Avaliação 5 Fonte Chaveada Flyback

IFSC - INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA Departamento Acadêmico de Eletrônica Pós-Graduação em Desenvolvimento de Produtos Eletrônicos Conversores Estáticos e Fontes Chaveadas Avaliação 5 Fonte Chaveada Flyback Alunos: Renato de Matos Roselane Cristina Martins Florianópolis, 22 de julho de 2009

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 4 2 DESENVOVIMENTO... 7 2.1 ESPECIFICAÇÃO DE PROJETO... 7 2.2 DIAGRAMA DE BLOCOS... 8 2.3 PROJETO DO CIRCUITO RETIFICADOR... 8 2.3.1 Tensões de entrada do Retificador... 9 2.3.2 Potências... 9 2.3.3 Capacitor do Retificador... 10 2.3.4 Tensões médias na saída do retificador... 10 2.3.5 Corrente de Pico na Saída do Retificador... 10 2.3.6 Valor Eficaz da Corrente na Saída do Retificador... 11 2.3.7 Corrente Média Fornecida pelo Capacitor ao Conversor... 11 2.3.8 Corrente Total no Capacitor de Filtragem... 11 2.3.9 Correntes nos Diodos Retificadores... 11 2.3.10 Corrente de Pico no Primário... 12 2.4 PROJETO DO TRANSFORMADOR... 12 2.4.1 Escolha do Núcleo... 12 2.4.2 Determinação do Entreferro... 13 2.4.3 Número de Espiras do Primário... 13 2.4.4 Número de Espiras no Secundário... 13 2.4.5 Correntes Envolvidas... 14 2.4.6 Profundidade de Penetração... 14 2.4.7 Área dos Condutores do Primário... 15 2.4.8 Dados do Fio Escolhido para o Primário - 28 AWG... 15 2.4.9 Dados do Fio Escolhido para o Secundário Principal - 23 AWG... 16 2.4.10 Dados do Fio Escolhido para o Secundário Auxiliar - 24 AWG... 17 CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 2

2.4.11 Cálculo das Perdas no Transformador... 17 2.4.12 Indutâncias para Simulação... 19 2.5 PROJETO DO ESTÁGIO DE POTENCIA... 20 2.5.1 Determinação do Capacitor da Saída Principal... 20 2.5.2 Determinação da Chave... 20 2.5.3 Determinação do Diodo da Saída Principal... 21 2.5.4 Cálculo dos Tempos Envolvidos... 21 2.6 PROJETO DO CIRCUITO DE CONTROLE... 22 2.6.1 Parâmetros do conversor... 22 2.6.2 Função de transferência - G(s)... 22 2.6.3 Diagrama de Bode - G(s)... 23 2.6.4 Freqüências de cruzamento... 23 2.6.5 Resistores e capacitores do compensador... 24 2.6.6 Função de transferência do compensador... 24 2.6.7 Diagrama de Bode - H(s)... 24 2.6.8 Diagrama de Bode - G(s)H(s)... 25 2.6.9 Margem de Fase... 26 2.7 PROJETO DO CIRCUITO DE COMANDO E CIRCUITOS AUXILIARES... 27 2.7.1 Determinação do Capacitor da Saída Auxiliar... 27 2.7.2 Determinação do Diodo da Saída Auxiliar... 27 2.8 LISTA DE COMPONENTES... 28 2.9 ESQUEMÁTICO... 29 2.10 RESULTADO DE SIMULAÇÃO... 30 2.10.1 Etapa do retificador... 30 2.10.2 Etapa do conversor... 35 2.10.3 Etapa do controlador... 39 3 CONCLUSÃO... 43 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 44 CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 3

