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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Fontes de AlimentaçãoFontes de Alimentaçãoo es de e açãoo es de e ação
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Fontes primárias de Corrente Fontes primárias de Corrente Alternada (CA)Alternada (CA)e ada (C )e ada (C )
Fontes Frequência Tensãoprimárias
Européia 50Hz 220, 230V (175-265V)u opé a 50Hz 220, 230V (175 265V)
Amer./Jap. 60, 50Hz 110, 100V (85-135V)
Universal 50-60Hz 110-230V (85-265V)
Aviação 400Hz 115V (80 165V)Aviação 400Hz 115V (80-165V)
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Sistema de alimentação com Sistema de alimentação com reguladores linearesreguladores linearesreguladores linearesreguladores lineares
☺ Poucos componentes. Pesados e volumososp☺ Robustos☺ Não geram EMI e RFI
Baixo rendimento
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☺ Não geram EMI e RFI
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Comparação entre fontes Comparação entre fontes lineares e chaveadaslineares e chaveadasea es e c a eadasea es e c a eadas
Chaveada Linear
Relação Potência/Peso
30 a 300W/kg 10 a 30W/kgPotência/PesoRelação Potência/Volume
50 a 300W/l 20 a 50W/l
“Ripple”da tensão de saída
1% 0,1%
EMC I t t D í iEMC Importante DesprezíveisRendimento 65 a 90% 35 a 55%
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Fontes de AlimentaçãoFontes de Alimentaçãoo es de e açãoo es de e ação
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA RetificadoresRetificadorese cado ese cado es
• Converte CA em CC:– Valor médio diferente de zero;;
• Resultado:T ã CC l t– Tensão CC pulsante;
• Necessidade de Filtros:– Ripple.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA FiltrosFiltrososos
• Filtro a Capacitor• Filtro RCFiltro RC
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Filtro a CapacitorFiltro a Capacitoro a Capac oo a Capac o
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Filtro a CapacitorFiltro a CapacitorPeríodo de Condução do DiodoPeríodo de Condução do DiodoPeríodo de Condução do DiodoPeríodo de Condução do Diodo
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA FiltrosFiltrososos
• Filtro a Capacitor• Filtro RCFiltro RC
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Filtro RCFiltro RCo Co C
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Reguladores de TensãoReguladores de Tensãoegu ado es de e sãoegu ado es de e são
• Transistores ou Amp OP– Série– Paralelo
• Circuitos Integradosg– Positiva fixa
• Série 7800
– Negativa fixa• Série 7900
– Ajustáveis• LM 317
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Reguladores de TensãoReguladores de Tensãoem Sérieem Sérieem Sérieem Série
Transistores
Amp-Op
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Regulador série a transistor Regulador série a transistor malha abertamalha abertaa a abe aa a abe a
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Regulador série a transistor Regulador série a transistor malha abertamalha abertaa a abe aa a abe a
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Regulador série a transistor Regulador série a transistor malha fechadamalha fechadaa a ec adaa a ec ada
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Regulador série a transistor Regulador série a transistor malha fechadamalha fechadaa a ec adaa a ec ada
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Regulador série Regulador série com com AmpAmp OpOpcoco pp OpOp
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Limitação de correnteLimitação de correnteação de co e eação de co e e
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Reguladores de TensãoReguladores de Tensãoem Paraleloem Paraleloem Paraleloem Paralelo
TransistoresTransistores
Amp OpAmp-Op
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Reguladores de TensãoReguladores de Tensãocom CIscom CIscom CIscom CIs
78XX 79XX
E – Entrada
T – Terra
+ -
E ET TS S
T – Terra
S – Saída
AjustávelFixo
t õ t áti t i t
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protecções automáticas contra aquecimento excessivo e curto-circuitos na saída.
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Reguladores de tensão Reguladores de tensão ajustávelajustávelajus á eajus á e
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Reguladores de tensão Reguladores de tensão ajustávelajustávelajus á eajus á e
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Fontes de CorrenteFontes de Correnteo es de Co e eo es de Co e e
• Fonte de Corrente a JFET
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• Transistor Bipolar • Transistor / diodo Zener
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Fontes ChaveadasFontes Chaveadaso es C a eadaso es C a eadas
Principais vantagens:– Alta eficiência, acima de 90%, menores dissipadores de
calor;– Múltiplas saídas;– Abaixam ou elevam a tensão de saída;– Baixo volume e custo, para altas potências.
Principais desvantagens:p g– Maior complexidade;– Ruídos audíveis e interferência eletromagnética;g ;– Tempo de resposta à variações de tensão na entrada e
na carga é maior;
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g– Manutenção mais cara.
