Projeto de Fontes Chaveadas
Universidade Federal de Santa Catarina
Universidade Federal de Santa Catarina
Departamento de Engenharia Elétrica
Departamento de Engenharia Elétrica
Instituto de Eletrônica de Potência
Instituto de Eletrônica de Potência
Prof. Alexandre
Programa
Programa
1
aSemana:
• Introdução
• Capítulo I – Retificador e Filtro de Entrada
• Capítulo II – Fontes Chaveadas do Tipo Flyback
• Capítulo III – Fontes Chaveadas do Tipo Forward
• Capítulo IV – Fontes Chaveadas do Tipo Half-Bridge, Full Bridge e
Push-Pull
Programa
Programa
2
aSemana:
• Capítulo VI – Circuitos de Comando para Transistores de Potência
• Capítulo VII – Circuitos de Comando para Fontes Chaveadas
• Capítulo VIII – Resposta Transitória e Estabilidade
• Capítulo IX – Interferência Eletromagnética em Fontes Chaveadas
Introdução a Fontes
Introdução a Fontes
Chaveadas
Chaveadas
Fonte de
Alimentação
Rede CA
- Computadores e microcomputadores;
- Periféricos (impressoras, terminais, ...);
CC
- Telecomunicações;
- Equipamentos médicos e militares;
- Aviões e satélites;
- Fontes de alimentação para circuitos de comando de conversores.
Fonte de Alimentação: - Linear
Introdução a Fontes
Introdução a Fontes
Chaveadas
Chaveadas
Fonte Linear: Transformador de baixa freqüência, ponte retificadora, filtro capacitivo e regulador linear série.
• Elevada robustez e confiabilidade.
• Baixo custo.
• Simplicidade de projeto e operação.
• Elevado peso e volume.
• Baixo rendimento (reguladores lineares).
• Limitação na regulação.
• Geração de componentes harmônicas na corrente de entrada,
resultando um baixo fator de potência.
• Atualmente limitam-se à aplicações de baixa potência (simplicidade
•
Início do desenvolvimento: década de 60 em programas
espaciais.
• Avanço da microeletrônica e a necessidade de compactação dos
equipamentos aliado a baixo consumo difundiu o uso das fontes
chaveadas.
• Substituiu as Fontes Lineares.
Introdução a Fontes Chaveadas
Introdução a Fontes Chaveadas
• Características das
Fontes Chaveadas:- Maior rendimento;
!
- Elevada densidade de potência: menor volume e peso;
!
- Grande capacidade de regulação;
!
- Possibilidade de operar com fator de potência unitário;
!
- Menos robusta e resposta transitória lenta;
"
- Ondulação na tensão de saída;
"
- Interferência radioelétrica e eletromagnética;
"
- Maior número de componentes;
"
Introdução a Fontes Chaveadas
•
Esforços dos pesquisadores para diminuir as desvantagens das Fontes Chaveadas: - Nível teórico (topologias, comutação, controle, modulação, ...);- Otimização dos projetos;
- Fabricantes de componentes (circuitos integrados dedicados, semicondutores, ...).
