Conversores DC-DC Conversor Flyback Projeto ITASAT Claudinei de Jesus Donato.
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Conversores DC-DC
Conversor Flyback
Projeto ITASATClaudinei de Jesus Donato
17/11/2006 Claudinei J. Donato 2
Conversor Abaixador e Elevador de Tensão (Buck-Boost)
Diagrama básico:
Vi L C R
D
TVo
+
-Ii VD
IDVT
IL
IoIC
VC
17/11/2006 Claudinei J. Donato 3
Conversor Abaixador e Elevador de Tensão (Buck-Boost)
Transistor ligado (t1):
Vi L C RT
Vo
+
-Ii
VT
IL
IoIC
VC
17/11/2006 Claudinei J. Donato 4
Conversor Abaixador e Elevador de Tensão (Buck-Boost)
Diodo com polarização direta (t2):
Vi L C R
D
Vo
+
-
VD
ID
IL
IoIC
VC
17/11/2006 Claudinei J. Donato 5
Conversor Abaixador e Elevador de Tensão (Buck-Boost)
Transistor e diodo cortados (t3):
Vi L C R Vo
+
-
IoIC
VC
17/11/2006 Claudinei J. Donato 6
Conversor Buck-Boost Isolado (Flyback) Acoplamento de indutores:
Vi
L
C R
D
TVo
+
-Ii VD
IDVT
IL
IoIC
VC
1:1
NsNp
Vi
L
C R
D
TVo
+
-Ii VD
IDVT
IL
IoIC
VCNp Ns
17/11/2006 Claudinei J. Donato 7
Conversor Flyback Reorganizando componentes e com duas saídas:
Vi
L
C1 R1
D1
T
Vo1
-
+
VD1
ID1
IL
IO1IC1
VC1
C2 R2
D2
Vo2
-
+IO2IC2
VC2
Np
Ns2
Ns1
17/11/2006 Claudinei J. Donato 8
Condução Contínua
TimeI(D5) -I(RLOAD1)
SEL>>
-I(LP1)
V(U1:3) V(OUT)
V(DRAIN)
VT
VLSVO
ILp
IDIO
t1T
t2
17/11/2006 Claudinei J. Donato 9
Condução Contínua
(3)
(2)
(1)
1
T
tD
IIo
IIi
C
L
Vi
L
C R
T
Vo
-
+
VDIL IoIC
VCNp Ns
17/11/2006 Claudinei J. Donato 10
Condução Contínua
(7) 1
(6)
(5)
(4) 0
2
T
tD
n
nN
IN
IIo
Ii
p
s
CL
Vi
L
C R Vo
-
+
VDIoIC
VCNp Ns
D ID
17/11/2006 Claudinei J. Donato 11
Condução Contínua
conversor do rendimento
(12) .
. (11)
:entrada de Corrente
(10) .
)1.(
:9 e 8 De
(9) )1.(
(8) .
:anteriores equações Das
Vi
IoVoIi
PoPi
DN
DIiIo
N
DIIoDIIi L
L
17/11/2006 Claudinei J. Donato 12
Condução Contínua
(15) ..
).1.(..
Lp
Tpor ndomultiplica ,
.
)1.(.
:12 e 10 De
(14) .
(13) .
)1(
:10 de operação, de D o definido e Ii Calculado
min
minmin
max
maxmaxmin
maxmax
LILpN
TDVo
Lp
TDVi
N
DVoDVi
IiNIo
IiD
DIo
DIiN
17/11/2006 Claudinei J. Donato 13
Condução Contínua Para indutância crítica, analisamos circuito em condução crítica, ILmin =
0:
adescontínu e contínua entre limite no potência Pi
(18) ..2
.
..2
.
..2
.
:17 e 16 Usando
(17) 2
.Ii
(16) ..
:15 equação Da
lim
lim
2min
2max
222
maxminmax
fPi
DViLp
fPi
DVi
Vi
Vi
fIi
DViLp
DII
Lp
TDViIII
CR
LminLmáx
LLL
17/11/2006 Claudinei J. Donato 14
Condução Contínua Cálculo da Indutância:
L é definido a partir da ondulação de corrente devido a limitação de corrente das chaves.
(19) .
.
:15 equação Da
fI
DViLp
L
17/11/2006 Claudinei J. Donato 15
Condução Contínua Cálculo da capacitância de saída:
(25) )..(
..
(24) .
..
(23) .
)()( .
(22) .
