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universidade tecnológica federal do paraná departamento

1. denis 90 Data Sheet Chiave ESCO sacar aa A E Sae 90 13 CAP TULO 1 INTRODU O GERAL 1 1 Introdu o O desenvolvimento da eletr nica de pot ncia relacionado ao chaveamento em altas frequ ncias permitiu o surgimento de novas tecnologias para implementa o de carregadores para baterias possibilitando a constru o de equipamentos mais compactos por m que ainda apresentam baixa efici ncia acarretando em longos per odos de carga Atualmente os carregadores presentes no mercado s o pesados de dimens es maiores e pouco pr ticos dificultando o uso Levando se em conta a larga utiliza o de baterias de 12Vcc em autom veis embarca es empilhadeiras e m quinas de implemento agr cola faz se necess rio disponibilidade de um equipamento pr tico e de f cil manuseio Este tipo de bateria apresenta uma constante auto descarga devido a rea es qu micas sendo natural que na maioria dos casos estas se encontrem com n veis de carga abaixo do ideal para sua utiliza o principalmente nas aplica es em embarca es e implementos agr colas Os carregadores chaveados convencionais apresentam baixa corrente de sa da e maior dissipa o de energia como consegii ncia uma maior perda nas chaves est ticas com uma diminui o na vida til do equipamento O conversor flyback permite m ltiplas sa das e uma boa isola o
2. 1Hz 10H 10CHz 8 10kHz 100KHz Figura 2 23 Comportamento da sa da em fun o da carga Fairchild 2005 A fun o de transfer ncia da rede de compensa o da Figura 2 21 obtida Vo 5 J s Wy Sendo Rs Cs Sendo Rg o resistor interno de realimenta o da chave FPS que tipicamente 2 8KQ e CTR a corrente de transfer ncia proporcional para o opto acoplador Quando a tens o de entrada e a corrente de carga apresentam uma grande oscila o determinando o pior caso dif cil o desenvolvimento da realimenta o O ganho junto com p los e zeros varia de acordo com as condi es de opera o 56 Uma solu o simples para esse problema o desenvolvimento de realimenta o para baixa tens o de entrada e condi o de plena carga com fase e margem de ganho suficiente O zero RHP menor em baixa tens o de entrada e condi o de plena carga O ganho aumenta somente em 6dB quando a condi o de opera o alterada de baixa tens o de entrada para condi es de alta tens o de entrada dentro das condi es universais de entrada Os procedimentos para o desenvolvimento da realimenta o s o os seguintes a Estabelecer a fregii ncia de cruzamento fc abaixo de 1 3 do zero RHP para minimizar os efeitos do mesmo Estabelecer a fregii ncia cruzamento abaixo da metade da m nima frequ ncia de chaveamento Determinar o ganho DC do compensador W W para
3. 32 2 6 Tip s d catsa ear ae E AE EE E EEA E E sei 33 2 6 1 Carga d EQqUaliza o oen a a E OTE niauds 33 2 6 2 Cared a corrente CONSLAME Atas sia E AA a 33 2 6 3 Carsa com Aens o CONSANTo is e SD 34 2 6 4 Carga emi duas etapas gas nan OE aaa 34 2 6 5 Catga profundae ine e E AEE E E 35 2 6 6 Cared 11 81111 1 05 12 0 Uso 35 Dim P oc sso de CAES GINO caia da bo To ada cn dad 36 2 8 Projeto do COTIVELSOE erase lt rae a ESER 38 2 8 1 Procedimento para c lculo 111 111 15 0 98 tas ras raspas 38 2 9 CONCLUS O RE ETE gd a Go Ud sta ca aa cairia 58 CAP TULO 3 DESENVOLVIMENTO eee meets 59 3 1 Chaye FSCO ISOA R rr lato 59 5 899100 1790 41 10180 18 REAR 60 3 3 Circuito d COMI snese a Sa Sa Eaa aiias 6l 3 3 1 Circuito de sincroniza o seseee
4. Entretanto esse processo deve ser realizado com muita aten o e mediante acompanhamento t cnico pois o consumo de gua excessivo prejudica a sua vida til e a capacidade nominal KARASINSKI DIAS 2003 O tipo de carga acima mencionado pode ser utilizado para se alcan ar os valores de f brica ou quando se tem uma grande urg ncia para se obter uma recarga r pida ou ainda quando se constatar que os valores de tens o de flutua o para os elementos est o abaixo dos n veis normais ROCHA 2002 Enfim para fins de utiliza o recomenda se independentemente de qualquer motivo que a sua utiliza o seja aplicada no mais curto espa o de tempo e na supervis o da temperatura KARASINSKI DIAS 2003 2 6 2 Carga a corrente constante Esta modalidade tem como fun o promover um carregamento r pido por m tamb m exige o acompanhamento de um operador SCHUCH 2001 34 Isso ocorre devido ao grande aumento de temperatura decorrente da circula o de uma corrente acima do valor nominal KARASINSKI DIAS 2003 Em virtude disso para se evitar qualquer tipo de dano bateria por essa eleva o de temperatura valores acima de 45 C deve ocorrer o monitoramento e a manuten o dos valores de modo que eles sempre fiquem abaixo do limite KARASINSKI DIAS 2003 2 6 3 Carga com tens o constante Nesta aplica o n o h a necessidade de um operador uma vez que os controles de corrente e tens o s o des
