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 40000 Hz Frequência de comutação ΔV Co η 0.85 0.01V o 0.48 Ondulação de tensão na carga (saída) Rendimento do conversor Cálculos preliminares Cálculos preliminares V o 1 R o 46.08 T P s.5 10 5 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 0.667 V i Ganho total do conversor P o Ip max 3.631 A Corrente de pico no primário ηv i D max
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 0.611 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 410 10 Coeficiente de perdas por Histerese: K h 410 5 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
Entreferro: μ 4π10 7 μp o δ N ΔB Aeηf s 10 4 δ N 4.98 10 4 m ou 4,98mm δ N l entreferro l entreferro.464 10 4 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 1.406 A Corrente Eficaz no Primário P o Is max Is ηv o 1 D max max 4.456 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 0.075 Área do cobre: Ip ef A cobrep A J cobrep 3.15 10 3 cm ou Acobrep = 0,00315 cm max
Is ef A cobres A J cobres 3.835 10 3 cm ou Acobres = 0,003835 cm max A bitola do condutor primario é: AG Seção do condutor nu: S condutor_nup 0.003055 cm Seção do condutor Isolado: S condutor_isoladop 0.004013 cm Resistividade do Condutor: ρ pfio 0.000708 cm A bitola do condutor secundario é: AG1 Seção do condutor nu: S condutor_nus 0.004105 cm Seção do condutor Isolado: S condutor_isolados 0.005004 cm Resistividade do Condutor: ρ sfio 0.0005061 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
A wminp A wmins Aw 0.669 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 0.119 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 0.443 Perdas Núcleo: P nucleo ΔB.4 K h f s K f f s V nucleo P nucleo 0.643 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 4.808 C Δ C
Calculo das Indutâncias de magnetizante do transformador: V i D max Lp Lp.31 10 4 H Indutância magnetizante do primário Ip max f s Lp = 0.31mH ou N p ΔBAe10 4 L mp L Ip mp.313 10 4 max H Ls Lpn Ls 1.505 10 4 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.441 10 5 Co = 7,13μF Capacitor escolhido de 33uF/65V Escolha do Transistor e do Diodo: Transistor: I tran_max Ip max I tran_max 3.631 A Corrente de Pico no Transistor V i D max I tran_ef I f s L mp 3 tran_ef 3.014 A Corrente eficaz no Transistor V i D max I tran_med I f s L tran_med 0.788 A Corrente média no Transistor mp V o V tran_max V i 130.435 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
T jmax.mos 150 73.15 43.15 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 3510 9 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 4.456 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 1.003 A Corrente média no diodo V diodo_max V o V i n V diodo_max 107.143 V Tensão Máxima sobre o diodo Diodo escolhido: R thj_case.d 3 K MUR80 Resistência térmica junção cápsula T jmax.d 175 73.15 448.15 K Temperatura máxima de operação Cálculo do Dissipador: T a 5 73.15 98.15 K Temperatura ambiente P MOSFET.cond R DS I tran_ef 3.905 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 4.445 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
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 30.154 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 0.119 R ds R scobre R ds 0.07 L dp 35 10 6 H Valor estimado. Necessita ser medido após a construção do transformador. L ds L dp n L ds.36 10 5 Transformador: Modelo real: Circuito equivalente do transformador Indutância de Dispersão Real do Tranformador: L dp 35 1 H μh Referida ao primário L ds 3.616 1 H μh Referida ao secundário Projeto do Grampeador:
Indutância de dispersão equivalente: Circuido do Grampeador: L eq L dp 7 10 5 H Corrente no primário: Ip max 3.631 A Tensão de grampeamento: V g 350 V V tran_max 130.435 V Apostila Professor Ivo: V o_pri V o n 58.435 V ΔV g 0.05V g 17.5 V Δt L eq Ip max V g V i V o_pri 1.158 10 6 s Duração do grampeamento Δt 100 4.631 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 4.163 10 3 P g Resistência do circuito grampeador Rg = 4.8k/5
C g P g f s V g ΔV g C g 1.01 10 7 F Capacitor do circuito grampeador Cg = 10nF/630V Grampeador