1 INTRODUÇÃO As fontes de alimentação são imprescindíveis no nosso dia a dia, estando presentes em praticamente todo eletrodoméstico, desde o carregador do telefone celular até a televisão ou microcomputador. As fontes passaram por vários processos evolutivos e, apesar das chamadas fonte lineares ainda serem encontradas freqüentemente, as fontes chaveadas estão conquistando espaço nos dispositivos modernos graças as suas vantagens. A tecnologia de fontes chaveadas não é recente. Fontes de alta tensão baseadas no conversor fly-back, por exemplo, estão presentes nas mais variadas aplicações. As grandes alterações tecnológicas ocorridas nos últimos 20 ou 30 anos, no entanto, estão relacionadas com o surgimento de componentes semicondutores de potência capazes de comutar em alta freqüência (entendido como acima de 20 khz, de modo a não ser audível pelo ser humano), com baixas perdas. Principalmente devido à criação do transistor MOSFET, ao qual se seguiu o IGBT, ambos com desempenho muito superior ao transistor bipolar em aplicações de chaveamento rápido, toda uma nova área de desenvolvimento tecnológico pode se estabelecer. A crescente demanda por fontes de alimentação compacta, de alto rendimento (baixas perdas) e rápida resposta dinâmica a transitórios de carga, decorrente da ampliação de cargas eletroeletrônicas a serem alimentadas em tensão CC, exigiu soluções que transcendiam as fontes convencionais baseadas em retificadores (controlados ou não), seguidos por filtros passivos e reguladores série. Em potências mais elevadas (o que pode significar alguns watts), a perda de potência em um regulador série pode ser proibitiva. O uso de transistores como chave permite minimizar as CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 4

perdas de potência, desde que as transições dos estados ligado e desligado sejam muito rápidas (minimizando o intervalo no qual o componente atravessa sua região ativa). Com isso minimiza-se a necessidade de dispositivos de dissipação do calor gerado no semicondutor. Mas ao operar como chave, estes circuitos exigem filtros passa-baixas que sejam capazes de recuperar uma tensão CC adequada aos circuitos de carga. Tais filtros utilizam indutores e capacitores. A minimização destes elementos requer que a freqüência de comutação seja a mais elevada possível, de modo que valores aceitáveis de ripple sejam obtidos com baixas indutâncias e capacitâncias. A elevação da freqüência, no entanto, fica restrita pelas perdas devidas às comutações. dos componentes semicondutores. Além disso, os elevados valores de di/dt e dv/dt (taxas de variação de corrente e de tensão, respectivamente) são importantes fontes de interferência eletromagnética (IEM), as quais devem ser devidamente minimizadas para evitar mau-funcionamento do circuito e interferência em outros dispositivos alimentados pela mesma fonte (interferência conduzida) ou que esteja nas proximidades (interferência irradiada). Apesar das muitas soluções tecnológicas já obtidas, continuam a surgir novos desafios, como a alimentação em tensões cada vez mais baixas dos circuitos digitais, com implicações sobres os valores mínimos de queda de tensão direta dos componentes, ou ainda os circuitos de eletrônica embarcada em automóveis, e tantas outras aplicações em telecom e aparelhos de uso médico. O objetivo desse trabalho é estudar o comportamento de uma fonte chaveada do tipo Flyback. A fonte Flyback baseia-se no armazenamento de energia (corrente) no indutor, existido dois tipos de Flyback: O Flyback de modo contínuo e o de modo descontínuo. No Flyback de modo contínuo (a corrente que circula no condutor nunca chega a zero) não temos uma boa CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 5

resposta a transientes decorrente. A corrente do indutor aumenta de acordo com o aumento de corrente de magnetização, o que geralmente provoca acréscimos sucessivos dela. O Flyback de modo descontínuo, apesar de ter o mesmo esquema elétrico do modo contínuo, sua corrente no indutor deve sempre chegar a zero. Nesse trabalho, será realizado o projeto de uma fonte chaveada com os estágios de retificação, projeto do transformador, estágio de potencia, controle, comando e circuitos auxiliares. Também será realizada a simulação do circuito completo, a fim de constatar o seu funcionamento em todas as etapas citadas. CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 6

2 DESENVOVIMENTO 2.1 Especificação de Projeto Esse relatório trata de um projeto de uma fonte chaveada do tipo Flyback com as seguintes especificações: Tensão de entrada: Universal (85 a 265V eficazes) Freqüência de rede: 60Hz Ondulação de tensão na saída do retificador: 5% Tensão de saída 01: 15V Corrente de saída 01: 0,5A Tensão de saída 02: 5V Corrente de saída 02: 1A Ondulação de tensão na saída da fonte: 1% Freqüência de comutação: 50kHz Com base nas informações anteriores, deverá ser realizado o projeto de um circuito retificador de entrada com filtro capacitivo, projeto físico do transformador do conversor Flyback, projeto dos componentes do estágio de potencia do conversor Flyback, fazer a escolha de um circuito integrado dedicado para o comando e controle do conversor, projeto do circuito de comando e controle e os circuitos auxiliares. Em seguida deverá ser realizada a simulação do circuito projetado. CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 7

