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Florianópolis, fevereiro de 2009.
Prof. Clóvis Antônio Petry.
Parte 1 – Fontes LinearesSemicondutores e Componentes
Retificadores e Filtros Capacitivos
Reguladores Lineares
Partida e Inrush
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina
Departamento Acadêmico de Eletrônica
Projeto de Fontes Chaveadas
Bibliografia para esta aula
www.cefetsc.edu.br/~petry
Disciplina de Conversores Estáticos
Nesta aula
Parte 1 – Fontes lineares:
1. Semicondutores e componentes;
2. Retificadores e filtros capacitivos;
3. Reguladores lineares;
4. Partida e inrush.
Nesta aula
Semicondutores para eletrônica de potência
Semicondutores utilizados em eletrônica de potência:
Semicondutores para eletrônica de potência
Exemplo: Diodo SKN20/08
• VRRM = 800 V;
• V(TO) = 0,85 V;
• rT = 11 mΩ;
• IDmed = 20 A;
• IR = 0,15 mA.
Característica estática
Diodos semicondutores
Bloqueio
Diodos semicondutores
Diodos de carbeto de sílicio (silicon carbide):Diminuem acentuadamente o fenômeno da recuperação reversa.
http://www.infineon.com
Diodos semicondutores
http://www.cree.com/Products/pdf/Power_Article_1.pdf
Diodos semicondutores
Perdas nos diodos
Classificação das perdas:
1. Condução;
2. Comutação:
• Entrada em condução;
• Bloqueio.
2
( )TO Dmed T DefP V I r I
1 0,5 FP F o rfP V V I t f
2 rrP Q E f
Características importantes dos diodos
Principais características:
1. Tensão de pico reversa;
2. Queda de tensão direta;
3. Corrente de pico;
4. Corrente média;
5. Corrente eficaz;
6. Tempo de recuperação reversa.
Características de diodos comerciais
Tipos de diodos de potência:
1. Standard and fast recovery;
2. Ultrafast rectifiers;
3. Ultrasoft rectifers;
4. Silicon carbide (zero recovery).
http://www.onsemi.com
Características de diodos comerciais
http://www.onsemi.com
Capacitores
Capacitância depende de:
• Dielétrico (permissividade);
• Área das placas;
• Distância entre as placas.
Capacitores
RSE LSEC
Modelo equivalente do capacitor
Onde:
• C = Capacitância;
• RSE = Resistência série equivalente;
• LSE = Indutância série equivalente.
2
efP RSE I
Perdas devido à RSE:
Capacitores
RSE LSEC
V RSE I
Ondulação da tensão:
t
Li t
I
2
sTsT
Capacitores
Tecnologias de capacitores:
• Filtro do retificador de entrada – São empregados capacitores eletrolíticos
de alta tensão e grandes capacitâncias;
• Filtro de saída dos conversores – Empregam-se capacitores eletrolíticos
alumínio com baixa RSE;
• Circuitos de grampeamento (snubber) – São utilizados capacitores com
dielétricos de polipropileno para regime intermitente de funcionamento.
Capacitores
Tipos de capacitores: Capacitores de
disco de
cerâmica.
Tipos de capacitores: Capacitores
eletrolíticos.
Capacitores
Tipos de capacitores: Capacitores de
filme de poliéster.
Capacitores
Tipos de capacitores: Super capacitores
Small capacitance3F, 2.3V – 300F,
2.3Vback-up power,
on-board UPS, etc.
Medium capacitance
300F, 2.3V –5000F, 2.7V
peak power, UPS, etc.
Large capacitance5000F, 2.7V –80.000F, 1.8 V
peak power, low maintenance
energy storage, etc.
Supercapacitor modules
5V- 700V, capacitance on
request.
Higher voltage applications
Capacitores
http://www.epcos.com >> Publications
Exemplo: capacitores para UPS
Capacitores
Fusíveis de ação lenta:
• Vidro;
• Areia;
• Cerâmica.
Fusíveis de ação rápida:
• Vidro;
• Areia;
• Cerâmica.
Resistores fusíveis.
Fusíveis
Fusíveis
NR25 – 1 Ω < R < 15 Ω
http://www.vishay.com
Termistores
Termistor:
• Resistor cuja resistência é sensível à variação da
temperatura.
Termistores
Termistor NTC:
• Coeficiente negativo de temperatura;
• Resistência diminui com o aumento da temperatura.
Termistor PTC:
• Coeficiente positivo de temperatura;
• Resistência aumenta com o aumento da temperatura.