•
Avanço dos semicondutores:- Década de 70: Transistor Bipolar com freqüências de até 20kHz;
- Década de 80: MOSFET (baixa potência) e diodo ultra-rápido com freqüências de até 100kHz;
- Recentemente: Fontes com comutação suave podendo operar na faixa dos MHz,
Introdução a Fontes Chaveadas
• Configuração usual de uma Fonte Chaveada
:Filtro de Rádio Freqüência
- Retificador - Filtro
- Proteções
Interruptor IGBT/ MOSFET
Transformador de Isolamento
- Retificadores - Filtros
Circuitos de Controle - Comando
Introdução a Fontes Chaveadas
• Desenvolvimento de uma Fonte Chaveada
:- Técnicas p/ redução da interferência eletromagnética gerada;
- Métodos p/ a correção do fator de potência; - Conversores CC-CC;
- Teoria de controle e modelagem de conversores estáticos;
- Projeto de indutores e transformadores de alta freqüência;
- Semicondutores de potência e circuitos integrados dedicados;
- Projeto térmico;
- Circuitos de comando e proteção;
Introdução a Fontes Chaveadas
•
Etapas de Projeto1. Especificar: - Tensão de entrada e saída; - Freqüência da rede;
- Tensões nominais, máxima e mínima da rede; - Ondulação de 120Hz na saída;
- Ondulação da saída na freqüência de comutação; - Hold-Up time;
- Temperatura ambiente; - Proteções exigidas; - Rendimento;
- Regulação de carga; - Regulação de linha; - Resposta transitória; - Tensão de isolamento;
Introdução a Fontes Chaveadas
• Etapas de Projeto
2. Definir: - Topologia do conversor; - Freqüência de comutação;
- Interruptor principal (IGBT, MOSFET, etc.);
- Isolamento (transformador de comando de base/gatilho, isolador ótico ou sensor hall no laço de realimentação);
3. Cálculo de Estágio de Entrada: - Retificador;
- Capacitor de filtragem;
- Limitação de corrente de pré-carga do capacitor de filtragem.
4. Projeto do Conversor
5. Cálculo do Transformador de Isolamento de Alta Freqüência
Introdução a Fontes Chaveadas
•
Etapas de Projeto
7. Circuito de comando de base ou gate
8. Projeto do circuito de compensação (estabilidade e resposta transitória)
9. Escolha do CI-PWM e cálculo dos componentes externos
10. Projeto dos circuitos de proteção
11. Cálculo da fonte auxiliar
Introdução a Fontes Chaveadas
1. Retificadores não Controlados (baixo FP)
1.1 Monofásico
i
vC
2
i
1
C
Conversor 110V
S
220V 2
1 2 D
vAC 1
D
3
D D4 C2
VCmin
ππππ 2π2π2π2π
0
Vpk
t1 t2
i I
p
vC
tc
t
ω ωω ω
t
ω ω ω ω
3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 0.0%
9.2% 18.5% 27.7% 37.0% 46.2% 55.5% 64.7% 74.0% 83.2% 92.5%
Introdução a Fontes
Chaveadas
1. Retificadores não Controlados (b
aixo FP)
1.2 T
rifásico
-D 2
D1
D 6
V 1 V 2 D 3
V 3 D 4 D 5
C
R
V C
+ _
V C i 1
V 1
π
t
Introdução a Fontes Chaveadas
2. Retificadores Controlados (FP elevado)
2.1 Monofásicos: BOOST, BUCK, ...
Vs
CONVERSOR carga
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
Retificador Monofásico com Filtro Capacitivo
i
v
C2
i
1
C
Conversor
110V
S
220V 2
1 2 D
vAC
1
D
3
D D4 C2
•
•
Operação em
