São descritos os componentes básicos de uma fonte chaveada PUSH-PULL, incluindo os procedimentos para seu desenvolvimento. As fontes chaveadas são amplamente utilizadas em aplicações que necessitam de fontes de alimentação de alto desempenho e apresentam algumas vantagens, como menor volume e peso, em comparação às fontes tradicionais, embora envolvam um circuito mais complexo. Tais configurações estão relacionadas à faixa de tensão e potência utilizada, conforme mostra a Figura 1.1.
Algumas vantagens da fonte do tipo “PUSH-PULL” em comparação com outros tipos de fontes chaveadas são o menor volume da “pool” e do transformador, bem como uma menor relação entre a corrente máxima do coletor e a potência máxima de saída, embora o complexidade do circuito. e o número de componentes é maior. Nas fontes do tipo “PUSH-PULL”, os elementos de chaveamento são conectados em fase oposta, com intervalos de condução exclusivos, ou seja, quando um elemento conduz, o outro é desconectado. O diagrama geral da fonte chaveada pode ser visto na figura 1.2 e a descrição de cada bloco funcional é dada nos capítulos seguintes, juntamente com o projeto de uma fonte +5V/20A, cujo protótipo está em operação nos laboratórios. do DCA/INPE.
ESTMIO DE ENTRADA
O sinal CA, após ser filtrado, é convertido em sinal CC pelo retificador de entrada, utilizando uma ponte de diodo retificada de onda completa, o que reduz bastante a ondulação no capacitor de entrada e, portanto, no estágio de saída da fonte. . Devido ao fato de o capacitor de entrada estar diretamente conectado à fonte de alimentação, seria necessária uma alta corrente de reforço se um circuito de suavização de carga não fosse usado para o capacitor de entrada. O capacitor de entrada armazena a energia que vem da rede de alimentação e será transferida para o estágio de saída.
A ondulação de carga na saída da fonte é uma função de regulação alcançada no estágio de entrada, se por um lado a utilização de um valor elevado de capacidade de entrada minimiza este fator, por outro resulta em um curto tempo de recarga. o capacitor devido à sua pequena variação de tensão, o que implica no aparecimento de pulsos de corrente de alta intensidade no estágio de entrada. Portanto, o dimensionamento deste elemento deve obedecer a um compromisso entre a ondulação de carga desejada na saída e o dimensionamento dos elementos do estágio de entrada. O cálculo do valor do capacitor de entrada, assumindo a retificação de onda completa, é dado abaixo.
A corrente de entrada através do SCR é pulsada e o valor médio (Im) deve ser igual ao valor da corrente através do estágio de chaveamento. Além disso, um resistor deve ser usado em paralelo com o capacitor de entrada para descarregar o capacitor de entrada após o desligamento da fonte.
ESTAGIO DE COMUTAÇÃO
- tensão do primário (Ep) em volts;
- ãrea efetiva da ferrite (Ac) em cm 2 ; 3) frequência de operação (f) em Herts;
- curva BxH da ferrite
- ESTAGIO DE SAIDA
A utilização de transistores simplifica o circuito de “acionamento” necessário à implementação do mecanismo de chaveamento, embora limite a gama de potências possíveis de serem obtidas, reservando o uso de SCRs como elementos de chaveamento para fontes de alta corrente no estágio de chaveamento. Proibido. Este problema é resolvido utilizando um circuito modelador de forma de onda do sinal básico a ser injetado no transistor, sendo implementado no “driver” do estágio de controle. Para evitar que isso aconteça, um diodo de comutação rápida é usado entre o coletor e o emissor de cada transistor de comutação.
Com o número de voltas necessário e conhecendo as espessuras dos fios a serem utilizados, calcula-se o tamanho do enrolamento. Na fonte de exemplo foi escolhido um núcleo de ferrite E-E 42 (Thornton, 1982), que possui as seguintes características: .. 2) A partir das curvas W x H fornecidas pelo fabricante fica claro que a faixa linear de trabalho do material se estende até 1500 Gauss. Cada diodo no estágio de saída opera em vários meios ciclos, resultando em uma corrente média por diodo igual à metade da corrente nominal da fonte.
Uma vez determinado o número de voltas necessárias no primário e no secundário, o tamanho do enrolamento deve ser calculado. Comparando a altura do enrolamento com a altura da janela, percebe-se que esta é suficiente para acomodar o enrolamento do transformador e, portanto, requer o cálculo deste elemento. No caso da fonte +5V/20A operando em 150 volts, com corrente de coletor igual a 0,9A, percebe-se que o transistor BUY 69A é capaz de operar com segurança nestas condições, sendo portanto o elemento selecionado para mudar.