2.2 Diagrama de blocos Uma fonte chaveada pode ser representada pelos seguintes blocos: 2.3 Projeto do circuito retificador Para a determinação dos componentes do circuito retificador com filtro capacitivo serão feitas as seguintes considerações: Vac := 175V Vac := 102.86% Vac Vac = 180.005V Fr := 60Hz ηret := 0.9 ηconv := 0.7 Vout1 := 5V Iout1 := 1A Pout1 := Iout1 Vout1 Pout1 = 5W OndVout := 1% Vout1 := OndVout Vout1 Vout1 = 0.05V Vout2 := 15V Iout2 := 0.5A Pout2 := Iout2 Vout2 Pout2 = 7.5W Vout2 := 1% Vout2 Vout2 = 0.15V OndVCret := 5% Vd := 1V Dmax:= 0.4 Fs := 50kHz Jmax:= 400 A cm 2 CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 8

B := 0.25T µ0 4π 10 7 H := m Kp := 0.5 Kw := 0.4 2.3.1 Tensões de entrada do Retificador Vac Vacmin:= Vac Vacmin = 84.998V 2 Vac Vacmax:= Vac + Vacmax= 265.002V 2 2.3.2 Potências Potência de entrada do conversor principal Pout1 = 5W Pout1 Pinconv1 := Pinconv1 = 7.143W ηconv Potência de entrada do conversor auxiliar Pout2 = 7.5W Pout2 Pinconv2 := Pinconv2 = 10.714W ηconv Potência fornecida pelo retificador aos conversores Poutret := Pinconv1 + Pinconv2 Poutret = 17.857W Potência total de entrada Poutret Pin := Pin = 19.841W ηret CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 9

Potência total de saída Pout := Pout1 + Pout2 Pout = 12.5W 2.3.3 Capacitor do Retificador VCretmax:= 2 Vacmin Vd VCretmax= 119.205V VCret:= OndVCret VCretmax VCret = 5.96V VCretmin:= VCretmax VCret VCretmin= 113.244V Pin Cret := Fr ( VCretmax 2 VCretmin 2 ) Cret = 238.686µF Capacitor escolhido: 270uF x 400V Cretcom := 270µF 2.3.4 Tensões médias na saída do retificador OndVCret Vretmin:= ( 2 Vacmin Vd) 1 Vretmin = 116.225V 2 OndVCret Vretmax:= ( 2 Vacmax Vd) 1 Vretmax= 364.426V 2 2.3.5 Corrente de Pico na Saída do Retificador VCretmin acos VCretmax Tc := Tc = 8.424 10 4 s 2π Fr Cretcom VCret Iretpico := Iretpico = 1.91A Tc CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 10

Devido à simplificações do método utilizado, a corrente de pico real, obtida na simulação, é duas vezes a corrente aqui calculada. 2.3.6 Valor Eficaz da Corrente na Saída do Retificador Iretef := Iretpico 2 Tc Fr ( 2 Tc Fr) 2 Iretef = 0.576A 2.3.7 Corrente Média Fornecida pelo Capacitor ao Conversor Pin ICretmd := ICretmd = 0.175A VCretmin 2.3.8 Corrente Total no Capacitor de Filtragem ICretef := Iretef 2 + ICretmd 2 ICretef = 0.602A 2.3.9 Correntes nos Diodos Retificadores IDretef := Iretpico Tc Fr IDretef = 0.429A Pin IDretmd := IDretmd = 0.088A 2 VCretmin IDretpico := Iretpico IDretpico = 1.91A VDretmax:= 2 Vacmax VDretmax= 374.77V Podem ser usados diodos de 2A x 400V CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 11