Operação em
220 V e 110 V (
220 V e 110 V (
dobrador
dobrador
de
de
tensão
tensão
)
)
C
C C
C
C
=
+
1
2
1
2
•
•
220 V
220 V
(
2)
min C 2
pk
in
C
V
V
2
1
2
W
−
=
W
P
f
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
V
Cmin=
V
pkcos(
2
π
f t
c)
VCmin
π 2π
0
V pk
t1 t2
i I
p vC
t c
t
ω
t
ω
(
)
f
2
V
V
cos
arc
t
c Cmin pkπ
=
t
t
cc= intervalo de condu
= intervalo de condu
çã
çã
o dos diodos ou tempo de recarga de C (equivalente)
o dos diodos ou tempo de recarga de C (equivalente)
•
•
Carga transferida para C
Carga transferida para C
V
C
t
I
Q
=
p c=
∆
∆
c C pk
c p
t
V
V
C
t
V
C
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
C V
V
P
f
pk
C
in
(
2
−
min
2
)
=
C
P
f V
V
in
pk
C
=
−
(
2
min
2
)
Seja
Seja
I
IC1efC1ef -- valor eficaz da componente alternada da corrente ivalor eficaz da componente alternada da corrente i I
Imedmed -- valor mvalor méédio da corrente idio da corrente i I
Iefef --valor eficaz da corrente ivalor eficaz da corrente i
2 1 2
2
ef C med
ef
I
I
I
=
+
2 21ef ef med
C
I
I
I
=
−
I
I
t
T
med
=
p c2
T
t
I
I
ef=
p2
c2 2
2 1
2
2
−
=
T
t
I
T
t
I
I
C ef p c p c 2Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•EstEstáágio de entrada gio de entrada éé ligado ao conversor CCligado ao conversor CC--CC operando em alta CC operando em alta freq
freqüêüênciancia
2pk
I
T
T i
ωt
on 2
s
D
V
I
P
in=
2pk CminD
T
T
on
=
D
V
P
I
C in pk
min 2
=
Onde:
Onde:
Para
Para DDmaxmax=0,5=0,5
min 2
2
C in pk
V
P
I
=
min 2
2
2
Cin pk
ef
V
P
I
I
=
=
P
P
in
=
out
η
Logo:Logo: 21 2
2ef C ef
C
I
I
I
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•Grandezas ElGrandezas Eléétricas nos Diodos das Pontes Retificadorastricas nos Diodos das Pontes Retificadoras
I
P
V
Dmed
in
C
=
2
min
I
I
t
T
Def
=
p
c
pk
D
V
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•
Exemplo Num
Exemplo Num
é
é
rico
rico
V
V
ACAC= 117V ;
= 117V ;
V
V
ACminACmin= 99V ;
= 99V ;
V
V
ACmaxACmax= 135V
= 135V
f = 60Hz ;
f = 60Hz ;
V
V
CminCmin= 100V ;
= 100V ;
ηηηη
ηηηη
= 0,7 ;
= 0,7 ;
P
P
outout= 70W
= 70W
P
in=
P
out=
=
W
η
70
0 7
,
100
C
P
f V
V
in
pk C
=
−
(
2 min2)
V
pk=
2
V
A Cmin=
2 99
⋅
=
140
V
a)
a)
b)
b)
V
V
pk=
135
∆
V
=
V
pk−
V
Cmin=
135 100
−
=
35
V
C
=
F
⋅
−
≅
100
60 135
(
2100
2)
203
µ
F
C
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
c) c) d) d)(
)
(
)
t
arc
V
V
f
arc
ms
c C pk=
=
⋅ ⋅
=
cos
cos
,
min2
100 135
2
60
1 954
π
π
I C V
t A p c = = ⋅ ⋅ ⋅ = − −
∆ 203 10 35
1 954 10 3 64
6
3
, ,
e)
e)
2
t f
c= ⋅
2 1 954 10
,
⋅
−3⋅
60
=
0,2345
A
f
t
f
t
I
I
C1ef=
p2
c−
(
2
c)
2=
3
,
64
⋅
0
,
2345
−
0
,
2345
2=
1
,
54
f)
f)
1
A
100
100
V
P
I
min C in ef2
=
≅
=
A
I
I
I
C ef C efef
1
1
,
54
1
,
84
2 2
2 1 2
2
+
=
+
=
=
g)
g)
h)
h) I I t
T A
Def = p c = ⋅
⋅
⋅ =
− − 3 64 1 954 10
16 666 10 1 25 3
3
, ,
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
i)
i)
j)
j)
k)
k)
I
P
V
A
Dmed in
C
=
=
⋅
=
2
100
2 100
0 5
min
,
V
Dmax=
V
pk max=
2
V
A Cmax=
2 135 191
⋅
≅
V
I
Dp=
I
p=
3 64
,
A
UFA !!