5. haja circula o de corrente entre o conversor e a bateria Figura 3 11 77 Tek SETA 500 575 40 5 Figura 3 21 Prote o contra sobrecarga De forma que a tens o da sa da principal constante e igual a aproximadamente 14Vcc como mostrado na Figura 3 22 o Chl est conectado a sa da principal BAT com a bateria corretamente ligada ao circuito O Ch2 est conectado ao pino BAT Tek SEA 1MS s 430 5 a Tran Dem Ch2 RMS 191 5 1 1 RMS 13 92 V Figura 3 22 Tens o de sa da em opera o normal 78 Quando conectado com a polaridade invertida o conversor identifica uma sobrecarga e bloqueia em um primeiro instante a sa da Neste instante a bateria polariza diretamente o diodo D6 Figura 3 11 e sinaliza pelo LED2 que a sa da est invertida Neste caso o circuito de partida ir realizar uma nova tentativa de energiza o Tek 1MS s 31 5 Ch2 RMS 26 02 V ERAS 254 13 94 tio 5 2 10 sous 2 89 Figura 3 23 Bateria conectada com a polaridade invertida Como a condi o para que o circuito seja fechado que FET1 esteja acionado na tentativa seguinte o mesmo estar aberto e com tens o igual a soma da sa da do conversor e a tens o da bateria Conforme mostrado na Figura 3 23 o conversor permanece e
6. o 8 Resistor de partida Tens o de partida Resistor de partida M dia da corrente m nima Capacitor efetivo Tempo m ximo de partida Pot ncia do resistor de partida 10 5 18 3 05 90 4 94 10 94 1 4 0 16 15 300 0 11 10 2 50 0 09 9 Di metro do fio dos enrolamentos do transformador Sendo para esta aplica o Kl igual a M xima corrente eficaz no secund rio Densidade m xima de corrente Fio a utilizar no prim rio Fio a utilizar no secund rio Fio a utilizar no auxiliar Total de condutores no prim rio Total de condutores no secund rio Total de condutores no auxiliar rea total do prim rio rea total do secund rio rea total do auxiliar rea total ocupada pelos condutores Janela necess ria para montagem 10 Definindo diodos para usar nos secund rios M xima tens o reversa na sa da principal M xima corrente eficaz na sa da principal Tens o m xima para o diodo 1 18 38 5 1 15 1 15 0 407 1 4 1 43 17 19 09 1 36 63 62 155 18 51 68 18 38 67 18 85 Voltas nF kHz mA mA kOhms W Vcc kOhms mA UF A mm2 mm 17 mm 17 mm 21 mm mm mm mm Vcc Vcc Corrente m xima para o diodo M xima tens o reversa na sa da auxiliar M xima corrente eficaz na sa da auxiliar Tens o m xima para o diodo Corrente m xima para o diodo 11 Capacitores de sa da Caracter sticas dos capacitores de sa da
7. ESR do capacitor da sa da principal Capacit ncia da sa da principal Corrente de ripple na sa da principal Tens o de ripple na sa da principal ESR do capacitor da sa da auxiliar Capacit ncia da sa da auxiliar Corrente de ripple na sa da auxiliar Tens o de ripple na sa da auxiliar 12 Circuito de sincronismo Tens o no pino de sincronismo Resistor 1 de sincroniza o Resistor 2 de sincroniza o Capacitor efetivo de sa da do MOSFET Capacitor de resson ncia Tempo para m nima tens o na chave Capacitor de sincronismo Tempo queda de tens o no pino Vsync 13 Opera o em modo de controle de sa da Tens o de refer ncia Tens o da sa da sob controle Resistor R1 de refer ncia Resistor R2 de refer ncia Tens o de quebra Vzb 27 58 73 54 0 01 95 60 0 02 0 1 0 94 16 39 4 96 0 1 10 0 01 3 38 1 5 0 56 220 0 97 2 30 3 3 2 30 2 5 13 8 2 26 0 50 1 6 86 Vcc Vcc Ohms mF Vece Ohms UEF Vcc Vcc kOhms kOhms pF nF us nF us Vcc kOhms kOhms Vcc 14 Circuito de realimenta o Corrente limite da chave Tens o de satura o realimenta o Fator para controle de corrente Resist ncia equivalente da carga Tens o m nima de barramento N mero de voltas no prim rio Rela o de transforma o Tens o refletida do secund rio ESR do capacitor de sa da Capacitor de sa da M xima raz o c clica Zer
8. js min Lism T Za Lisy 2 12 Os valores de VpDemin Dmax Lm s o especificados nas equa es 2 6 2 9 e 2 10 respectivamente 6 fsmin 8 freq ncia m nima de chaveamento 5 Escolher a chave FPS apropriada considerando a pot ncia de entrada e a corrente de pico do dreno Com o resultado da m xima corrente de pico do dreno pela equa o 2 11 escolher a chave da qual o n vel da corrente limite ILm maior do que I spico Desde que a chave tenha 12 de toler ncia de Irm dever haver uma margem para Irm quando escolhido o dispositivo apropriado A escolha da chave se deu por meio da Tabela 2 2 43 Tabela 2 2 Modelos de chave relacionados s pot ncias nominais da sa da Maximum Output Power 6560146587 190 1908 704 5 555 656 888 20 8 08 704 5 eos 6 Determinar o n cleo apropriado e o n mero m nimo de voltas para o prim rio Para desenvolver o transformador considera se a varia o da densidade de fluxo m ximo AB na opera o normal bem como a m xima densidade de fluxo Bmax A m xima densidade de fluxo na opera o normal est relacionada com as perdas por histerese no n cleo enquanto que a m xima densidade de fluxo est relacionada com a satura o do n cleo Com o n cleo escolhido o n mero m nimo de voltas para o prim rio a fim de evitar sobre temperatura no mesmo dado por La E ds N 10 2 13 AB Ae fe Ae
9. ncia de sa da Coss TIMERSKI VORPERIAN LEE 1989 Pretende se desenvolver no presente trabalho um carregador que apresente um controle melhor da corrente de sa da Aplicando um conversor com chaveamento em alta frequ ncia que possibilita a redu o dos componentes Os carregadores compactos dispon veis no mercado apresentam baixa corrente de sa da e maior dissipa o de energia na chave ocasionando diminui o de sua vida til De outro modo os carregadores r pidos s o pesados volumosos e dificultam o uso 16 1 3 Justificativa O homem em sua constante busca do conhecimento procura desenvolver teorias gerais estudos sistem ticos sobre t cnicas processos m todos e instrumentos de um ou mais of cios a fim de aprimorar as atividades humanas A Engenharia por exemplo faz uso da aplica o de m todos cient ficos e emp ricos utiliza o dos recursos da natureza inclusive a humana em benef cio do pr prio ser humano Da concep o passando pelo planejamento e at a responsabilidade pela constru o e controle dos equipamentos comp e a fun o de um engenheiro Preocupar se com tal m xima constitui sua natureza em busca da perfei o Dominar uma atividade humana viabilizar o surgimento de novos equipamentos ou ainda aprimorar os j existentes N o diferente quando se prop e o desenvolvimento de um conversor flyback quase ressonante pois desse modo procura se compreender at