Este tratamento final do sinal de modulação ocorre no estágio de saída, cujo diagrama funcional pode ser visto na Figura 4.1. A retificação do sinal modulado é realizada com retificador de onda completa, utilizando diodos de recuperação rápida, além do transformador secundário possuir “banda média”. Ainda em relação ao estágio de saída, existe o circuito de proteção “pé-de-cabra”, que evita que a tensão de saída ultrapasse um valor pré-determinado, caso a proteção contra sobretensão do estágio de controle não tenha respondido.
Este tipo de proteção é acionada como último recurso contra sobretensões na saída da fonte, em caso de falha no sistema de proteção das fases de controle. Sempre que a tensão de saída tenta exceder a tensão zener, isso aciona o SCR, que causará um curto-circuito na saída da fonte. Utilizando filtro passa-baixa LC, possui rejeição de 40 dB/década, com frequência de corte de (2n 41) -1.
A utilização de poucas voltas no indutor é explicada pela necessidade de reduzir a resistência do enrolamento devido à grande corrente que fluirá por ele. Dado que a altura da janela é de 8 mm, isso parece ser suficiente para acomodar o enrolamento do indutor, por isso é utilizado o núcleo E.42.
ESTAGIO DE CONTROLE
O método de modulação utilizado é o PWM – modulação por largura de pulso – o que significa que a informação é enviada variando a largura do pulso. Durante a partida da fonte, o estágio de saída é desabilitado e, portanto, o sinal de erro é grande, o que faria com que a fonte começasse a chavear com a largura de pulso máxima. A fonte inicia automaticamente quando a fonte é acionada, através de um circuito RC, que permite o tempo necessário para que o capacitor do estágio de entrada carregue antes que a comutação seja iniciada.
Opcionalmente, um circuito de disparo que reinicia a fonte através de um "botão" sempre que a fonte é desligada. Este sinal, depois de armazenado, fornecerá, se necessário, um sinal de interrupção ao computador para indicar que a fonte está prestes a ser desligada. Após um intervalo de tempo determinado pelo circuito RC constante, o sinal de subtensão /.
Durante a partida da fonte, o circuito de proteção é bloqueado e só é liberado após o circuito de soft-start terminar de funcionar, ou seja, após a fonte ter entrado no modo de operação. Devido ao problema de isolamento do estágio de entrada do estágio de saída, deve ser utilizado um circuito que também forneça isolamento elétrico entre o estágio de controle e o estágio de entrada. Este circuito, denominado isolador, é basicamente um transformador de pulso mais um circuito transistorizado para excitação do transformador.
O cálculo do transformador de pulso é semelhante ao do transformador de potência, que utiliza núcleo de ferrite como material magnético. O sinal modulado é então transferido para o transformador de pulso secundário para ser amplificado e modelado antes de ser aplicado à base do transistor chaveador. Enquanto durar o pulso PWM, a fonte de corrente permanece condutora e fornece uma corrente constante ao transistor chaveador.
O circuito de modelagem consiste em um circuito RC que armazena energia enquanto a fonte de corrente está conduzindo. A vantagem de utilizar um circuito “driver” ativo é a facilidade de aumentar a potência da fonte, apenas alternando o valor da fonte de corrente, embora apresente uma desvantagem, que é a necessidade de uma fonte de tensão para alimentar o driver. independentemente da fonte de alimentação da parte lógica de controle 16. Completando a descrição do estágio de controle está um circuito indicador de desarmamento da fonte que acenderá um LED sempre que a fonte falhar.
FONTE AUXILIAR
A “ondulação” obtida com esta configuração é pequena, embora a regulação seja função da carga do capacitor de entrada, já que não há realimentação na fonte auxiliar. A ondulação que aparece no secundário da fonte assistida é a ondulação do estágio de entrada, amortecida por um fator de cerca de 10. Essa ondulação não causará problemas nem para a parte lógica nem para os “drivers”, pois os componentes utilizados no primeiro são CMOS, bastante imunes a variações na fonte de alimentação, e o segundo funciona com fonte de alimentação.
O cálculo do transformador fonte auxiliar segue o mesmo princípio do cálculo do transformador abaixador utilizando um núcleo de ferrite como material magnético.
RELAÇÃO DE MATERIAL