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•
Simula
Simula
çã
çã
o Num
o Num
é
é
rica
rica
R
R
i vC
iC
2
D i
1
D
vA C
3
D D4
C
v
A C
( )
t
=
2 99
⋅
sen
(
377
t
)
C = 203 C = 203µµFF R = 100 R = 100ΩΩ
140V
130V
120V
110V
100V
vC
t
Vpk
VCmin
V
V
pkpk≅≅≅≅
≅≅≅≅
140V
140V
V
V
CminCmin≅≅≅≅
≅≅≅≅
102V
102V
t
t
cc= 2,1ms
= 2,1ms
I
I
picopico≅≅≅≅
≅≅≅≅
8,0A
8,0A
I
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•CorrenteCorrente CapacitorCapacitor + Carga+ Carga
10A
8A
6A
4A
2A
0A
-2A
i
t
Q
∆
tc
1,4A
1,3A
1,2A
1,1A
1,0A
iR
t
•
•Corrente de CargaCorrente de Carga
10A
8A
6A
4A
2A
0A
-2A
iC
t
•
•Corrente noCorrente no CapacitorCapacitor
10A
5A
0A
-5A
-10A
i
t
vA C
•
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
••••
•••• VVCminCmin, , VVpkpk, , ttcc, , ∆∆∆∆∆∆∆∆Q e Q e IImedmed possuem praticamente os mesmos valores;possuem praticamente os mesmos valores;
p pico
I
I
≅
2
••••
••••
•
•AnAnáálise Detalhadalise Detalhada
θ3 π θ2 θ1
2 π 3π2
V pk V
Cmín
iC
α
β γ
π
V
1
V
C
ωt S1
S2 S3
( )
θ
=
V
⋅
sen
θ
V
C pk( )
θ = ω ⋅ θ( )
θ d dV CiC C
( )
θ
=
ω
CV
cos
θ
i
C pk( )
2 R( )
2C
i
i
θ
=
θ
( )
2pk 2
R sen
R V
i θ = − θ
2 pk
2
pk
sen
R
V
cos
CV
⋅
θ
=
−
θ
ω
tg
θ
2=
−
ω
RC
θ
π
tg
1(
ω
RC
)
2
−
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•AnAnáálise Detalhadalise Detalhada
θ3 π θ2 θ1
2 π 3π2
V pk V Cmín iC α β γ π V 1 V C ωt S1 S2 S3
(
θ
−
π
)
=
pk 1min
C
V
sen
V
(
)
pk min C 1V
V
sen
θ
−
π
=
+
π
=
θ
− pk min C 1 1V
V
sen
12
3
θ
−
π
=
α
β
=
θ
2−
π
2
π
=
γ
+
β
+
α
3 21
S
S
S
=
+
( )
∫
θ
⋅
θ
=
π
α −
π
i
d
S
2 C2 1
(
−
α
)
ω
=
CV
1
cos
S
1 pk( )
∫
⋅
=
−θ
θ
θ θ οd
R
V
S
C 2 1 2( )
(
)
RCpk
C
V
cos
e
V
ω θ −β
=
θ
− β ⋅ ⋅ ω = ω θ − θ − RC pk 2 2 1 e 1 R cos V RC S( )
2
i
S
3=
Cθ
2⋅
β
R 2
cos V
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•AnAnáálise Detalhadalise Detalhada
θ3 π θ2 θ1
2 π 3π2
V pk V
Cmín
iC
α
β γ
π
V
1
V
C
ωt S1
S2 S3
3 2
1
S
S
S
=
+
0.2 0.28 0.36 0.44 0.52 0.6 0.68 0.76 0.84 0.92 1 0
8 16 24 32 40 48 56 64 72 80
RC
VCmin p / V
ω
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•AnAnáálise Detalhadalise Detalhada
θ3 π θ2 θ1
2 π 3π2
V pk V
Cmín
iC
α
β γ
π
V
1
V
C
ωt S1
S2 S3
3 2
1
S
S
S
=
+
0 10 20 30 40 50 60 70 0
0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4
I Cef R
V pk
ω R C
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•
Dobrador
Dobrador
de
de
Tensão
Tensão
(110 V)
(110 V)
i + Conversor vC1 -+ vC2 -1 C 2 D vA C
1
D
3
D D4 C2
+ vC -+ _ i + Conversor vC1 -+ C2 -1 C 2 D vA C
1
D
3
D D4 C2
+ vC -v + _ π 2π 0 VC2 vC1 t ω pk VC2min vC2 VC1pk VC1min t ω VCpk VCmin C v vA C