10. BROSSET BODEREAU 2004 Cessada a segunda fase tem in cio a importante tarefa de manuten o dos valores da tens o a fim de se evitar a m nima eletr lise poss vel Por esse motivo encontra se um valor chamado de tens o de flutua o BROSSET BODEREAU 2004 A tens o de flutua o tem como objetivo sustentar qualquer bateria em sua carga plena por um tempo indeterminado caso ela n o esteja sendo utilizada enquanto que a corrente gerada suficientemente pequena por m capaz de balancear as perdas por fen menos naturais nos acumuladores auto descarga Essas fases acima descritas ficam mais bem elucidadas conforme Figura 2 13 fase de fioating tempo indefinido fase de corrente constante 1 a 3h fase de tens o constante 6 a 8 h 80 da carga 20 da carga mantem a bateria carregada 8 100 14 4 138 tens o corrente t tempo valor da corrente de floating lt 14 Figura 2 13 Curvas do processo de carregamento MBT 2004 38 2 8 Projeto do conversor 2 8 1 Procedimento para c lculo do conversor Este um procedimento proposto pela Fairchild para projeto de um conversor quase ressonante utilizando a chave da serie FSCQ 1 Definindo par metros do conversor Tens o de linha m nima V Lmin Tens o de linha m xima V Lmax Fregii ncia de linha Pot ncia de sa da m xima Po Rendimento estimado Es O rendimento de convers o de p
11. Enrolamento Vcc Para minimizar o consumo do circuito a chave FSCQ possui uma opera o em modo de espera do ingl s standby Nesta situa o as tens es nas sa das t m seus valores reduzidos V V K prop 2 18 Vozmorman Vrz Ilustrando VF gt a queda de tens o no diodo 1382 da sa da 2 Voznorman 8 tens o na sa da Vo gt no modo normal e Vozcsy a tens o de sa da 2 no modo de espera Como Va tens o auxiliar Vcc produzida com a raz o de Kprop Va no modo normal obtida V V V k We DROP E Vacstby 8 m nima tens o no modo de espera que deve ser maior do que a tens o de bloqueio Vcc da chave em geral 9V Nota se que a corrente de opera o reduzida no modo de espera assim como a queda de tens o atrav s de Rcc desprez vel t pico ter uma margem de tens o de 2 a 3V quando se determina Va stby Depois de determinado Va o n mero de voltas para o enrolamento Vcc obtido Na Vo T Ve 2 20 E Vi a queda de tens o no diodo Do Vcc em modo de espera Rcc A corrente consumida pela chave FPS no modo de opera o normal dada por 46 I 1 16 2 21 A corrente de opera o Ip a corrente requerida para opera o do CI dada pelo fabricante e Iarv a corrente no gatilho do MOSFET dada a seguir Lan Vo Ca f 2 22 drv Sendo Cis a capacit ncia de entrada do MOSFET Quando determinar
12. FSCQ1565RT constituiu se dos seguintes circuitos entrada controle prote o e sa da conforme diagrama de blocos representado no item 1 2 3 1 Chave FSCQ1565RT A chave utilizada para desenvolvimento do circuito apresenta uma s rie de caracter sticas que permitem a sua implementa o Projetada para garantir o chaveamento com m nima tens o no dreno utilizando a t cnica de comuta o quase ressonante Desenvolvida para aplica es sens veis a ru dos esta s rie de chaves apresenta o controle de PWM integrado a chave de pot ncia Com uma frequ ncia m nima de chaveamento de 20kHz podendo chegar a 90kHz Al m de prote es que podem ser implementadas com uma quantidade reduzida de componentes A Figura 3 1 apresenta o modelo da chave e a pinagem da mesma Sendo 1 Pino de pot ncia do MOSFET conectado ao prim rio do circuito 2 Pino para refer ncia de tens o zero 3 Alimenta o da chave tanto na partida como em funcionamento normal 4 Respons vel pela realimenta o da chave para controle da tens o de sa da e desligamento da chave em caso de sobrecarga 5 Realiza a sincroniza o da chave para que se obtenha a comuta o quase ressonante 5 Sync 4 Vib 3 Vcc 2 GND 1 Drain Figura 3 1 S rie de Chaves FSCQ 60 Ap s o desenvolvimento do circuito poss vel optar pelo modelo que atenda 85 especifica es de corrente pot ncia etc Com valores entre 60W e 250W para tens o de entrada uni
13. Iv usual considerar que Vec igual a Vz 18V e fs 90kHz A condi o para o resistor Rcc dada por Rec lt Voo Yo 2 23 A dissipa o do Rcc no modo normal de opera o dada por 2 P 2 24 Rec Sendo V a tens o de condu o do zener normalmente 18V 8 Determinar o resistor de partida Rs A m dia da corrente m nima fornecida atrav s do resistor de partida dada por I 2 v2 i V an VstarT 1 2 25 SUP m dia 2 R a E 47 O valor de Vsrarr a tens o que d in cio ao chaveamento igual a 15V e Rs deve ser escolhido tal que a Isup m dia Seja maior que a m xima corrente de partida IsTART m xima 50UA O tempo m ximo de partida determinado T C VsrarT 2 26 str max SUP m dia LSTART max Sendo Ce o capacitor efetivo Vcc Ca Ca2 Uma vez determinado o resistor Rsm a m xima pot ncia de dissipa o no mesmo obtida P l v max j Nora l o 24 2 Vorarr v 2 27 E T 9 Determinar o di metro do fio para cada enrolamento baseado na corrente eficaz RMS de cada sa da A corrente eficaz do secund rio do en simo enrolamento I o js D max 2 Vro Kim sec n rms dSrms D V V max O n F n 2 28 A densidade de corrente normalmente 5A mm quando o fio for longo gt 1m Quando o fio curto com pequeno de n mero de voltas a densidade de corrente pode ser de 6 a 10 A mm
