UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL - UFMS

FACULDADE DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E URBANISMO E GEOGRAFIA – FAENG

CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

LABORATÓRIO DE TÓPICOS DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

MODULADOR PWM

Prof. Dr. Nicolau Pereira Filho

ACADÊMICOS:

EDUARDO MATINS MORENO

GUILHERME SOUZA MOURA CASTRO

CAMPO GRANDE-MS

Maio, 2014

Sumário1. INTRODUÇÃO...........................................................................................................3

2. OBJETIVOS................................................................................................................3

3. REVISÃO TEÓRICA.....................................................................................................3

4. MATERIAIS................................................................................................................4

5. PROCEDIMENTOS.....................................................................................................5

6. CONCLUSÃO.............................................................................................................7

1. INTRODUÇÃO

Nas topologias modernas de eletrônica de potência, os principais conversores

CC-CC, tais como Buck, Boost, Buck-Boost, Fly-Back, Push-Pull, Half e Full-Bridge, entre

outros, necessitam de uma chave controlada para o seu funcionamento. Esta chave é

controlada com uma frequência de funcionamento e ciclo de trabalho determinadas

no seu equacionamento. O modulador PWM (Pulse Width Modulator) auxilia no ciclo

de trabalho da chave dos conversores enviando um sinal com largura de pulso

modulada.

O CI (circuito integrado) UC3525 e similares produzem e controlam o pulso do

PWM através de montagens e topologias indicadas em seu Datasheet.

2. OBJETIVOS

O objetivo do experimento é familiarizar o aluno com o modulador bem como

nas necessidades construtivas dos conversores CC-CC.

3. REVISÃO TEÓRICA

O UC3525 é um circuito integrado monolítico, muito utilizado para a geração de

pulso de PWM’s. Nas figuras abaixo temos a representação do C.I.:

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Figura 1.a - Encapsulamento do CI

Figura 1.b – Diagrama de blocos do CI.

Com esse circuito pode-se obter um pulso de saída de largura controlado com

frequência fixa situada entre 100Hz até 500kHz e amplitudes de 8 a 35V, dependendo

da tensão de alimentação.

O modulador PWM funciona da seguinte forma:

1. Gera um sinal CC de referência;

2. Gera uma onda dente de serra que será a onda portadora do pulso;

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3. Compara os dos sinais e gera a onda quadrada desejada;

As formas de onda são apresentadas a seguir:

Figura 2 - Sinal de Referência

Figura 3 - Sinal dente-de-serra

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Figura 4 - Sinal de Saída do Modulador

4. MATERIAIS

- 1 placa de fenolite universal 10x15 cm modelo 3823;

- 1 CI UC3525 ou SG3525 ou K3525;

- Soquete para CI de 16 pinos;

- 3 capacitores eletrolíticos 10uF 25V;

- 1 capacitor (cerâmico ou poliéster) 10 nF 25V;

- 1 capacitor (cerâmico ou poliéster) 4,7 nF 25V;

- 2 potenciômetros 10k (linear);

- 2 diodos 1n4148;

- 1 diodo zener 15V 1/2W;

- 1 LED vermelho pequeno;

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- 2 resistores 10KW 1/8W;

- 1 resistor 22W 1/8W;

- 1 resistor 1,8kW 1/8W;

- 1 resistor 10W 1/8W;

- 2 resistores 4,7k 1/8W;

- 1 Transistor BC548 ou equivalente;

- 1 Transistor BC 558 ou equivalente;

- 1 protoboard;

- 1 Mosfet irf640;

- Instrumentos de medição:

- Osciloscópio;

- Multímetro;

5. PROCEDIMENTOS

No primeiro momento, foi pedido que se faça uma montagem do CI para que se

pudesse obter sinal nas saídas 11 e 14. Esta montagem é bem simples e segue o

esquemático a seguir:

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Figura 5 - Montagem 01

As ondas verificadas nas saídas 1 e 2 (da montagem da Figura 4) vistas na Figura

5, são complementares.

Na segunda montagem, é usada a saída 13 como única saída do modulador, e

faz-se a ligação direta dos pinos 11 e 14. Após o pino 13, é feito a ligação de

transistores NPN e PNP. Segue o esquemático na figura 6.

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Figura 6

A forma de onda obtida pelo pino 13 pode ser vista na figura 7.

6. Questões Circuito PWM

1- Como é gerado o sinal PWM de saída? Apresente um diagrama simplificado.