2
V
V
V
V
min pkmin 2 C 2 C 1 C min C
+
+
=
minmin C2
1
C
V
V
=
pk
pk C2
1 C
V
V
=
3
V
V
2
V
pk min 1 C min C 1 C−
=
)
(
1 2 1 2Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•
Dobrador
Dobrador
de
de
Tensão
Tensão
(110 V)
(110 V)
)
t
f
2
(
cos
V
V
C1 C1 cpk
min
=
π
(
)
f
2
V
V
cos
arc
t
c C1min C1pkπ
=
c 1 C 1 C 1 c 1 1 1 p t ) V V ( C t V CI = ∆ = pk − min
I
med1=
I
p1t
cf
T
t
I
dt
I
T
1
I
p12 ct 0 2 1 p 2 1 ef c
=
=
∫
IIef1ef1 = valor eficaz da corrente i= valor eficaz da corrente i
f
t
I
I
ef1=
p1 cI
ICef1Cef1 = valor eficaz da corrente (alternada) em um= valor eficaz da corrente (alternada) em um capacitorcapacitor
2 1 med 2 1 ef
C
I
I
I
ef1
=
−
2 c c
1 p
C
I
t
f
(
t
f
)
I
ef
1
=
−
2 ef 2 2 1 Cief
Cef
I
I
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•
Dobrador
Dobrador
de
de
Tensão
Tensão
(110 V)
(110 V)
-
-
Projeto
Projeto
V
V
ACAC= 117V ;
= 117V ;
V
V
ACminACmin= 99V ;
= 99V ;
V
V
ACmaxACmax= 135V
= 135V
f = 60Hz ;
f = 60Hz ;
V
V
CminCmin= 100V ;
= 100V ;
ηηηη
ηηηη
= 0,7 ;
= 0,7 ;
P
P
outout= 70W
= 70W
a)
a) V 2 99 140V min
pk
1
C = ⋅ =
V
135
V
min pk 1C
=
88
,
33
V
3
135
200
2
3
V
V
2
V
pk min 1 C min C 1 C=
−
⋅
=
−
=
J
667
,
1
60
100
f
P
W
in=
in=
=
b)
b) 160 F
33 , 88 135 667 , 1 ) V V ( f P C C 2 2 2 1 C 2 1 C in 2 1 min pk µ ≅ − = − = =
F
80
C
≅
µ
(
)
(
)
ms 275 , 2 60 2 135 33 , 88 cos arc f 2 V V cos arctc C1min C1pk =
⋅ π ⋅ = π = c) c) d)
d) 3,28A
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•
Dobrador
Dobrador
de
de
Tensão
Tensão
(110 V)
(110 V)
-
-
Projeto
Projeto
e) e) f) f) g) g) h) h) 1365 , 0 60 10 275 , 2 f
tc = ⋅ −3 ⋅ =
A 126 , 1 ) 1365 , 0 ( 1365 , 0 28 , 3 ) f t ( f t I
IC p1 c c 2 2
ef
1 = − = ⋅ − =
A 5 , 0 200 100 V P I min C in ef
2 = = =
A 23 , 1 5 , 0 126 , 1 I I
ICef = C1ef2 + 2ef2 = 2 + 2 =
V
382
135
2
2
V
2
2
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•
Resultados Experimentais
Resultados Experimentais
100V/
100V/divdive 500mA/e 500mA/divdiv Tensão
Tensão e e Corrente Corrente de de EntradaEntrada Transitório Transitório de de PartidaPartida
100V/
100V/divdive 10 A/e 10 A/divdiv
100V/
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•ProteProteçãção de Ino de In--rushrush
S
R1
R
i i
vC
iC
- +
vA C
C Carga
I
V
R
p
pk
<
1
ττττ
ττττ
= 25ms = 25msττττ
ττττ
11= R
= R
11C = 10
C = 10
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅
1000
1000
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅
10
10
--66= 10ms
= 10ms
ττττ
ττττ
= 3
= 3
ττττ
ττττ
11= 3R
= 3R
11C
C
C
R
A
=
5
.