2.3.10 Corrente de Pico no Primário 2 Pout Ip := Ip = 0.768A ηconv Vretmin Dmax 2.4 Projeto do transformador 2.4.1 Escolha do Núcleo 1.1 Pout AeAw := AeAw = 0.138cm 4 Kp Kw Jmax B Fs Núcleo Escolhido: E-30/7 Dados do núcleo - E-30/7 Área da perna central Ae := 0.60cm 2 Área da janela do carretel Aw := 0.80cm 2 Volume do ferrite Ve := 4cm 3 Comprimento médio de uma espira lt := 5.6cm CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 12

Ae Aw = 0.48cm 4 2.4.2 Determinação do Entreferro Pout W := W = 3.571 10 4 J ηconv Fs Entreferro total 2 µ0 W δ := δ = 0.239mm B 2 Ae Entreferro da perna central δ lg := lg = 0.12mm 2 2.4.3 Número de Espiras do Primário B δ Np := ceil Np 62 µ0 Ip = Espiras 2.4.4 Número de Espiras no Secundário ( Vout1 + Vd) ( 1 Dmax) Ns1 := ceil Np Ns1 5 Vretmin Dmax ( Vout2 + Vd) ( 1 Dmax) Ns2 := ceil Np Ns2 13 Vretmin Dmax = Espiras = Espiras CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 13

2.4.5 Correntes Envolvidas Dmax Ipef := Ip Ipef = 0.281A 3 2 Pout1 Ip1 := Ip1 = 0.307A ηconv Vretmin Dmax Np Is1 := Ip1 Is1 = 3.81A Ns1 1 Dmax Is1ef := Is1 Is1ef = 1.704A 3 2 Pout2 Ip2 := Ip2 = 0.461A ηconv Vretmin Dmax Np Is2 := Ip2 Is2 = 2.198A Ns2 1 Dmax Is2ef := Is2 Is2ef = 0.983A 3 2.4.6 Profundidade de Penetração P := 7.5 Fs cm P = 0.034cm Hz Dfiomax:= 2 P Dfiomax= 0.067cm Para evitar o desperdício de cobre, não deverá ser usado um fio com diâmetro superior à 0.067cm. Sendo assim, o fio mais grosso que poderá ser utilizado será o 22 AWG, que possui 0,064cm de diâmetro. CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 14

2.4.7 Área dos Condutores do Primário Ipef Sp := Sp = 7.013 10 4 cm 2 Jmax Como a área necessária para suportar a corrente do primário é inferior à área máxima permitida pela profundidade de penetração, não haverá problema em usar um fio mais fino, no caso o 28 AWG. 2.4.8 Dados do Fio Escolhido para o Primário - 28 AWG Área Cobre Afiop := 0.000810cm 2 Área Isolamento Sfiop := 0.001083cm 2 Resistividade à 20ºC ρfiop := 0.002129 Ω cm Área dos Condutores do Secundário Principal Is1ef Ss1 := Ss1 = 4.26 10 3 cm 2 Jmax Como a área necessária para suportar a corrente do secundário é superior à área máxima permitida pela profundidade de penetração, será necessário utilizar um fio mais fino, no caso o 23 AWG. CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 15

Para suportar a corrente calculada, será necessário ainda utilizar dois fios em paralelo. 2.4.9 Dados do Fio Escolhido para o Secundário Principal - 23 AWG Área Cobre Afios1 := 0.004105cm 2 Área Isolamento Sfios1 := 0.005004cm 2 Resistividade à 20ºC ρfios1 := 0.000420 Ω cm Número de fios em paralelo Sfios1 Nfios1 := ceil Nfios1 = 2 Ss1 Área dos Condutores do Secundário Auxiliar Is2ef Ss2 := Ss2 = 2.458 10 3 cm 2 Jmax Como a área necessária para suportar a corrente do secundário auxiliar é inferior à área máxima permitida pela profundidade de penetração, não haverá problema em usar um fio mais fino, no caso o 24 AWG. CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 16

2.4.10 Dados do Fio Escolhido para o Secundário Auxiliar - 24 AWG Área Cobre Afios2 := 0.002047cm 2 Área Isolamento Sfios2 := 0.002586cm 2 Resistividade à 20ºC ρfios2 := 0.000842 Ω cm 2.4.11 Cálculo das Perdas no Transformador Comprimento dos fios Lfiop := lt Np Lfiop = 3.472m Lfios1 := lt Ns1 Nfios1 Lfios1 = 0.56m Lfios2 := lt Ns2 Lfios2 = 0.728m Volume dos fios Vfiop := Afiop Lfiop Vfiop = 0.281cm 3 Vfios1:= Afios1 Lfios1 Vfios1 = 0.23cm 3 Vfios2:= Afios2 Lfios2 Vfios2 = 0.149cm 3 CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 17

