COMPARAÇÃO ENTRE AS TÉCNICAS DE CFP TENDO A FAIXA DE POTÊNCIA COMO PARÂMETRO

Para fins de comparação entre as técnicas abordadas, assumir-se- á que a tensão de saída da fonte terá seu valor entre 12 V e 48 V e que a tensão de entrada será de faixa estreita (não universal). Deste modo, a única variável avaliada será a potência do conversor. A IEC61000-3-2 é aplicável a equipamentos monofásicos com potência de 75 W a 3.680 W. Na comparação realizada a seguir, esta faixa de potência será dividida em três intervalos: 75-200 W, 200-600 W e acima de 600 W. 2.6.11 Faixa de potência entre 75 e 200 W

Para esta faixa de potência as soluções mais interessantes são as mais simples: passivas e ativas de estágio único [7]. Para fontes que se enquadram da Classe A da IEC 61000-3-2, provavelmente a solução mais simples é a utilização de filtros passivos. Isto porque somente um ou dois componentes passivos são adicionados à estrutura, sendo uma solução bastante robusta e que não produz EMI (Interferência eletromagnética) adicional. Além disso, o custo é baixo e a redução do rendimento pode ficar em torno de 2 %, para as baixas potências [46]. Para aplicações abaixo de 100 W a solução baseada no resistor é ainda mais atraente, possuindo custo inferior e redução de rendimento por volta de 1,6 % [7]. No entanto, em aplicações em que peso e volume são os fatores mais relevantes, as soluções ativas de estágio único se tornam atraentes a partir dos 100 W, além disso, podem ter eficiência superior às passivas, dependendo da topologia usada. Contudo, apesar dos circuitos serem simples e com número de componentes reduzido, sua análise e projeto são mais complexos que a dos circuitos passivos.

Em se tratando de fontes que se enquadram na Classe D, as soluções CFP-EU são as mais indicadas desde 75 W, uma vez que o tamanho dos filtros LC passivos e seu custo são impraticáveis para esta faixa de potência, devido às restrições impostas pela norma. Neste caso, o filtro do tipo RC é inaceitável para toda a faixa de potência, devido à perda de rendimento que este causaria.

As estruturas ativas de dois estágios não são recomendadas para esta faixa de potência principalmente devido ao custo elevado. As estruturas de dois estágios possuem dois conversores completos,

dois componentes magnéticos de alta frequência e dois circuitos de proteção [7]. Além disso, o fator de potência unitário não é necessário para cumprir a norma. Portanto, esta solução é excessiva para baixas potências.

2.6.12 Faixa entre 200 e 600 W

Nesta faixa de potência as três técnicas já discutidas podem ser empregadas, passivas, ativas de estágio único e de dois estágios. No entanto, as soluções de estágio único são as mais atraentes devido ao baixo custo e a elevada densidade de potência.

No caso das fontes que se enquadram na Classe A, quando se utilizam filtros passivos, à medida que a potência aumenta, o valor da indutância de filtragem precisa aumentar para atender aos limites impostos pela norma. Segundo [7], é necessário utilizar núcleo de ferro- silício com tamanho equivalente ao E42 a partir dos 300 W. A opção de utilizar um resistor (filtro RC) nesta faixa de potência é inviável, pois compromete significativamente o rendimento da estrutura. Segundo [46], uma estrutura com correção ativa de estágio único de 300 W necessitaria utilizar dois núcleos de ferrite E20, apresentando uma pequena vantagem em tamanho, quando comparado a um de tamanho E42. Nesta faixa de potência, soluções de estágio único mais avançadas também são atrativas, sendo as mais recomendadas aquelas baseadas em estrutura meia-ponte e com comutação suave dos interruptores, como é o caso das estruturas propostas por Kwon [41] e Postiglione [37], apresentadas nas Fig. 2-28 e Fig. 2-29, respectivamente.

Fig. 2-29 – Estrutura proposta por Postiglione [37].

Quanto à solução de dois estágios, se torna cada vez mais competitiva à medida que a potência aumenta, porém, nesta faixa de potência seu custo ainda é elevado e sua densidade de potência é menor do que a das técnicas de estágio único [7].

2.6.13 Acima de 600 W

Nesta faixa de potência, circuitos passivos já não são mais recomendados devido aos elevados peso e volume, além de comprometerem o rendimento. As estruturas de estágio único deixam de se tornar atrativas, pois precisam processar maior porcentagem de energia duas vezes para atingir aos requisitos da norma e seu rendimento começa a ficar comprometido. Além disso, seus filtros de entrada passam a ser volumosos, pois na maioria dos casos filtram correntes em MCD que costumam causar interferência eletromagnética. Alguns autores, inclusive, não recomendam utilizar estruturas EU para potências acima de 700 W [46]. Desta forma, para potências acima de 600 W recomenda-se empregar as estruturas de dois estágios.

A técnica de CFP de dois estágios mais comum utiliza o conversor boost operando em MCC para corrigir o fator de potência e um conversor cc-cc em cascata. Esta estrutura é bastante conhecida e utilizada na indústria em aplicações de até dezenas de kW.

2.7 CONCLUSÃO

De modo geral, a otimização das estruturas CFP-EU deve cumprir diversos requisitos:

 Os harmônicos da corrente de entrada devem atender aos limites impostos pela IEC 61000-3-2 Classe D ou Classe A;  Deve possibilitar um baixo valor de tensão no capacitor de

barramento, a fim de reduzir seu custo e o dos interruptores;  A estrutura deve ser simples e com pequeno número de

componentes, para que tenha custo inferior a uma estrutura equivalente de dois estágios;

 O conversor deve ter baixo valor de corrente no(s) interruptor(es) e elevada eficiência para larga faixa de variação da potência de saída.

Outro desafio para a otimização de estruturas CFP-EU para fontes de alimentação está na condição de operar com larga variação da tensão de entrada. Nos Estados Unidos o circuito deve operar de 90-135 Vef e no padrão europeu de 180-265 Vef, ou ainda 90-240 Vef, que é o valor de tensão universal, como no caso do Brasil.

Para cada parâmetro de projeto existe uma relação entre custo e benefício. Dificilmente será possível desenvolver uma estrutura de estágio único com fator de potência unitário e ondulação de baixa frequência desprezível na tensão de saída, larga faixa de variação da tensão de entrada e de carga e elevado rendimento em toda faixa. Deste modo, é necessário priorizar algumas características e tentar adequar o projeto do conversor para otimizar os resultados, atendendo alguns requisitos principais e outros apenas parcialmente.

Em suma, os maiores desafios no projeto de um conversor CFP- EU estão em atender os limites para as correntes harmônicas, limitar a tensão do barramento CC, reduzir o elevado valor de corrente no(s) interruptor(es), possibilitar a utilização com tensão de alimentação universal e obter o maior rendimento e menor custo possíveis.

3 FONTE DE ALIMENTAÇÃO DE ESTÁGIO ÚNICO