Conectando o pino 16(que fornece uma tensão de referencia) no pino 1, e

sabendo-se que o pino 1 e 2 estão conectados a um amplificador de erro(figura7)

obtemos uma tensão de referencia, visto na figura 8, retirado a partir do

osciloscópio.

Figura 7

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Figura 8

No pino 5, o CI gera uma onda dente de serra, como é visto na figura 9,

também retirada no circuito pelo osciloscópio.

Figura 9

Como explicado na revisão teórica, a comparação das duas ondas nos fornece o nosso pulso PWM.

2- Qual a função do capacitor ligado ao pino 8?

A capacitância conectada entre o pino 8 e terra fornece uma partida

suave(soft-start). Quanto maior a capacitância, maior o tempo de amortecimento,

ou seja, isso se resume entre o tempo da onda sair do zero e chegar ao ciclo de

trabalho desejado. Sendo que esse amortecimento se refere apenas ao inicio de

trabalho do PWM. Os valores típicos de capacitância variam entre 1 μ F a 22 μ F,

dependendo do tempo de partida suave desejado.

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3- Quais componentes definem a frequência de comutação?

A frequência de comutação do PWM é definida pela formula abaixo:

f= 1¿¿

, onde C1 é o capacitor de tempo conectado entre o pino 5 e terra, R1 é a

resistência de temporização conectado entre o pino 6 e terra, e o Rd é um

capacitor que pode ser adicionado entre a ligação do pino 7 ao 5(porém interfere

muito pouco na fre quência).

4- Qual a função do pino 10? Explique.

É o pino que pode ativar ou desativar o PWM de uma maneira rápida. Quando

o pino está em sinal baixo o PWM esta habilitado, quando o pino esta com sinal, o

PWM é desativado. Este pino nunca deve ficar flutuante, pois pode trazer ruídos

ao CI.

5- Qual a função do pino 13?

É a tensão de alimentação do CI, é conectado aos coletores dos transistores

NPN, na saída do totem pole. Sua alimentação situa-se na faixa de 4,5 a 35V. A

tensão de saída do PWM, será a tensão de entrada do pino 13 menos a queda de

tensão do transistor. Deve-se levar em consideração que essa tensão de saída tem

que se situar entre 9 a 18V, pois a maioria dos MOSFETs trabalham nessa faixa de

tensão.

6- Qual a frequência de comutação?

Figura 10

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Observa-se pela figura obtida a partir do osciloscópio que a frequência de

comutação é 37.1653kHz.

7- Ajustando-se o potenciômetro conectado ao pino 2 para uma tensão de 3V, qual a

razão cíclica de saída?

Figura 11. Ajuste da tensão no pino 2 para 3V.

Figura 12. Forma de onde da saída do PWM, quando a tensão no pino 2 for 3V.

Como a razão cíclica é definida pela formula D=t onT

, obtemos pelos dados

do osciloscópio D=18.71 µ53.64 µ

=0.35.

8- Qual a razão cíclica máxima da saída do pino 11? E a mínima?

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Figura 13. Razão cíclica máxima no pino 11.

Para encontrar a razão cíclica máxima e mínima na saída 11, ajustamos nos

limites do pino 2.

D=25.25 µ53.8µ

=0.469.

Figura 14. Razão cíclica mínima do pino 11.

D= 1.65µ53.7µ

=0.03.

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9- Qual a diferença entre as saídas dos pinos 11 e 14? Apresente as formas de onda?

Figura 15

Como visto na representação dos dois pinos visto na figura 15, conclui-se que as ondas nos pinos 11 e 14 são complementares. O deadtime(tempo morto), é devido ao resistor Rd, localizado entre os pinos 5 e 7.

10- Qual a frequência de comutação?

Figura 16

A frequência de comutação verificada na figura é de 18.60kHz.

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11- Ajustando-se o potenciômetro conectado ao pino 2 para uma tensão de 2V qual a

razão cíclica da saída?

Figura 17

A nova razão cíclica será de D=19.77 µ26.8 µ

=0.74.

12- Qual a razão cíclica máxima de saida?

Aferindo a partir do pino 13(pulso de saída) obtemos as seguintes representações:

Figura 18. Razão cíclica minima

D= 690n27.47 µ

=0.025.

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Figura 19. Razão cíclica máxima

D= 24.72µ26 .79µ

=0.92.

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BIBLIOGRAFIA

Datasheet UC3525A.

Datasheet SG3525.

Rashid, Muhammad H. – Eletrônica de Potência: circuitos, dispositivos e aplicações. 4ª edição. São Paulo: Makron Books, 1999.

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