τ
≅
15
.
1.
0ms 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 100A
50A
0A 400V
200V
0V
vC
iC
R = 2
Capítulo I – Estágio Retificador com Filtro
de Entrada
•
•Circuito de disparo para um TriacCircuito de disparo para um Triac
R1
NT +
C
-A C
v
T D
C
Capítulo II - Fontes Chaveadas do Tipo
FLYBACK
S
D
R L
+
-Vin
Vce
C +
-+
-iL L
is
Vout
+
-+ -1
P
R +
-Vin
P i
C V
N
CE D
R T
S N
+
-T
Vout D
i
C i 1
1 +
-+
-BUCK-BOOST
FLYBACK
Funções do Transformador: - isolamento entre a fonte e a carga
Capítulo II - Fontes Chaveadas do Tipo
FLYBACK
• Conversor CC-CC do Tipo Buck-Boost
V L
V CE
i D i s
( Vin+Vout )
( Vin ) T
T1 T2
To ( Vin )
( Ip )
iL
( Vout )
S
D
R L
+ -Vin
Vce
C +
-+
-iL L
is
Vout +
-+ -1
S
D
R L
+ -Vin
Vce
C +
-+
-iL L
is
Vout +
-+ -1
1a Etapa
2a Etapa
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Equacionamento
a) Corrente de Pico na entrada
dt
di
L
V
L
=
T
D
L
V
I
p
=
in
T
T
D
=
1D
L
f
V
I
p in.
=
D
L
f
V
I
p in max.
max
=
V L
V CE
i D i s
( Vin+Vout )
( Vin ) T
T1 T2
To ( Vin )
( Ip )
iL
( Vout )
45
0
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
b) Tensão de Carga
T
2
T
I
V
I
V
P
1=
in.
1md=
in.
p.
1L 2 out 2 2 1 2 in 1
R
V
P
T
L
2
T
V
P
=
=
=
.
.
.
L
2
f
R
T
V
T
L
2
T
V
R
V
in 1 L2 1 2 in L out
.
.
.
.
.
.
.
.
=
=
L
2
f
R
D
V
L
2
f
R
f
D
V
V
out in L in LFontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
c) Indutor
f
I
L
2
1
P
P
P
in=
L=
out=
.
.
p2.
η
2 2
2 2 in out
L
f
D
V
f
L
2
1
P
.
.
.
.
.
max=
η
f
P
D
V
2
1
L
out 2 2 in
.
.
.
.
maxη
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Conversor CC-CC do Tipo Flyback
Etapas de Funcionamento e Formas de Onda Básicas para Condução Descontínua:
P R + Vin P i C V L CE D S V + -T Vout + -- + -T i L 1 P R + -Vin V C VCE D S L + -T Vout D i C V -+ S i L + -1 V P V CE i P
( Vin ) ( Vin )
Ip Vout . To T1 T2 N P N S Vin . N S N P
( Vout ) V
S
( Vin+Vout ) . N
P N
S
( Vin )
i T =
i S=iD I . N P N S P T1 T1 To To
1a Etapa
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Conversor CC-CC do Tipo Flyback
Flyback com Múltiplas Saídas
T +
-Vin
N
S1 D1
C1
L1 R
D2
P S2 C2 RL2
D3
S3
C3
L3 R N
N N
V 2 V
1
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Conversor CC-CC do Tipo Flyback
Características gerais: - baixo custo
- saídas múltiplas
- aceita grande variação da resistência de carga - isolamento entre a entrada e a saída
- boa regulação cruzada
- dispensa indutor de filtragem
- permite uso de diodos lentos na saída (cond. desc.) - resposta rápida
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Equacionamento
a) Corrente de Pico no Primário
T1=DT T2
T Ip
iL VL
Vin
-Vo t
t
dt
di
L
V
L
=
T
D
L
V
I
p
=
in
max in
out p
D
V
P
2
I
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Equacionamento
b) Tensão na Carga Vin
Ip
T1
Ts
t
∫
=
=
T1
0