Retificadores e filtros capacitivos
Estágio de entrada de uma fonte chaveada
Retificadores e filtros capacitivos
Carga resistiva:
Circuito do retificador
Etapas de operação
Retificadores e filtros capacitivos
Carga resistiva:
22
2 20,9Lmed
VV V
Tensão e corrente média na carga:
2 2 0,9o oLmed
V VI
R R
Retificadores e filtros capacitivos
Análise simplificada:
Retificadores e filtros capacitivos
Análise simplificada:
1 21 2
1 2
/ /C C
C C CC C
2 2
min
1
2 2
inpk C
WC V V
inin
PW
f
min cos 2C pk cV V f t
1 mincos
2
C
pk
c
VV
tf
p cQ I t C V
2 2
minpk C
p
c c
C V VC VI
t t
2 2
minin
pk C
PC V V
f
2 2
min
in
pk C
PC
f V V
Retificadores e filtros capacitivos
Análise simplificada:
1
valor eficaz da componente alternada de i;
valor médio de i;
valor eficaz de i.
ef
med
C ef
I
I
I
Retificadores e filtros capacitivos
Análise simplificada:
2 2 2
1C ef med efI I I
2 2
1ef C ef medI I I
2 cmed p
tI I
T
1
2 cC ef p
tI I
T
2
2 2ef p c cI I t f t f
minin pk CP I V D
onTD
T
min
inpk
C
PI
V D
outin
PP
Retificadores e filtros capacitivos
Análise simplificada:
2 2
2Cef ef efI I I
min2
inDmed
C
PI
V
cDef p
tI I
T
Análise simplificada (exemplo numérico):
Retificador de entrada de uma fonte chaveada:
117ACV V min 99ACV V max 135ACV V
60f Hz min 100CV V 0,7 70outP W
a)70
1000,7
outin
PP W
b)min2 2 99 140pk ACV V V
min 135 100 35pk CV V V V
2 2 2 2
min
100203
60 135 100
in
pk C
PC F
f V V
1 2 406C C F
Retificadores e filtros capacitivos
Análise simplificada:
c) 1 min 1cos 100cos
1351,954
2 2 60
C
pk
c
VV
t msf
d)203 35
3,641,954
p
c
C VI A
t m
e) 2 2 1,954 60 0,2345ct f m
2 2
2 2 3,64 0,2345 0,2345 1,54ef p c cI I t f t f A
Retificadores e filtros capacitivos
f)2
min
1001
100
inef
C
PI A
V
g) 2 2 2 2
2 1 1,54Cef ef efI I I
h)1,954
3,64 1,2516,67
cDef p
t mI I A
T m
i)
min
1000,5
2 2 100
inDmed
C
PI A
V
j)max max max2 2 135 191D pk ACV V V V
k) 3,64Dp pI I A
Análise simplificada:
Retificadores e filtros capacitivos
Análise simplificada:
Retificadores e filtros capacitivos
Retificadores e filtros capacitivos
Dobrador de tensão:
Descrição do funcionamento:
Retificadores e filtros capacitivos
Descrição do funcionamento:
Retificadores e filtros capacitivos
Retificadores e filtros capacitivos
Descrição do funcionamento:
Tarefa
Retificadores e filtros capacitivos
Exemplo:
• Projetar um filtro capacitivo, dobrador de tensão para:
• Operação em 110/220 V;
• Frequência da rede de 60 Hz;
• Corrente média na carga de 5 A;
• Ondulação de tensão permitida na carga = 5%.
Reguladores lineares
Princípio da regulação série.
Tensão sem regulação. Tensão regulada.
Reguladores lineares
Reguladores lineares
22 2
1 2
BE Z o
RV V V V
R R
1 2
2
2
o Z BE
R RV V V
R
1
2
1o Z
RV V
R
Reguladores lineares
Reguladores lineares
Limitação de corrente.
Reguladores lineares
Reguladores lineares
Reguladores lineares
22
1
1o ref ADJ
RV V I R
R
1,25refV V
50 100ADJI ou A
Reguladores lineares
LM7805 = R$ 1,05
KA78R05 = R$ 1,71
Inrush
O problema:
Inrush
0,0ms 1,0ms 2,0ms 3,0ms 4,0ms 5,0ms
200A
100A
0A
400V
200V
0V
vC
i C
Inrush
R1=1 Ω
R1=10 Ω
Inrush
Inrush
Resistores série
Inrush
Resistores série temporariamente
Tarefa
Exemplo:
• Projetar um circuito de limitação de corrente para:
• Diodos retificadores 1N4007;
• Capacitor de filtro de 4700 μF;
• Considerar resistência da rede nula.
Inrush
Circuitos de partida
Circuito resistivo dissipativo
Circuitos de partida
Circuito ativo
Circuitos de partida
Circuito impulsivo
Próxima aula
Parte 1 – Fontes lineares:
1. Projeto de magnéticos;
2. Projeto térmico;
3. PCBs e layout;
4. Proteções.
www.cefetsc.edu.br/~petry