Peso dos fios Pesofio := 8.96 g ( Vfiop + Vfios1 + Vfios2) Pesofio = 5.915g cm 3 Perdas no Núcleo KH := 4 10 5 KE:= 4 10 10 2.4 2 Ve B Pnucleo KH Fs Fs := + KE W Pnucleo = 0.431W T Hz Hz cm 3 Cálculo da resistência dos fios Rfiop := Np ρfiop lt Rfiop = 0.739Ω Ns1 ρfios1 lt Rfios1 := Rfios1 = 5.88 10 3 Ω Nfios1 Rfios2 := Ns2 ρfios2 lt Rfios2 = 0.061Ω Perdas no cobre Pcobrep := Rfiop Ipef 2 Pcobrep = 0.058W Pcobres1 := Rfios1 Is1ef 2 Pcobres1 = 0.017W Pcobres2 := Rfios2 Is2ef 2 Pcobres2 = 0.059W Perdas Totais Ptotais := Pnucleo + Pcobrep + Pcobres1 + Pcobres2 Ptotais = 0.565W CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 18

Elevação de Temperatura Ae Aw C Rt := 23 Rt = 30.176 C cm 4 W W 0.37 T := Rt Ptotais T = 17.057C Uma elevação de temperatura de aprox. 17ºC é aceitável. Cálculo do Fator de Ocupação Awneces Np Sfiop + Ns1 Sfios1 Nfios1 + Ns2 Sfios2 := Awneces = 0.215cm 2 0.7 Awneces Kocup := Kocup = 0.269 Aw Um fator de ocupação de 27% é aceitável. 2.4.12 Indutâncias para Simulação Np B Ae Lmp := Lmp = 1.211mH Ip Vretmin Dmax Lmm:= Lmm= 1.21mH Fs Ip Ns1 B Ae Lms1:= Lms1 = 19.683µH Is1 Ns2 B Ae Lms2:= Lms2 = 88.706µH Is2 L1 0.5 Vretmin2 Dmax 2 ηconv := L1 = 1.21mH Pout Fs CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 19

2.5 Projeto do estágio de potencia 2.5.1 Determinação do Capacitor da Saída Principal Lms1 Is1 Tout1 := Tout1 = 1.25 10 5 s Vout1 + Vd Vout1 = 0.05V Iout1 Dmax Cout1 := Cout1 = 160µF Fs Vout1 Vout1 RSE1:= RSE1 = 0.013Ω Is1 O capacitor de saída pode ser de: 180µF x 10V Cout1com := 180µF 2.5.2 Determinação da Chave Corrente de pico na chave Ich := Ip Ich = 0.768A Corrente eficaz na chave Vretmin Dmax 3 Ichef := Ichef = 0.28A Fs Lmp 3 Corrente média na chave Vretmin Dmax 2 Ichmd := Ichmd = 0.154A 2 Fs Lmp Tensão máxima sobre a chave CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 20

Np Vchmax:= Vretmax+ ( Vout1 + Vd) Vchmax= 438.826V Ns1 2.5.3 Determinação do Diodo da Saída Principal Corrente de pico no diodo Ids1 := Is1 Ids1 = 3.81A Corrente eficaz no diodo Tout1 Ids1ef := Is1 Ids1ef = 1.739A 3Tt Corrente média no diodo Is1 Tout1 Ids1md := Ids1md = 1.191A 2Tt Tensão máxima sobre o diodo Vds1max:= Vout1 + Vretmax Ns1 Vds1max= 34.389V Np 2.5.4 Cálculo dos Tempos Envolvidos 1 Tt := Tt = 2 10 5 s Fs T1 := Dmax Tt T1 = 8 10 6 s T2 := Tt T1 T2 = 1.2 10 5 s CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 21