14. Quando o circuito trabalha com a m xima tens o de entrada e m xima carga conforme Figura 3 15 ocorre a m nima raz o c clica e m xima tens o sobre a chave quando a mesma desligada Nesta condi o a tens o sobre a chave mostrou um pico de aproximadamente 600Vcc a tens o de sa da e corrente da carga permanecem constantes Como n o poss vel reproduzir o funcionamento da chave onde ser a fun o da sincroniza o determinar o instante de ligar a chave poss vel observar a chave sendo ligada com a tens o da fonte 12 e E mm O 8666966668 699666 86666729 8 4 4 10A o I Carga I Prim 20 10V 0V V Pulso V Carga 2 750V 250V SEL gt gt 10 2 80ms 2 82ms 2 84ms 2 86ms 2 88ms 2 90ms 2 92ms 2 94ms 2 985 2 98ms 3 00ms V Fonte V Chave 3 Time Figura 3 15 Formas de onda com tens o m xima e carga m xima 3 6 Ensaio com prot tipo O ensaio do prot tipo leva em considera o al m das curvas de opera o de um conversor quase ressonante as curvas de opera o da chave sinal de sincroniza o e de realimenta o conforme ilustrado no CAP TULO 2 Neste ensaio o objetivo verificar as formas de onda b sicas para opera o do conversor flyback quase ressonante 3 6 1 Condi es normais de funci
15. Sendo Vrrm a m xima tens o reversa que o diodo deve suportar sia 2 33 E Ir a corrente m dia do diodo 11 Determinar os capacitores de sa da considerando os picos de corrente e tens o A corrente de ripple para capacitor da en sima sa da obtida Toart Moa li 2 34 Sendo que Iom a corrente de carga da en sima sa da A corrente de ripple deve ser menor que a m xima corrente especificada pelo capacitor A tens o de ripple da en sima sa da dada por AV Iom D m x 4 1466 Vro Re Ki 2 35 00 Com foinn Voa Viw De modo que Com a capacit ncia da sa da e Rcm a resist ncia s rie efetiva ESR do capacitor de sa da 12 Circuito de sincroniza o O valor de pico do sinal no pino sync e definido pelo divisor de tens o Rsy1 e Rsy2 50 Vou 98 is 2 36 Rsyz2 ES Roy Sendo V a tens o do enrolamento auxiliar em modo normal de opera o O divisor de tens o deve ser definido tal que o valor da tens o de pico no pino de sincroniza o seja menor que a tens o de prote o por sobretens o OVP para evitar a atua o da prote o quando em opera o normal Para sincronizar o Vsync com a tens o de dreno do MOSFET o capacitor de sync Csy deve ser escolhido tal que Tr o mesmo que To como mostrado na Figura 2 18 l Ani vp 29 owp ame i iaar V A a Figura 2 18 Ondas no pino sync Fairchild 2005 Os t
16. carregador e a bateria bem como demais fatores externos como faltas de energia e outros KARASINSKI DIAS 2003 36 2 7 Processo de carregamento A carga de uma bateria assim como a sua descarga s o os procedimentos primordiais para a manuten o e preserva o de sua vida til KARASINSKI DIAS 2003 Quando ocorre uma carga h a transforma o da energia el trica da qual se supre o acumulador para a energia qu mica E no caso da descarga ou seja quando da solicita o de energia por parte de uma carga conectada ao circuito externo da bateria tem se a invers o dos processos de energia qu mica para el trica caracterizada pela diminui o da concentra o do eletr lito KARASINSKI DIAS 2003 Entretanto para que uma bateria seja considerada em estado de plena carga deve se verificar se todas as convers es nas formas de energias acima mencionadas ocorreram ROCHA 2002 Para isso necess rio que se ateste a n o altera o da tens o da c lula assim como o valor da densidade do eletr lito por um per odo de duas horas configurando que todo o material ativo placas foi utilizado ROCHA 2002 O procedimento padr o do carregamento de bateria apresenta certa complexidade tendo em vista que certos cuidados devem ser tomados para que sejam evitados danos Numa fase inicial e considerando que a bateria encontra se quase totalmente descarregada utiliza se um carregador que a alimente fornecendo uma corr
17. de 432Vcc e a tens o reversa sobre ela de aproximadamente 250Vcc A etapa de resson ncia entre o indutor e o capacitor C7 percebida na redu o do n vel de tens o em aproximadamente 2 5 5 Proporcionalmente a tens o no pino de sincronismo reduz em fun o do divisor resistivo formado pelos resistores R5 e R6 ilustrados na Figura 3 4 Ch2 Max 11 Ch1 Max 432 V 1 Freq 57 22kHz mi 100V 2 190 M Sus Ch2 16 Figura 3 18 Tens o de dreno Chl e pino de sincroniza o Ch2 75 Com o prop sito de evitar o bloqueio da chave no instante de abertura o capacitor C2 absorve o pico de tens o refletido neste ponto Como demonstrado na Figura 3 6 a freq ncia de chaveamento pode variar em fun o da carga aplicada Com o objetivo de diminuir as perdas quanto menor a carga maior a freq ncia e caso haja um incremento da mesma a freq ncia ser reduzida Este comportamento pode ser verificado pela Figura 3 18 que foi obtida com a m nima tens o de entrada na qual a freq ncia de chaveamento de aproximadamente 57kHz Quando comparada com a Figura 3 19 onde a freq ncia de 22kHz ainda com m nima tens o de entrada e m xima carga caracterizando nesta a pior situa o para o conversor Tek SEA 5MS s 67 5 Ch1 Freq 22 24kHz Unstable histogram Ch1 Max 728 V Figura 3 19 Tens o de dreno Ch1 com carga
