgs 7-55 Barbi, I. (2006), Eletrônica de Potência, 6 ed., Edição do Autor, pgs Fonte: curso de fontes chaveadas INEP, I. Barbi, A.F. De Souza 18

19 Exercício: 1) Projetar o estágio de entrada de uma fonte chaveada (retificador com filtro capacitivo) para atender as seguintes especificações: Tensão de entrada nominal: 220V Potência: 250 W Ondulação da tensão e saída 10% do valor médio. 2) Realizar simulação numérica e obter: a) Corrente eficaz no capacitor b) Corrente média nos diodos 3) Realizar a escolha dos componentes reais 4) Calcular perdas nos diodos e no(s) capacitor(es). 19