Elepot2006 proj (1)

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  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 1

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador

    Topologia do conversor CC/CC - Flyback

    O transformador TR tem trs funes:1. Propiciar o isolamento entre a fonte e a carga;2. Acumular a energia quando a chave T estiver fechada;3. Adaptar a tenso necessria ao secundrio.

    Descrio de funcionamento:

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 2

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador

    Clculo do ncleo do transformador para a fonte FlybackSeja a lei de Faraday:

    dtdBANV epin =

    onde: Np o nmero de espiras do primrio, Ae a rea da seco transversal do ncleo e B a densidade de fluxo magntico.A derivada dB/dt pode ser aproximada por:

    ontB

    tB

    dtdB =

    =

    Conseqentemente,

    DBfAN

    tBAN

    V sepon

    epin

    =

    = com

    s

    on

    TtD =

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 3

    Desse modo: Estudo do transformador: clculo do ncleo

    Apndice Fonte Chaveada

    sp

    ine BfN

    VDA

    = max

    Considere o ncleo com o formato da Fig. abaixo,

    Em que:Ap rea ocupada pelo primrio.Kw fator de utilizao da rea do enrolamento.Aw rea da janela do ncleo.Kp fator de utilizao do primrio.

    Assim:

    wwpp AKKA =

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 4

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador: clculo do ncleo

    Considere a relao:JAIN ppefp =

    onde J a densidade de corrente no condutor e ipef o valor eficaz da corrente no primrio. Ento,

    wwppefp

    p AKKJIN

    A == ou JKKIN

    Awp

    pefpw =

    Manipulando-se as equaes anteriores, pode-se escrever:

    swp

    pefinwe

    wp

    pefp

    sp

    inwe BfJKK

    IVDAA

    JKKIN

    BfNVDAA

    =

    = maxmax

    Para o conversor flyback,

    3(max)DII ppef = mas

    DI

    I medpp)(

    (max)

    2= assim, D

    II medppef 34

    )(=

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 5

    onde o rendimento da fonte ( = 0.7 - pior caso), Pout a potncia de sada e Pin a potncia de entrada.Consequentemente,

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador: clculo do ncleo

    Desta forma,D

    BfJKKIV

    AAswp

    medpinwe 3

    4)(

    =

    Seja Dmax = 0.45 (valor de projeto), ento:

    swp

    medpinwe BfJKK

    IVAA

    = )(

    77,0

    Por outro lado,

    out

    medpininPIVP == )(

    swp

    outwe BfJKK

    PAA

    = 1.1

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 6

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador: clculo do ncleo

    Considere as seguintes unidades:Pout[W] potncia de sada;

    J[A/cm2] densidade de corrente;fs[Hz] freqncia de chaveamento;B[T] variao de fluxo magntico;

    Assim:4

    4101.1 cmBfJKK

    PAAswp

    outwe

    =

    Estudo do transformador: escolha dos condutoresA rea da seo reta do condutor dado por:

    JI

    S pefcm =

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 7

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador: exemplo numrico

    Especificar o ncleo de uma fonte flyback em conduo descontnua para:Pout = 60W, fs = 67kHz, Kp = 0.5, Kw = 0.4, J = 200A/cm2 e B = 0.16T

    Soluo: 44101.1 cmBfJKK

    PAAswp

    outwe

    =

    43

    4

    54.116.010672004.05.0

    10601.1 cmAA we ==

    A partir da tabela de ncleos EE, escolhe-se o ncleo E 42/15. Estudo do transformador: clculo do entreferro

    A energia armazenada no indutor, no instante ton, :

    BHVILW pp 21

    21 2

    (max) =

    onde V o volume do entreferro.

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 8

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador: clculo do entreferro

    Como:VBWBH

    0

    2

    0 21

    ==

    em que, sendo o comprimento do entreferro. Ento:eAV =

    ee AB

    WABW 20

    0

    2 221 ==

    2/=gl

    Ncleo de Ferrite - EE

    A energia W pode ser obtida como segue:

    sout

    in WfPP ==

    Assim,

    s

    out

    fPW

    =

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 9

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador: clculo do entreferro

    Condies de contorno para potncia de sada A densidade de fluxo de saturao para o ferrite da ordem de 0.3T. O ciclo de trabalho, inferior a Bmax, depende de fs. Quando fs aumenta, o valor de B deve diminuir para reduzir perdas. Deve-se garantir que quando Vin aumenta, D

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 10

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador: clculo do entreferro

    Conseqentemente, a corrente do primrio pode ser dada por:

    (max)min(max)

    2DVPI outp

    =

    Para = 0.7 e Dmax = 0.45,

    min(max)

    35.6VPI outp =

    Exemplo numrico: seja uma fonte com as seguintes caractersticas;Pout = 60W, fs = 67kHz, Vmin = 36V, Vmax = 76V, = 0.7

    Soluo:A

    VPI outp 6.1036

    6035.635.6

    min(max) =

    ==

    JfPWs

    out 33 1028.110677.0

    60 =

    ==

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 11

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador: clculo do entreferro

    Exemplo numrico: continuao da soluo

    mmABW

    e

    69.01018116.01028.11042262

    37

    20 =

    ==

    mmlg 345.02==

    Estudo do transformador: enrolamento primrioSeja a relao:

    (max)(max) 4.0

    4.0p

    ppp IBNBIN

    ==

    Exemplo numrico: continuao da soluo

    28.86.104.0069.01600 =

    =

    pN B (gauss) e (cm)

    Com os dados do exemplo anterior,

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 12

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador: enrolamento secundrio

    A tenso do enrolamento secundrio dado por:

    douts VVV +=onde Vd a tenso sobre o diodo retificador.Para que a desmagnetizao seja assegurado:

    == onpoffss

    p tVtVNN

    Seja o pior caso dado por:

    (max)(max)(max) )( onponsss

    ponsoff tVtTVN

    NtTt ==

    Assim,

    (max)

    (max)(max)(max)

    )1()1(

    DD

    VVNNDVDV

    NN

    p

    spsps

    s

    p ==

    (max)

    (max) )1()(DD

    VVVNN

    p

    doutps

    +=

  • Eletrnica de Potncia

    Fevereiro/2006Prof. Ricardo Ribeiro 13

    Apndice Fonte Chaveada Estudo do transformador: enrolamento secundrio

    Exemplo numrico: continuao da soluoSeja: Vout = 12V, Vd = 1V e Dmax = 0.45, ento:

    64.345.036

    )45.01)(112(28.8)1()(

    (max)

    (max) =

    +=+=DD

    VVVNN

    p

    doutps

    Enrolamento secundrio pra mltiplas sadas:Para cada sada, empregada uma expresso como segue:

    (max)

    (max)

    (min)

    )( )1()(DD

    VVV

    NNp

    dnoutpsn

    +=

    Sendo n um enrolamento qualquer secundrio.