18. do transformador Tempo para redu o da tens o de dreno M xima raz o ciclica Indut ncia do transformador Corrente de pico na chave Corrente eficaz na chave 5 Escolha da chave da pot ncia 84 2 30 Hs 0 55 450 uH 5 09 A 2 18 A A chave a ser utilizada uma FSCQ1565RT Dados da chave Corrente limite da chave Tens o de alimenta o Corrente de opera o Corrente de partida Corrente m xima de partida 6 N cleo do transformador N cleo utilizado E42 20 Area da sec o transversal rea da janela do n cleo Varia o m xima da intensidade de fluxo M xima densidade de fluxo M nimo de voltas para sobre temperatura M nimo de voltas para satura o 7 N mero de voltas para cada sa da Queda de tens o no diodo de sa da Rela o de transforma o N mero de voltas na sa da principal Tens o em modo de espera Raz o da queda de tens o em espera Tens o da sa da auxiliar em espera Tens o da sa da auxiliar em opera o 8 A 20 Vcc 6 mA 25 50 HA 240 mm 157 mm 0 23 T 0 35 41 6 Voltas 42 9 Voltas 1 2 Vcc 9 33 4 6 Voltas 4 6 Vcc 0 39 12 Vcc 32 94 Vcc N mero de voltas da sa da auxiliar Tens o auxiliar para gatilho Capacit ncia de entrada da chave Fregii ncia de chaveamento para gatilho Corrente de gatilho Corrente consumida pela chave Resistor de limita o da sa da auxiliar Pot ncia do resistor de limita
19. dreno Corrente m dia no diodo Corrente de realimenta o intr nseca chave Corrente limite da chave Corrente de carga na en sima sa da Corrente de opera o Corrente m xima de partida Corrente eficaz para a en sima sa da M dia da m nima corrente fornecida Fator para controle de realimenta o Regulador shunt Rela o para queda de tens o do modo de espera Fator de preenchimento Fator de ocupa o para o enrolamento da en sima sa da Indut ncia do enrolamento prim rio Indut ncia ressonante Rela o de transforma o N mero de voltas para o enrolamento auxiliar N mero de voltas para o enrolamento prim rio N mero de voltas m nimo para o enrolamento prim rio N mero de voltas para o enrolamento da sa da 1 Pot ncia de entrada Pot ncia total de sa da Pot ncia m xima na en sima sa da Par Q Rsense Rsyi Rsy gt Tr Torr Ton Va stby Vcc Vco Voc V DCmax V DCmin VD Vas VasNoM Vra Vi Vas Vri Vrz Pot ncia de partida Transistor Resistor de entrada Vcc Resist ncia s rie efetiva do capacitor da en sima sa da Sensor de corrente para bloqueio da chave Resistor de partida Divisor de tens o para o pino de sincronismo Divisor de tens o para o pino de sincronismo Tempo para redu o da tens o de dreno Tempo de chave bloqueada Tempo de chave conduzindo Tempo total do ciclo Tempo m ximo de partida Tempo para acionamento
20. durante o tempo de descarga acaba por ocasionar numa capacidade de carga pequena e conseq entemente num rendimento debilitado ROCHA 2002 No mais deve se observar que para a averigua o desses dados principalmente a capacidade devem ser atendidas algumas exig ncias definidas universalmente na qual o 31 acumulador deve operar a uma corrente constante numa temperatura comum 25 C e uma tens o final t pica no valor de 1 75V por elemento ROCHA 2002 2 5 4 Temperatura e seus efeitos A temperatura tem papel primordial na vida til e no funcionamento da bateria ainda mais por se tratar de um dispositivo eletroqu mico pois ele fica subordinado s altera es deste fator Uma bateria independentemente do seu modelo apresenta um valor nominal de 25 C sendo que a mesma suporta at 45 C KARASINSKI DIAS 2003 Todavia o controle da temperatura apresenta benef cios e desvantagens por exemplo do aumento da temperatura tem se a redu o da resist ncia interna por isso h um aumento da capacidade da bateria SCHUCH 2001 Por outro lado esse aumento provoca o acr scimo na velocidade das rea es qu micas gerando uma maior corros o das placas Al m disso acaba por ocasionar um crescimento nas auto descargas o que prejudica ainda mais o rendimento da bateria SCHUCH 2001 poss vel evidenciar a influ ncia da temperatura em uma bateria por meio da Figura 2 12 VIDA RELATIVA DA BATERIA X TEMPE
21. ereeerna 48 Figura 2 18 Ondas no pino sync Fairchild 2005 4 4 50 Figura 2 19 Circuito de realimenta o Fairchild 2005 5 95 55 5559 5 59459959599999599 5659996 51 Figura 2 20 Opera o em modo de espera Fairchild 2005 4 9 49 52 Figura 2 21 Circuito de controle 05 11051 1111 27 010942 65 6 67 0 53 Figura 2 22 Ganho em fun o da tens o de entrada Fairchild 2005 9 54 Figura 2 23 Comportamento da sa da em fun o da carga Fairchild 2005 55 Figura 3 1 S riede Chaves ESCO qr orn da a a aa 59 Fig ra 3 2 Circuito de paradas untado 60 Figura 3 3 Rela o entre corrente consumida e tens o Vcc Fairchild 2005 61 Fig ra 5 As 6911 5 111 4112 11115159111 6 2 62 Figura 3 5 Formas de onda em opera o quase ressonante Fairchild 2005 62 Figura 3 6 O