.
max
max
max
maxmax
SEL
SEL
SELRSE
LLCSECRSE
CC
C
CRSE
RINVof
NDIoC
fC
DIo
N
RIVo
N
RIV
N
IIoIo
N
IIRIV
fC
DIoV
dt
dVCI
VVVo
17/11/2006 Claudinei J. Donato 16
Condução Contínua Valores de tensão e corrente para as
chaves:
(29)
(28)
(27) .
(26)
max
max
max
N
II
II
V
VoViVoV
VViV
LDmáx
LTmáx
SRD
SRT
17/11/2006 Claudinei J. Donato 17
Condução Contínua
(33)
(32) )1(.
(31) .
(30) 122
.3
1
:onda de forma dapartir a eficaz, Corrente
22
222
max
max
22
max
max
22
rmsDrmsCrms
CrmsrmsDrms
LrmsDrms
LrmsTrms
LLLmedLrms
IoII
IIoI
DN
II
DII
I
D
IiIII
17/11/2006 Claudinei J. Donato 18
Condução Descontínua
TimeI(D5) -I(RLOAD1)
0A
10A
SEL>>
-I(LP1)
0A
1.0AV(U1:3) V(OUT)
0V
-20V
20VV(DRAIN)
0V
0.75KV
VT
VDVO
IDIO
ILp
t2t1
T
t3
17/11/2006 Claudinei J. Donato 19
Condução Descontínua
(33)
(32)
(31)
11 T
tD
IIo
IIi
C
L
Vi
L
C R
T
Vo
-
+
VDIL IoIC
VCNp Ns
17/11/2006 Claudinei J. Donato 20
Condução Descontínua
(37)
(36)
(35)
(34) 0
22 T
tD
n
nN
IN
IIo
Ii
p
s
CL
Vi
L
C R Vo
-
+
VDIoIC
VCNp Ns
D ID
17/11/2006 Claudinei J. Donato 21
Condução Descontínua
(41) ..
:40 e 12 De
(40) .
.
:39 e 38 De
(39) .
(38) .
:anteriores equações Das
2
1
1
2
21
D
DN
Vi
Vo
DN
DIiIo
N
DIIoDIIi L
L
17/11/2006 Claudinei J. Donato 22
Condução Descontínua
(44) 2
.Ii
(43) ..
(42) ..
....
Lp
Tpor ndomultiplica ,
.
..
:41 De
1
1max
21
21
DI
Lp
TDViI
ILpN
TDVo
Lp
TDVi
N
DVoDVi
Lmáx
L
L
17/11/2006 Claudinei J. Donato 23
Condução Descontínua Para indutância crítica, analisamos circuito em
condução crítica e definimos o D1max:
adescontínu e contínua entre limite no potência Pi
(45) ..2
.
..2
.
..2
.
:44 e 43 Usando
lim
lim
2max1
2min
21
221
fPi
DViLp
fPi
DVi
Vi
Vi
fIi
DViLp
CR
17/11/2006 Claudinei J. Donato 24
Condução Descontínua Ciclo de trabalho do transistor:
(47) .
)1.(
: idadedescontinu dalimiar no máximo N o Cálculando
(46) ...2
:crítica indutância dapartir
aindutor o odeterminad sendo 44, e 43 departir A
max1
max1maxmax
1
DIo
DIiN
Vi
fLpIiD
17/11/2006 Claudinei J. Donato 25
Condução Descontínua
(50) )..(
)1.(.
:saída de iaCapacitânc
(49) .
:41 de primário, no refletida secundário do Tensão
(48) ..
:40 equação dapartir a diodo, do trabalhode Ciclo
max
min2
min2
max1min
12
SEL
SR
RINVof
DNIoC
D
DViV
Ii
DNIoD
17/11/2006 Claudinei J. Donato 26
Condução Descontínua
(53) 3
.
(52) 3
.
(51) 3
.
:onda de forma dapartir a eficaz, Corrente
2max
1max
21max
D
N
II
DII
DDII
LDrms
LTrms
LLrms
17/11/2006 Claudinei J. Donato 27
Referências CHOI, Hang-Seok. Design Guidelines for Off-line
Flyback Converters Using Fairchild Power Switch (AN4137). Disponível em http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-4137.pdf#page=1. Acesso em 15 nov. 2006.
MELLO, Luiz F. P.. Análise e Projetos de Fontes Chaveadas. São Paulo, Ed. Érica, 1996. 487 p.
ERICKSON, R. W.; MAKSIMOVIC, D.. Fundamentals of Power Electronics. 2th ed. Boulder, Usa: Springer, 2001. 912 p.
POMILIO, José Antenor. Fontes Chaveadas. Apostila. Disponível em http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/. Acesso em 04 out. 2006.