2.6 Projeto do circuito de controle 2.6.1 Parâmetros do conversor ( ) ω := 10, 500.. 10 10 7 j := 1 f( ω) ω := Vin := 365V 2 π Vout := 15V D := Vout Vin D = 0.041 L := 1.211mH C := 27µF RSE := 0.068Ω R := 30Ω Vs := 15V Fs := 50kHz 2.6.2 Função de transferência - G(s) Ganho em baixas freqüências Vin Gs := Vs Gs = 24.333 Gsdb := 20 log( Gs) Gsdb = 27.724 Freqüências de transição 1 F0 := 2 π L C F0 = 0.88kHz 1 Fz := 2 π C RSE Fz = 86.686kHz ( ) := Gs G ω 2 L j ω 1 + 2πFz Fs R 1 + j ω 2πF0 CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 22

2.6.3 Diagrama de Bode - G(s) Gdb ω ( ) := 20 log( G( ω) ) 30 20 Gdb( ω ) 10 0 10 20 10 100 1. 10 3 1. 10 4 1. 10 5 1. 10 6 1. 10 7 f ( ω ) Gfase( ω) := 180 π arg( G( ω) ) 0 20 Gfase( ω ) 40 60 80 10 100 1. 10 3 1. 10 4 1. 10 5 1. 10 6 1. 10 7 f ( ω ) 2.6.4 Freqüências de cruzamento Fs Fc := Fc = 0.5kHz 100 CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 23

Ganho na freqüência de cruzamento Gdb( 2πFc) = 20.449 Pólo do compensador F0 Fp := Fp = 0.176kHz 5 Ganho do Compensador A1 := 1 2.6.5 Resistores e capacitores do compensador Ri := 47kΩ Rf := A1 Ri Rf = 47kΩ 1 Cf := Cf = 19.237nF 2 π Rf Fp Ri Rf Rref := Rref = 23.5kΩ Ri + Rf 2.6.6 Função de transferência do compensador H( ω) := Rf Ri 1 1 + j ω Cf Rf 2.6.7 Diagrama de Bode - H(s) ( ) 20 log( H( ω) ) Hdb ω := CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 24

0 20 40 Hdb( ω ) 60 80 100 10 100 1. 10 3 1. 10 4 1. 10 5 1. 10 6 1. 10 7 f ( ω ) Hfase( ω) := 180 π arg( H( ω) ) 0 20 40 Hfase( ω ) 60 80 100 10 100 1. 10 3 1. 10 4 1. 10 5 1. 10 6 1. 10 7 f ( ω ) 2.6.8 Diagrama de Bode - G(s)H(s) ( ) Gdb( ω) + Hdb( ω) GHdb ω := CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 25

50 0 GHdb( ω ) 50 100 150 10 100 1. 10 3 1. 10 4 1. 10 5 1. 10 6 1. 10 7 f ( ω ) GHfase( ω) := 180 π ( arg( G( ω) ) + arg( H( ω) )) 0 50 GHfase( ω ) 100 150 200 10 100 1. 10 3 1. 10 4 1. 10 5 1. 10 6 1. 10 7 f ( ω ) 2.6.9 Margem de Fase ( ) = 29.269 Gfase 2 π Fc ( ) = 70.604 Hfase 2 π Fc MargemFase := 180 + Gfase 2 π Fc ( ( ) + Hfase( 2 π Fc) ) MargemFase = 80.126 CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 26

2.7 Projeto do circuito de comando e circuitos auxiliares 2.7.1 Determinação do Capacitor da Saída Auxiliar Lms2 Is2 Tout2 := Tout2 = 1.219 10 5 s Vout2 + Vd Vout2 := Vout2 OndVout Vout2 = 0.15V Iout2 Dmax Cout2 := Cout2 = 26.667µF Fs Vout2 Vout2 RSE:= RSE = 0.068Ω Is2 O capacitor da saída auxiliar pode ser de: 27µF x 25V Cout2com := 27µF 2.7.2 Determinação do Diodo da Saída Auxiliar Corrente de pico no diodo Ids2 := Is2 Ids2 = 2.198A Corrente eficaz no diodo Tout2 Ids2ef := Is2 Ids2ef = 0.991A 3Tt Corrente média no diodo Is2 Tout2 Ids2md := Ids2md = 0.67A 2Tt CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 27

Tensão máxima sobre o diodo Vds2max:= Vout2 + Vretmax Ns2 Vds2max= 91.412V Np 2.8 Lista de componentes CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 28