22. nseco a chave adicionada a uma varia o de tens o Tendo a tens o no pino de refer ncia 1 excedido o valor de 2 5V correspondente tens o interna ocorrer um incremento da corrente que percorre o opto acoplador resultando numa diminui o da tens o de realimenta o e consegiiente redu o da raz o c clica Tal dom nio da realimenta o decorre em virtude de uma modifica o na tens o de entrada de modo sempre buscar uma const ncia no valor da sa da Isto fica mais bem evidenciado com a Figura 3 8 na qual U2 e Q1 s o equivalentes a H11A817A e KA431 65 Figura 3 8 Circuito de modula o de largura de pulso Fairchild 2005 3 4 Circuitos de prote o Com rela o aos dispositivos de prote o utilizados no desenvolvimento do circuito tais como prote o contra sobre carga OLP prote o versus sobrecorrente anormal AOCP prote o de sobre tens o OVP e desligamento t rmico TSD Dentre essas funcionalidades OLP e OVP s o modalidades de prote o auto reinicializ veis em contrapartida TSD e AOCP s o do tipo de bloqueio 3 4 1 Prote o contra sobrecarga OLP e curto circuito das garras A fun o de prote o de sobrecarga ocorre quando a corrente de carga excede o seu valor m ximo durante a carga inicial Nessa situa o o circuito de prote o deve ser acionado objetivando a prote o da chave Todavia o disparo dessa prote o pode ocorrer precipitadamente no
23. prim rio Vro s o impostas ao MOSFET e a m xima tens o nominal no MOSFET SVa Nag 2 8 40 O valor de Vocmax especificado na equa o 2 7 Aumentando Vro as perdas capacitivas de chaveamento e as perdas por condu o s o reduzidas Mas esse aumento de tens o causa fadiga no MOSFET como mostrado na Figura 2 15 Assim Vro deve ser determinado por uma compara o entre a margem de tens o do MOSFET e a efici ncia Considera se Vro entre 120 e 180Vcc tal que Vasnorm Seja de 490 a 550Vcc 75 a 85 do limite da chave Figura 2 15 Tens o refletida na chave Fairchild 2005 4 Determinar a indut ncia Lm do lado prim rio do transformador A Figura 2 16 mostra as formas de onda da corrente de dreno do MOSFET da corrente do diodo do secund rio e a tens o de dreno de um conversor quase ressonante Durante Torr a corrente flui atrav s do diodo retificador do lado secund rio e a tens o de dreno do MOSFET grampeada em Vpc Vro Quando a corrente do secund rio reduz a zero a tens o de dreno decresce devido resson ncia entre o capacitor efetivo de sa da do MOSFET e a indut ncia Lm do prim rio Para reduzir as perdas no chaveamento o circuito projetado para ligar o MOSFET quando a tens o de dreno atingir a tens o m nima Vpc Vro 41 Para determinar a indut ncia Lm do lado prim rio devem ser determinadas as seguintes vari veis Figura 2 16 Formas de ond
24. problema que se pretende resolver a Justificativa os objetivos que se pretende alcan ar com o trabalho e o m todo de pesquisa O segundo cap tulo se destina revis o bibliogr fica que fornecer todo o embasamento te rico necess rio ao desenvolvimento do projeto proposto Entre os assuntos topologia de conversores baterias tipos de carga e como funciona um conversor quase ressonante O terceiro cap tulo ser o desenvolvimento do projeto com resultados obtidos atrav s de ensaios em prot tipo at os resultados experimentais No ltimo cap tulo ser o apresentadas as conclus es gerais baseadas em toda a pesquisa realizada e experi ncia adquirida ao longo do desenvolvimento do projeto 19 CAP TULO 2 REVIS O BIBLIOGR FICA 2 1 Conversor flyback O funcionamento do conversor flyback baseado na transfer ncia da energia acumulada no indutor para a carga Tendo o transformador a fun o de isolar galvanicamente o circuito essa transfer ncia nunca ocorre diretamente entre fonte e carga Al m de proporcionar isola o el trica o transformador fornece a indut ncia necess ria para as etapas de funcionamento Etapas de funcionamento do conversor flyback 1 etapa Acumula o de energia magnetiza o A chave S conduz permitindo o fornecimento de energia da fonte para o indutor enrolamento prim rio no qual ocorre um acr scimo da corrente acumula o de energia Nesse instante o diodo D encontra
25. seu estado desligado e o processo se repetir Desse modo a prote o pode alternar constantemente entre o estado de ativo ou n o do chaveamento de pot ncia do sensor FET enquanto os problemas relacionados s faltas n o forem devidamente solucionados Essa conduta fica melhor elucidada conforme a figura Figura 3 10 67 occurs Fault removed lcc lop IsTART Normal Fault Normal operation situation operation Figura 3 10 Modo de prote o auto reinicializ vel Fairchild 2005 3 4 2 Prote o contra invers o de polaridade No funcionamento normal do circuito o LED LD1 estar aceso indicando que a sa da est energizada Nesta condi o o resistor R16 estar acionando o FET1 que d condi o de fechar o circuito com a carga Caso as garras sejam invertidas o circuito de prote o ser ativado Como a tens o no pino BAT ser negativa n o haver corrente atrav s de R16 para atuar FET1 logo este permanece bloqueado at a polaridade da garra seja corrigida Ent o LD1 permanecer apagado e com a polariza o direta de D6 Circular corrente pelo opto acoplador U3 que sinalizar pelo LED LD2 que a sa da est invertida Durante a partida FETI permanece bloqueado enquanto o capacitor Cl carregado pelo resistor R16 Uma vez acionado FETI este permanece acionado enquanto o conversor estiver 68 ativo e a sa da em sua condi o normal de opera o O diodo zene
