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 Semicondutores e Componentes Retificadores e Filtros Capacitivos Reguladores Lineares Partida e Inrush Prof. Clóvis Antônio Petry. Florianópolis, agosto de 2011.

2 Bibliografia para esta aula

3 Nesta aula Revisão de fontes lineares: 1. Semicondutores e componentes; 2. Retificadores e filtros capacitivos; 3. Reguladores lineares; 4. Partida e inrush.

4 Nesta aula

5 Semicondutores para eletrônica de potência Semicondutores utilizados em eletrônica de potência:

6 Semicondutores para eletrônica de potência

7 Diodos semicondutores Exemplo: Diodo SKN20/08 V RRM = 800 V; V (TO) = 0,85 V; r T = 11 mω; I Dmed = 20 A; I R = 0,15 ma. Característica estática

8 Diodos semicondutores Bloqueio

9 Diodos semicondutores Diodos de carbeto de sílicio (silicon carbide): Diminuem acentuadamente o fenômeno da recuperação reversa.

10 Diodos semicondutores

11 Perdas nos diodos Classificação das perdas: 1. Condução; P V I r I 2 ( TO) Dmed T Def 2. Comutação: Entrada em condução; Bloqueio. P V V I t f 1 0,5 FP F o rf P2 Qrr E f

12 Características importantes dos diodos Principais características: 1. Tensão de pico reversa; 2. Queda de tensão direta; 3. Corrente de pico; 4. Corrente média; 5. Corrente eficaz; 6. Tempo de recuperação reversa.

13 Características de diodos comerciais Tipos de diodos de potência: 1. Standard and fast recovery; 2. Ultrafast rectifiers; 3. Ultrasoft rectifers; 4. Silicon carbide (zero recovery).

14 Características de diodos comerciais

15 Capacitores Capacitância depende de: Dielétrico (permissividade); Área das placas; Distância entre as placas.

16 Capacitores C RSE LSE Modelo equivalente do capacitor Onde: C = Capacitância; RSE = Resistência série equivalente; LSE = Indutância série equivalente. Perdas devido à RSE: P RSE I ef 2

17 Capacitores C RSE LSE Ondulação da tensão: il t V RSE I I T s 2 T s t

18 Capacitores Tecnologias de capacitores: Filtro do retificador de entrada São empregados capacitores eletrolíticos de alta tensão e grandes capacitâncias; Filtro de saída dos conversores Empregam-se capacitores eletrolíticos alumínio com baixa RSE; Circuitos de grampeamento (snubber) São utilizados capacitores com dielétricos de polipropileno para regime intermitente de funcionamento.

19 Capacitores Tipos de capacitores: Capacitores de disco de cerâmica.

20 Capacitores Tipos de capacitores: Capacitores eletrolíticos.

21 Capacitores Tipos de capacitores: Capacitores de filme de poliéster.

22 Capacitores Tipos de capacitores: Super capacitores Small capacitance 3F, 2.3V 300F, 2.3V back-up power, on-board UPS, etc. Medium capacitance 300F, 2.3V 5000F, 2.7V peak power, UPS, etc. Large capacitance 5000F, 2.7V F, 1.8 V peak power, low maintenance energy storage, etc. Supercapacitor modules 5V- 700V, capacitance on request. Higher voltage applications

23 Capacitores Exemplo: capacitores para UPS >> Publications

24 Fusíveis Fusíveis de ação lenta: Vidro; Areia; Cerâmica. Fusíveis de ação rápida: Vidro; Areia; Cerâmica. Resistores fusíveis.

25 Fusíveis NR25 1 Ω < R < 15 Ω

26 Termistores Termistor: Resistor cuja resistência é sensível à variação da temperatura.

27 Termistores Termistor NTC: Coeficiente negativo de temperatura; Resistência diminui com o aumento da temperatura. Termistor PTC: Coeficiente positivo de temperatura; Resistência aumenta com o aumento da temperatura.