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Fontes ChaveadasFontes ChaveadasConversores CCConversores CC--CCCCCo e so es CCCo e so es CC CCCC
Conversores CC-CC sem isolamento elétrico:1.Buck2.Boost3.Buck-Boost
Conversores CC-CC com isolamento elétrico:1.Flyback2.Duplo Flyback3.Forward4.Duplo Forward
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Fundamentos de CircuitosFundamentos de Circuitos
Como calcular a relação entre as variáveis elétricas?
u da e os de C cu osu da e os de C cu os
Vamos recordar as propriedades dos indutores e capacitores emcircuitos elétricos em regime permanente:
• A tensão média em indutor é nula.
• A corrente média em um capacitor é nula.
Caso contrario, a+corrente no indutor e atensão no capacitorcresceriam
vL = 0-
Circuito em regime permanente
indefinidamente (nãoestaríamos em regimepermanente)
iC = 0
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permanente).
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Na forma de onda da tensão em um indutor “a soma dos
Fundamentos de CircuitosFundamentos de Circuitos
Na forma de onda da tensão em um indutor a soma dosprodutos volts·segundos = 0”
tComando
+Circuito em regime permanente
iL t
tiL
vL = 0-
iL t
vLt+
Td·T
-
Áreas iguais
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TÁreas iguais
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Conversor BuckConversor BuckModo Modo de condução contínuode condução contínuo
Hipóteses:
odoodo de co dução co uode co dução co uo
• A tensão de saída Vo é constante durante um ciclo dechaveamento.
• A corrente no indutor é sempre maior que zero. t
Comando
t
iLiS= iL +
t
tiSiS
iL E VO-
D t D T
t
t
iDiDEVO
+
Durante D·T
Td·T
tiD= iL
VO-
+
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Durante (1-D)·T
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Conversor BuckConversor BuckModo Modo de condução contínuode condução contínuo
+ -vL
odoodo de co dução co uode co dução co uo
tComando
EiO vO
+iL
t
iL IO
E O-iC R
• Tensão média nula no indutort
vL
+E- VO(E- VO)·D·T - VO·(1-D)·T = 0 VO = D·E
D·T
t-
+
- VO
T• Corrente média nula no capacitorIL = IO = VO/R
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L O O
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Conversor BuckConversor BuckModo Modo de condução contínuode condução contínuo
iOiS + -vS
•Tensões máximas
odoodo de co dução co uode co dução co uo
VS max = VD max = E+
EiL+
•Tensões máximas
vO
-E
RiDvD -
• Aplicação do balanço de potências/
t
iSIS
IS = IO·VO/E IS = IO·D
C t édi di dt
iD ID• Corrente média no diodo
ID = IL - IS ID = IO·(1-D) TD·T
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Conversor BuckConversor BuckModo Modo de condução contínuode condução contínuo
O conversor “buck” pode ser visto como um
odoodo de co dução co uode co dução co uo
ptransformador de corrente contínua
VO = E·D+
iOis
I = I /D
E vO
-R
IO = Is/D1 : D
Transformador ideal de corrente continua
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Conversor Conversor BoostBoostModo Modo de condução contínuode condução contínuo
i i
odoodo de co dução co uode co dução co uo
iL iD
iSEvO
• Balanço volts·segundos
E·D·T + (E- VO)·(1-D)·T = 0 VO = E/(1-D)
• Balanço volts segundos
VS max = VD max = VO= E/(1-D)
• Tensões máximas
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S max D max O ( )
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Conversor Conversor BoostBoostModo Modo de condução contínuode condução contínuo
iL i
odoodo de co dução co uode co dução co uo
iL iD iO
t
Comando
iSE vOR
t
iL IL
t
tiS IS
• Corrente média por diodoI = I = V /R
t
t
iD ID
ID = IO = VO/R
• Balanço de potência
TD·T
tIL = IO·VO/E IL = IO/(1-D)
• Corrente media no transistor
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IL = ID + IS Is = IO.D/(1-D)
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Conversor Boost Conversor Boost curtocurto--circuito e sobrecargacircuito e sobrecargacu ocu o c cu o e sob eca gac cu o e sob eca ga
E R
Este caminho de circulação de corrente nãopode ser interrompido atuando sobre ot i t Otransistor. O conversor não pode ser protegido desta forma.