26. sincroniza o Thermal shutdown Desligamento t rmico Under voltage lockout Bloqueio para subtens o Zero Current Switching chaveamento com corrente nula Zero Voltage Switching chaveamento com tens o nula S mbolo gt Wr B max Ciss Com Cos Csy Da Den D max Dri Dr fsmin Icap n LISTA DE S MBOLOS Descri o Ampere rea do condutor rea da se o transversal do n cleo rea da janela do n cleo rea da janela do n cleo requerida Densidade de fluxo m xima Capacit ncia de entrada Capacit ncia efetiva Associa o das capacit ncias Coss e Cr Capacitor ressonante Capacit ncia de entrada do MOSFET Capacit ncia da en sima sa da Capacit ncia de sa da Capacit ncia no pino de sincronismo Duty cycle raz o c clica Diodo da sa da auxiliar Raz o c clica para carregamento de Cpc Raz o c clica m xima Diodo da sa da 1 Diodo da en sima sa da Efici ncia estimada Fregii ncia de linha Frequ ncia de chaveamento Frequ ncia m nima de chaveamento Corrente de ripple do capacitor na en sima sa da 15 96 Ias Tas pico Lasrms Ir 18 Itm Iom Top IsTART max 1 8 8 48 Isup m dia K KA431 Kpror Kr Kim Lm Lr n Na Np Npmin Nsi Pin Po Po Corrente requerida pela chave em modo de opera o normal Corrente no diodo Corrente no gatilho Corrente de dreno Corrente de pico no dreno Corrente eficaz no
27. teleco com br tutoriais tutorialbateria default asp Acessado em Setembro de 2006 TIMERSKI R VORPERIAN V LEE F C Y Power Electronics IEEE transactions on DC to AC inversion using quasi resonant techniques Vol 4 de 1989 Dispon vel em http ieeexplore ieee org servlet opac punumber 63 Acessado em Setembro de 2006 UNICOBA Manual T cnico Dispon vel em http www guerraderobos com br upload ManualTecnicoBateriaUnipower pdf Acessado em Setembro de 2006 83 ANEXOS Memorial de c lculo O memorial de c lculo procedeu se integralmente com base no segiiencial e formul rio elucidado no tem 2 8 Os valores encontrados para os componentes integrantes do projeto do conversor para cada umas das etapas seguem descritos nas tabelas abaixo Desenvolvimento do circuito Especifica es do conversor Tens o m nima de entrada 90 Vca Tens o m xima de entrada 250 Vca Fregii ncia da linha 60 Hz Pot ncia de sa da m xima 115 W Efici ncia estimada 82 C lculo dos par metros M xima pot ncia de entrada 140 24 W Tens o de sa da 13 8 Vcc Tens o de sa da auxiliar 20 Vcc Corrente de sa da 8 33 A Fregii ncia m nima de chaveamento 24 kHz 2 Barramento CC de entrada Capacitor de entrada 300 UF Tens o CC m nima 99 83 Vcc Tens o CC m xima 353 55 Vcc 3 Tens o de sa da refletida Tens o refletida do secund rio 140 M xima tens o reversa 493 55 Vec 4 Indut ncia
28. 006 KARASINSKI Carlos Alberto DIAS Edson da Silva Guia para aplica o e manuten o de banco de bateria 2003 Trabalho de conclus o de curso Curso de Engenharia Industrial El trica com nfase em Eletrot cnica Universidade Tecnol gica Federal do Paran 2003 MORIMOTO Carlos E Guia do Hardware Sobre Baterias Dispon vel em http infomediatv terra com br infomediatv section 1 1 amp article 13 Acessado em Setembro de 2006 9 10 11 12 13 14 15 82 POMILIO Jos Antenor Eletr nica de Pot ncia Apostila Did tica Dispon vel em http www dsce fee unicamp br 7Eantenor apostila html Acessado em Setembro de 2006 ROCHA Joaquim E Sistema de energia em corrente cont nua apontamentos de aula 2002 SCHUCH Luciano Sistema CA CC com um conversor PWM bidirecional para interface entre o barramento CC e o banco de bateria 2001 Disserta o Mestrado em Engenharia El trica Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica rea de Eletr nica de Pot ncia Universidade Federal de Santa Maria Santa Maria 2001 Dispon vel em http www ufsm br gepoc pfc Dissertacao Schuch pdf Acessado em Setembro de 2006 STA SISTEMAS E TECNOLOGIA APLICADA Manual T cnico Dispon vel em http www sta eletronica com br manual htm Acessado em Setembro de 2006 TELECO INFORMA O EM TELECOMUNICA ES Tutoriais Infraestrutura Dispon vel em http www
29. 2 15 1 5 111 10 1565559957777 711 76 Fig ta 3 2 1 Prote o contra SODIECALDA cespe tan n E 77 Figura 3 22 Tens o de sa da em opera o normal seasessdrassipest ciaagis des 11 Figura 3 23 Bateria conectada com a polaridade invertida erre 78 LISTA Tabela 2 1 Especifica es t cnicas STA 2006 DE TABELAS Tabela 2 2 Modelos de chave relacionados s pot ncias nominais da sa da 99999 Tabela 3 1 Ensaio com varia ao de tens o S mbolo AOCP CA CI CTR ESR FPS FET FSCQ MOSFET OLP OVP PWM RHP RMS Sync TSD UVLO ZCS ZVS LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS Descri o Abnormal over current protection Prote o contra sobrecorrente Corrente alternada Circuito integrado Corrente de transfer ncia proporcional Effective series resistance resist ncia s rie efetiva Fairchild Power Switch Chave de pot ncia Farichild Field Effect Transistor Transistor de efeito de campo Linha de chaves de pot ncia da Fairchild Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor Transistor de efeito de campo de semicondutor metal oxidante Over load protection Prote o contra sobrecarga Over voltage protection Prote o contra sobretens o Pulse Width Modulation Modula o por largura de pulso Right Half Plane plano direito Valor eficaz Pino de