28 Retificadores e filtros capacitivos Estágio de entrada de uma fonte chaveada

29 Retificadores e filtros capacitivos Carga resistiva: Circuito do retificador Etapas de operação

30 Retificadores e filtros capacitivos Carga resistiva: Tensão e corrente média na carga: V Lmed 2 2V 2 0,9 V 2 I Lmed 2 2 Vo 0,9 V R R o

31 Retificadores e filtros capacitivos Análise simplificada:

32 Retificadores e filtros capacitivos Análise simplificada: C C // C 1 2 C C C C Win 1 C V V 2 2 W in P in f 2 2 pk C min V min V cos 2 f t t c C pk c cos 1 VC min 2 f V pk Q I t C V p c CV C V V I p tc tc 2 2 P in C Vpk VC min f P C f V V in 2 2 pk C min 2 2 pk C min

33 Retificadores e filtros capacitivos Análise simplificada: I I I ef med C1ef valor eficaz da componente alternada de i; valor médio de i; valor eficaz de i.

34 Retificadores e filtros capacitivos Análise simplificada: I I I C1ef med ef I I I I I 2 2 ef C1ef med med C1ef I I p p 2t c T 2t c T Pin I pk VC min D D I P in pk T on T V P P in C min out D 2 I I 2t f 2t f ef p c c

35 Retificadores e filtros capacitivos Análise simplificada: I I I 2 2 Cef 2ef ef I Dmed P 2 V in C min I Def I p t c T

36 Retificadores e filtros capacitivos Análise simplificada (exemplo numérico): Retificador de entrada de uma fonte chaveada: VAC 117V V min 99V V max 135V AC AC a) f P in 60Hz V min 100V 0,7 Pout 70W Pout W 0,7 C b) V 2 V V pk AC min V Vpk VC min V Pin 100 C f V V pk C min C1 C2 406F 203F

37 Retificadores e filtros capacitivos Análise simplificada: V pk 135 1,954 ms 2 f 2 60 cos 1 C min 1 c) V cos 100 t c d) I p C V t 1,954m c 3,64 A e) 2t f 21,954 m60 0,2345 c 2 2 I I 2t f 2t f 3,64 0,2345 0,2345 1,54 A ef p c c

38 Retificadores e filtros capacitivos Análise simplificada: I f) 2 ef Pin A V 100 C min g) h) I I2 I 1 1, Cef ef ef tc 1,954m IDef I p 3,64 1,25 A T 16,67m i) I Dmed Pin 100 2V 2100 C min 0,5 A j) V V 2 V V Dmax pk max AC max k) I I 3,64 A Dp p

39 Retificadores e filtros capacitivos A partir dos resultados de simulação pode-se concluir que: I V V t I c p cmin pk med corrente de pico é praticamente o dobro da calculada; correta; = correta; = correto; = correto. Tarefa: Ler artigo da Revista Ilha Digital.

40 Retificadores e filtros capacitivos Análise simplificada:

41 Retificadores e filtros capacitivos Dobrador de tensão:

42 Retificadores e filtros capacitivos Descrição do funcionamento:

43 Retificadores e filtros capacitivos Descrição do funcionamento:

44 Retificadores e filtros capacitivos Descrição do funcionamento:

45 Retificadores e filtros capacitivos Exemplo: Projetar um filtro capacitivo, dobrador de tensão para: Operação em 110/220 V; Frequência da rede de 60 Hz; Corrente média na carga de 5 A; Ondulação de tensão permitida na carga = 5%. Tarefa

46 Reguladores lineares

47 Reguladores lineares LM7805 = R$ 1,05 KA78R05 = R$ 1,71

48 Reguladores lineares Np Ns1 Ns Vo1 Vo3 Vo5 Vo6 Vo Vo2 Vo4 Ns2 Ns3 Ns4 Ns6 Ns7 Ns8 R10 R11 R12 C7 M1 C9 C8 C11 C12 C15 C16 C14 C10 C17 C13 C19 C18 C20 C21 C22 C24 C23 C25 C26 C27 C28 C29 C31 C30 C32 C33 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 D4 D5 D6 D8 D7 D9 D10 D11 D1 D2 D3 Tr Vo7 A D C B

49 Inrush O problema:

50 Inrush 400V v C 200V 0V 200A i C 100A 0A 0,0ms 1,0ms 2,0ms 3,0ms 4,0ms 5,0ms

51 Inrush

52 Inrush R 1 =10 Ω R 1 =1 Ω

53 Inrush Resistores série

54 Inrush Resistores série temporariamente

55 Inrush Exemplo: Projetar um circuito de limitação de corrente para: Diodos retificadores 1N4007; Capacitor de filtro de 4700 μf; Considerar resistência da rede nula. Tarefa

56 Circuitos de partida Circuito resistivo dissipativo

57 Circuitos de partida Circuito ativo

58 Circuitos de partida Circuito impulsivo

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