2.9 Esquemático Esquemático Completo do Conversor Flyback Projetado CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 29

2.10 Resultado de simulação 2.10.1 Etapa do retificador Circuito Simulado Etapa do Retificador CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 30

Formas de Onda Tensões da Etapa do Retificador (Vin = 85Vac) CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 31

Formas de Onda Tensões da Etapa do Retificador (Vin = 265Vac) CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 32

Formas de Onda Corretes da Etapa do Retificador (Vin = 85Vac) CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 33

Formas de Onda Corretes da Etapa do Retificador (Vin = 265Vac) Medida Calculado Simulado VCret 5.96V 3,41V VCretmax 119,205V 118V VCretmin 113,244V 114,79 Vretmin (media) 116,225V 116,44V Vretmax (media) 364,426V 372,053V Iretpico 1,91A 3,43A Iretef 0,576A 0,463A ICretmd 0,175A 0,25A ICretef 0,602A 0,508A IDretef 0,429A 0,378A IDretmd 0,088A 0,068A IDretpico 1,91A 3,43A Comparação entre Valores Simulados e Calculados da Etapa do Retificador CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 34

2.10.2 Etapa do conversor Circuito Simulado Etapa do Retificador CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 35

Formas de Onda Tensões do Conversor Principal (Vin = 375V) CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 36

Formas de Onda Tensões do Conversor Auxiliar (Vin = 375V) CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 37

Formas de Onda Correntes dos Conversores (Vin = 120V) Medida Calculado Simulado Ich 0,768A 0,672A(Vin=120V,D=0,34) Ichef 0,28A 0,229A(Vin=120V,D=0,34) Ichmd 0,154A 0,116A(Vin=120V,D=0,34) Ids1 3,81A 3,96A(Vin=120V,D=0,34) Ids1ef 1,739A 1,535A(Vin=120V,D=0,34) Ids1md 1,191A 0,991A(Vin=120V,D=0,34) Ids2 2,189A 1,766A(Vin=120V,D=0,34) Ids2ef 0,991A 0,768A(Vin=120V,D=0,34) Ids2md 0,67A 0,483A(Vin=120V,D=0,34) Vout1 0,05V 0,076V(Vin=375V,D=0,109) Vout2 0,15V 0,23V(Vin=375V,D=0,112) Vchmax 438,826V 468,2V(Vin=375V,D=0,112) Vds1max 34,389V 35,16V(Vin=375V,D=0,109) Vds2max 91,412V 93,51V(Vin=375V,D=0,112) Comparação entre Valores Simulados e Calculados da Etapa do Conversor CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 38

2.10.3 Etapa do controlador Simulação com variação da tensão de entrada. Circuito Simulado Etapa do Compensador Variação da Tensão de Entrada CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 39

Formas de Onda Tensão de Saída com Variação na Tensão de Entrada. Simulação com variação da carga. CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 40

Circuito Simulado Etapa do Compensador Variação da Carga CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 41

Formas de Onda Tensão de Saída com Variação de Carga CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 42

3 CONCLUSÃO Nas etapas de retificação e conversão, os valores simulados são muito próximos dos valores calculados. Já na etapa de controle, através da simulação pôde-se perceber que a regulação da tensão de saída não ocorreu como o esperado, de forma que esta ficou bem acima do valor projetado. Uma possível solução para tal problema, seria o emprego de um controlador de 2 pólos, pois com sua maior capacidade de controle, este deveria ser capaz de corrigir os problemas do controlador de 1 pólo empregado. CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 43

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARBI, I, Eletrônica de Potência: Projeto de Fontes Chaveadas, Ivo Barbi 2.ed Florianópolis 2007. PETRY, Clóvis Antônio Projeto de um Conversor Flyback e de um Conversor Forward Isolados com Retificador e Filtro Capacitivo - Publicação Interna INEP/UFSC Florianópolis, 2000. POMILIO, José Antenor Fontes Chaveadas, Publicação FEE 13/95 UNICAMP Campinas, 2004. http://www.ifsc.edu.br/~petry/ensino/conversores_estaticos/conversores_est%c3%a1ticos. html CONVERSORES ESTÁTICOS E FONTES CHAVEADAS 44