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

JULIANA DE OLIVEIRA MONTEMOR

ROGÉRIO LANDIN

CAMPO GRANDE-MS

Maio, 2014

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

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

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

4. MATERIAIS................................................................................................................6

5. PROCEDIMENTOS.....................................................................................................7

6. Questões Circuito PWM...........................................................................................8

7. BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................16

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. Nas figuras abaixo temos a representação do C.I.:

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Figura 1 - Encapsulamento do CI

Figura 2 – 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 3 - Sinal de Referência

Figura 4 - Sinal dente-de-serra

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Figura 5 - 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 6 - 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 7 – Montagem 02

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 referência) no pino 1, e sabendo-se que o pino 1 e 2 estão conectados a um amplificador de erro (figura 8) obtemos uma tensão de referencia, visto na figura 8, retirado a partir do osciloscópio.

Figura 8

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Figura 9

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

também retirada no circuito pelo osciloscópio.

Figura 10

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 1μF a 22μF, 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 osc=1

CT (0,7 RT+3RD )

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 está 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 11

11

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 12 - Ajuste da tensão no pino 2 para 3V

Figura 13 - Forma de onde da saída do PWM, quando a tensão no pino 2 for 3V

Como a razão cíclica é definida pela fórmula:

D=t onT

obtemos pelos dados do osciloscópio:

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D=18.71 µ53.64 µ

=0,35

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

Figura 14 - 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 15 - Razão cíclica mínima do pino 11.

D=1.65 µ53.7 µ

=0,03

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

onda?

Figura 16

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 17

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 18

A nova razão cíclica será de:

D=19.77 µ26.8 µ

=0,74

12- Qual a razão cíclica máxima de saída?

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

Figura 19 - Razão cíclica mínima

D= 690n27.47 µ

=0,025

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Figura 20 - Razão cíclica máxima

D=24.72µ26.79µ

=0,92

13- Explique o funcionamento desta conexão.

Esta conexão serve para juntar as saídas 11 e 14 e fazer uma saída única com o dobro da frequência.

14- Explique o funcionamento do circuito (totem pole) de ataque de gate.

Este circuito serve para levar o pino 13 à terra em ciclos alternados de oscilação. Isto para evitar corrente negativa no CI.

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7. 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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