Simulação computacional do conversor flyback.

Usando os dados apresentados na Tabela 15 e na Tabela 17, monta-se no PSIM, o circuito de simulação do conversor apresentado na Figura 46.

Figura 46 – Circuito de simulação do conversor flyback no PSIM.

Para fins de simulação, nota-se que o transformador flyback e o indutor de filtro não são mostrados na Figura 46. Ambos os elementos foram modelados através de circuitos magnéticos que usam dados da curva B-H, ou seja, a curva B-H da Thornton de material

IP12R. O modelo do transformador flyback é apresentado na Figura 47, ao passo que o modelo do indutor de filtro da corrente de entrada é mostrado na Figura 48.

Figura 47 – Modelo do circuito magnético do transformador flyback.

Figura 48 – Modelo do circuito magnético do indutor de filtro da corrente de entrada.

As vantagens do uso dos modelos da Figura 47 e Figura 48, sobre os transformadores que o PSIM 9.0 possui, são:

• Possibilidade de empregar os dados relativos ao entreferro;

• O modelo do núcleo permite visualização das formas de onda do fluxo, da densidade de fluxo e da intensidade do campo magnético no núcleo;

• A partir da forma de onda da densidade de fluxo, poderá ser previsto se o núcleo irá saturar ou não;

• A partir da forma de onda da densidade de fluxo e da intensidade do campo magnético, poderá ser visualizada a curva B-H do núcleo, antes e após a inclusão do entreferro;

No CD em anexo, encontra-se na SIMULAÇÃO 2, ou seja, a simulação dos circuitos da Figura 46, Figura 47 e Figura 48. Caso o leitor tenha interesse em compreender como os modelos da Figura 47 e da Figura 48 foram desenvolvidos, basta consultar o APÊNDICE J.

Como mencionado no capítulo 3, a equação (3.30) calcula a perda dissipada no circuito snubber, mas ela não leva em consideração o efeito do tempo de comutação do transistor. Se o transistor comutasse instantaneamente, toda energia da indutância de dispersão seria transferida ao circuito snubber, mas fisicamente isso não ocorre. Logo, um atraso no tempo de comutação do transistor irá resultar em uma pequena dissipação de energia sobre o mesmo. De outra forma, o tempo de comutação do transistor irá definir a quantidade de energia que será distribuída entre o transistor e o circuito snubber. No circuito da Figura 46, a fonte que aciona o mosfet não possibilita o ajuste do tempo de comutação, sendo que o mesmo é definido em função do passo de simulação. Logo, conclui-se que o passo de simulação influi diretamente no funcionamento do circuito snubber.

A seguir, só serão apresentados os principais resultados da SIMULAÇÃO 2, sendo que a simulação foi definida no intervalo de 0,05 a 0,10 segundos e com passo de simulação idêntico ao valor do tempo de comutação que é calculado na equação (10.98), no APENDICE I, ou seja, igual a 151,1ns.

Figura 50 – Tensão (em vermelho) e corrente (em azul) na carga.

Figura 51 – Corrente no enrolamento primário (em azul) e secundário (em vermelho) do transformador flyback.

Figura 52 – Ampliação da Figura 51.

Figura 54 – Tensão entre os terminais de dreno e fonte.

Figura 55 – Densidade de fluxo do fluxo imposta aos núcleos magnéticos. (Acima) Núcleo do transformador flyback. (Abaixo) Núcleo do indutor de filtro.

Pelo resultado da Figura 55, conclui-se que no núcleo do transformador flyback será imposto um valor máximo de densidade de fluxo próximo do valor definido, ou seja, próximo de 0,14T. De forma igual, no núcleo do indutor de filtro, comprova-se pela simulação que a

máxima densidade de fluxo é próximo do valor de projeto, ou seja, igual a 0,10T. Outra importante constatação é que os valores de pico da densidade de fluxo no núcleo do transformador flyback apresentam grande variação da amplitude. Por isso, se usada uma fonte senoidal retificada para alimentar o conversor flyback, no cálculo das perdas no núcleo do transformador deve-se calcular o valor efetivo da densidade de fluxo definido na equação (4.48).

Tabela 19 – Principais resultados da SIMULAÇÃO 2.

Parâmetro Valor

Valor eficaz da tensão de entrada, Vf 220 V

Valor eficaz da corrente de entrada, If 0,15 A

Fator de potência, f.p. 0,99

Taxa de distorção harmônica da corrente, DHT 0,11

Valor médio de tensão na carga, Vo 89,71 V

Valor médio de corrente na carga, Io 0,35 A

Valor de pico da corrente no enrolamento primário, Ip_pico 0,89 A Valor eficaz da corrente no enrolamento primário, Ip_rms 0,25 A Valor médio da corrente no enrolamento primário, Ip_med 0,14 A Valor de pico da corrente no enrolamento secundário, Is_pico 2,89 A Valor eficaz da corrente no enrolamento secundário, Is_rms 0,75 A Valor médio da corrente no enrolamento secundário, Is_med 0,35 A Valor médio da tensão sobre o resistor do circuito snubber, VSN 328,55 V

Valor máximo da tensão sobre os terminais de dreno e fonte do mosfet, VDS_max, 625,90 V

Comparando os resultados da Tabela 17 com os da Tabela 19, notam-se pequenas variações nos resultados. A primeira é o aumento dos valores, eficaz e médio, das correntes nos enrolamentos. Conclui-se, que as pequenas diferenças nos valores das correntes ocorrem devido à aproximação feita no capitulo 3, para obtenção das equações (3.19) a (3.24), ou seja, no ato de considerar a frequência comutação muito maior que a frequência da rede. A segunda variação está no valor da tensão do snubber (VSN) e na tensão sobre os terminas de dreno e

fonte do mosfet (VDS_max). Isto ocorre, porque o passo de simulação influi diretamente no

funcionamento do circuito snubber. Se o passo de simulação for diminuído ao máximo, 10ns (valor mínimo que o computador Intel Core 3, 4GB de RAM pôde processar), verifica-se que os valores de tensões aumentam: VSN =340V e VDS_max =639,22V.

Apesar das diferenças entre resultados teóricos e simulados, a simulação do conversor garante que a metodologia de projeto possui boa conformidade. Ou seja, a partir da simulação conclui-se que o circuito possui grandes chances de funcionar corretamente. Assim, a seguir, são apresentados os resultados experimentais do estudo 2.