s 1 p 1
p
s
2
T
T
I
dt
T
t
I
T
I
md
1
1
s 1 in
md 1 in
T
L
T
V
I
V
P
2
2 2
1
=
=
L out o
R
V
P
P
2
1
η
=
=
s
L
in
out
f
L
2
R
D
V
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Equacionamento
c) Cálculo da Indutância
η
=
=
∆
∆
=
=
out
s
p
L
P
f
I
L
t
w
dt
dw
P
2
2
1
s
out
2
max
2
in
f
P
D
V
2
1
L
=
η
d) Razão Cíclica Crítica
(
out
in
)
in
out
crit
V
V
1
V
V
D
+
=
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Equacionamento
e) Esforços nos Semicondutores
−
+
=
+
=
−
=
max
max
in
o
in
D
ce
D
D
V
V
V
V
V
1
1
out
2
in
md
D
V
L
f
D
V
I
2
2
=
3
1
2 in 3Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
R V C L C Vo + - R V C L C Vo + -I o iS• Equacionamento
f) Capacitor de Saída
dt
dV
C
i
c=
cc s max o
V
f
D
I
C
∆
=
s c SEI
V
R
<
∆
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
A A
e w
δ
2
s w
p
4 out
w e
f
B
J
k
k
10
P
,
A
A
∆
=
1
1
• Equacionamento
g) Transformador
Kp - fator de utilização do primário (0,5)
kw - fator de utilização da área do enrolamento (0,4 )
J - densidade de corrente ( 250 - 400A/cm2)
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Equacionamento
g) Transformador
e o
A
B
W
2
2
∆
∆
µ
=
δ
δδδδ - entreferro (metros)
µµµµo - 4ππππ 10-7
Ae - área da secção transversal do núcleo (metros2)
∆∆∆∆W - energia (joule)
∆∆∆∆B - variação de fluxo eletromagnético (0,2-0,3T)
p p
I
,
B
N
π
δ
∆
=
4
0
Np - número de espiras do primário
δδδδ - entreferro (centímetros)
∆∆∆∆B - variação de fluxo eletromagnético (Gauss=104T)
(
)
(
)
nom nom in
F n
out p
sn
D
D
-1
V
V
V
N
N
=
+
Ns - número de espiras do secundárioFontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Característica de Saída em CCM e DCM
I
D
f
L
2
R
D
V
V
o s
L
in out
′
=
η
=
Condução Descontínua
Condução Contínua
D
-1
D
V
V
in out
=
0.2 0.4 0.6 0.8 1
0 1 2 3 4
D=0.2 0.4
0.6 0.7 Vout
____
Vin
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Procedimento de Projeto para o Buck-Boost em Cond. Desc.
2. Calcular a razão cíclica crítica e definir a nominal.
(
out in)
in out
crit
V
V
1
V
V
D
+
=
→
para DCM Dnom
≤
Dcrit
3. Calcular a indutância.
s out
max in
f
P
D
V
L
=
η
2 2
2
1
→
tempo de condução chave =D
nomT
sFontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Procedimento de Projeto para o Buck-Boost em Cond. Desc.
4. Calcular a corrente de pico máxima.
nom s
in
p
D
L
f
V
I
=
5. Calcular a resistência de carga.
6. Calcular a capacitância.
out out o
P
V
R
2
=
c s
max o
V
f
D
I
C
Fontes Chaveadas do Tipo FLYBACK
• Procedimento de Projeto para o Flyback em Cond. Desc.
2. Calcular o produto AeAw e definir o núcleo.
1. Especificar: Vin, Vout, Pout, fs, ∆∆∆∆Vo, ηηηη.
s w
p
4 out
w e
f
B
J
k
k
10
P
1
,
1
A
A
∆
=
3. Calcular a corrente de pico no primário.
4. Calcular a energia acumulada no transformador.
max in
out p
D
V
P
2
I
η
=
s out