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Conversor Conversor BuckBuck--BoostBoostModo de condução contínuoModo de condução contínuo
v
odo de co dução co uoodo de co dução co uo
+ -vD
-
+ -vS
+vO
+E
RvL
• Balanço volts·segundos
+R-
E·D·T - VO·(1-D)·T = 0 VO = E·D/(1-D)
• Balanço volts segundos
VS max = VD max = E+VO= E/(1-D)
• Tensões máximas
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S max D max O ( )
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Conversor Conversor BuckBuck--BoostBoostModo de condução contínuoModo de condução contínuoodo de co dução co uoodo de co dução co uo
v-IOiDiS t
Comando
vO
+E
RiL
t
tiL IL
• Corrente média por diodoID = IO = VO/R t
tiS IS
• Balanço de potênciaI = I V /E I I D/(1 D)
ID IO VO/R t
iD IDIS = IO·VO/E IS = IO·D/(1-D)
• Corrente media no indutorT
D·Tt
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IL = ID + IS IL = IO/(1-D)
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Condução nos Condução nos conversores conversores básicosbásicos
(somente um indutor e um diodo)(somente um indutor e um diodo)
iLi
Conversor iO +
t
iL IL
com indutor e diodo
R vO
+
-E
D Tt
Comando
TD·T
O valor médio de iL depende de IO:
IL = IO/(1-D) (boost e buck-boost)
IL = IO (buck)
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IL IO/(1 D) (boost e buck boost)
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Condução nos Condução nos conversores conversores básicosbásicos
R
co e so esco e so es bás cosbás cos
• Ao variar IO varía o valor médio de iL• Ao variar IO não varíam as derivadas de iL(dependem de E e de V )
iL IL
R1
(dependem de E e de VO) t
R2 >iL IL
R2 > R1 Modo de condução contínuo
t
iRcrit > R2
iL ILt
Modo de condução crítico
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Condução nos Condução nos conversores conversores básicosbásicosco e so esco e so es bás cosbás cos
iLIL
Rcrit
O que acontece se R > Rcrit ?t
R R
q crit
t
R3 > Rcrit iLIL Modo contínuo
t
iL IR3 > Rcrit
t
iL ILModo descontínuo
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Modo de condução Modo de condução descontínuo: Fatoresdescontínuo: Fatores
i
desco uo a o esdesco uo a o es
iL• Diminuição do valor do indutor.
tiLL
• Diminuição da freqüência dechaveamento.
tiL
• Aumento do valor do resistor de
tcarga (diminuição do valor médioda corrente no indutor).
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Modo descontínuo Modo descontínuo de de condução condução
Existem 3 estados distintos:
ççComando
• Condução do transistor (D·T)• Condução do diodo (D’·T)IL
tiL( )
• Transistor e diodo bloqueados (1-D-D’)·T
E l
tiD
I Exemplo
VOEvLt
ID
E OE
D Tt
D’ T
+-
VO
E
VOE E VOVOE(D·T) (1-D-D’)·T(D’·T)
T
D·T D ·T VO
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( ) ( )( )
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Relação de transformação Relação de transformação no no modo descontinuo modo descontinuo
((p.e.p.e. buckbuck--boostboost))
VOE E = L·iL /(D·T)
iLIL
iLmax
OE(D·T)
E L iLmax/(D T)t
iDID
iLmax
V L i /(D’ T)
VOE( ’ )
vL
+
t
ID
E
VO = L·iLmax/(D’·T)ID = iLmax·D’/2
(D’·T)
D·Tt
D’·T
+-
VO
ID = VO/R
T
D T D TRelação de transformação M=VO/E :
M =D/(k)1/2 , sendo: k =2·L / (R·T)
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Fronteira entre modos Fronteira entre modos de de condução (condução (buckbuck--boostboost))ç (ç ( ))
• Relação transformação modo descontinuo, M:
M = D / (k)1/2 , sendo: k = 2·L / (R·T) i R it( ) , ( )
• Relação transformação modo continuo, N:
N = D / (1 D) t
iLiL
Rcrit
N = D / (1-D)
• Na fronteira: M = N, R = Rcrit , k = kcrit
t
kcrit = (1-D)2
• Modo contínuo: k > kcritcrit
• Modo descontínuo: k < kcrit
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Extensão a outros conversoresExtensão a outros conversores
Buck Buck-B t
Boost
N = DD
1N =
Boost
2M =
DN =
1-D4·D2
N 1-D
1 + 1 + 4·kD2
DM =
kM =
1 + 1 + 4 Dk
kcrit = (1-D)
k
kcrit = (1-D)2
2kcrit = D(1-crit ( )
kcrit max = 1 kcrit max = 1
crit (D)2
kcrit max = 4/27
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Conversor Conversor BuckBuck--BoostBoost
Incorporação do isolamento galvânicoIncorporação do isolamento galvânico
Muito fácil incorporar o isolamento galvânico
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Conversor Conversor BuckBuck--BoostBoostcom isolamento galvânicocom isolamento galvânicoco so a e o ga â coco so a e o ga â co
Conversor Flyback
O indutor e o transformador podem serintegrados em um único dispositivointegrados em um único dispositivomagnético. Este dispositivo magnético secalcula como um indutor, e não como umtransformador.• Deve armazenar energia.
11/08/2009 17:53 Prof. Douglas Bressan Riffel 48
• Normalmente tem entreferro