30. 3 ts ts to tz a Ciclo de opera o da chave S b Tens o no dreno da chave Vps 5 lu i to t 5 E ts 16 th c Corrente no indutor ir d Corrente na chave Is Figura 2 9 Etapas de opera o do conversor flyback 2 4 Baterias 2 4 1 Conceito Da necessidade de armazenamento de energia j datada de alguns s culos mas tamb m da f cil utiliza o e disponibilidade desta em casos emergenciais se fez necess rio o desenvolvimento de um dispositivo apto a realizar determinada fun o Tal equipamento denominado bateria ou acumulador originou se tendo como principal caracter stica a capacidade de convers o de energia qu mica para a el trica e vice versa como tamb m o seu armazenamento KARASINSKI DIAS 2003 26 2 4 2 Tipos de baterias No universo das baterias constata se a exist ncia de uma grande variedade de modelos Quanto ao quesito construtivo elas podem ser do tipo seladas ou n o seladas estas tamb m conhecidas por baterias reguladas por v lvulas Para fins de escolha dentre essas op es a diferen a est na emiss o ou n o de gases ao meio ambiente e na quantidade de manuten es necess rias STA 2004 Por outro lado levando se em conta a composi o qu mica podem se ressaltar alguns dos modelos de baterias mais utilizadas atualmente S o elas bateria de n quel c dmio NiCd bateria de n quel metal hidreto NiMh bateria chumbo cido bateria
31. A DA P COMANDO PWM C P PROTE O gt CONTROLE DE SAIDA Figura 1 3 Diagrama de blocos do circuito a implementar 1 4 1 Objetivos gerais Desenvolver um carregador compacto para carga em bateria automotiva utilizando um conversor flyback quase ressonante 1 4 2 Objetivos espec ficos e Revisar teoria sobre conversor flyback e Projetar carregador de bateria baseado na topologia do conversor flyback e Rever conceitos sobre baterias e seu comportamento em carga e Elaborar prote o para curto circuito das garras e Elaborar prote o para invers o de polaridade e Elaborar prote o contra sobrecarga e Confeccionar circuito impresso e Montar prot tipo e Realizar ensaio para confirmar caracter sticas do projeto 18 1 5 M todo de pesquisa O m todo de pesquisa ser de car ter explorat rio experimental visando levantar as teorias necess rias para projetar o conversor a que se prop e utilizando para tal livros revistas artigos internet entre outros Atrav s da constru o de um prot tipo realizar se o ensaios em laborat rio para melhor an lise do desempenho do conversor ajustes e refinamento do projeto e obten o de resultados 1 6 Estrutura do trabalho O trabalho ser constitu do de quatro cap tulos O primeiro cap tulo apresentar a proposta do projeto como introdu o geral e descrever o
32. CQI565RT que permite comuta es em altas frequ ncias com um valor base de 20kHz at 90kHz No desenvolvimento desse projeto dimensionaram se os componentes dos blocos integrantes e essenciais para o funcionamento do equipamento a entrada o controle e a prote o Conclu da a montagem de toda a placa partiu se para uma etapa de simula o na qual buscaram se as curvas de resson ncia e de controle necess rio para o bom funcionamento da chave Paralelamente realizaram se os ensaios buscando a equival ncia com as formas de onda encontradas na simula o Palavras chave conversor flyback carregador de baterias comuta o quase ressonante LISTA DE FIGURAS 151 1 1 08 88 8 883 0 0 0 16 01981 8 7 7 4 6 2 a ROD UT DO Si Pa 14 Figura 1 2 Formas de onda do conversor flyback 9856 68809 8 6 3 gt 13 Figura 1 3 Diagrama de blocos do circuito a 190916 06 8 4 44 449 17 Fig ra 2 1 Ac m lac o de enerSia inini dede fo 19 Figura 2 2 Transfer ncia 10 1 RGB SADO R 20 121116 103 111 411 472 14 19 8 deals 20 Figura 2 4 Fo
33. Diodo UF4007 Diodo 1N4148 Diodo 1N5408 Diodo 1N5408 Diodo 1N5408 Diodo 1N5408 Diodo 1W 15V Diodo Zener 1W 18V Diodo Zener Verde LED Vermelho LED PC817 Opto PC817 Opto IRF3205 FET TL431 Regulador Shunt BC337 Transistor Foto do prot tipo o gt 23 m Q D o 2 2 lt m a 900Z701 00029p Esquema de montagem 90 Data Sheet Chave FSCQ
34. Evitando usar fio com di metro maior que 1mm para evitar perdas de corrente t o bem como fazer mais f cil o enrolamento Para altas correntes de sa da recomendado usar enrolamentos paralelos com m ltiplos fios finos para minimizar o efeito pelicular Verificar se a rea da janela do enrolamento do n cleo Aw Figura 2 17 suficiente para acomodar o n mero de espiras A rea da janela Awr dada por 48 A 2 29 Tal que Ac a rea do condutor e Kp o fator de preenchimento tipicamente 0 3 Se a janela requerida Awr maior que a rea da janela atual Aw voltar para o item 6 e trocar o n cleo para um maior s vezes imposs vel trocar o n cleo devido aos custos ou restri es de tamanho Nesses casos reduzindo Vpro ou aumentando fsmin que reduz a indut ncia Lm do lado prim rio e o n mero de voltas m nimo para o prim rio Np min Aw mm Ae mm Figura 2 17 N cleo do transformador Fairchild 2005 10 Escolher os diodos retificadores apropriados do lado secund rio baseado nos valores de tens o e corrente A m xima tens o reversa e corrente eficaz do diodo retificador Dr da en sima sa da obtido Voc Viw Vb Voa 2 30 RO I D Vro Kig Ipa I a 2 31 ed D ix Voc T Ve 49 As margens de tens o e corrente t picas para os diodos retificadores s o as seguintes Vamu gt 131 56 2 32
35. RATURA EM FLUTUA O A 25 C 2 3V ELEM ESEC ENEM 11 1111 1 VIDA RELATIVA 55 20 2 24 26 26 355 42 42 d 43 54 55 56 63 TEMPERATURA VIDA DA BATERIA Figura 2 12 Influ ncia da temperatura na vida til de uma bateria UNICOBA 2000 32 2 5 5 Auto descarga A bateria naturalmente envolve processos qu micos que participam de forma efetiva das etapas de transforma o de energia Dentre os processos existe um em particular chamado de auto descarga KARASINSKI DIAS 2003 A auto descarga decorre de transforma es naturais e constantes nas placas positiva e negativa do acumulador estando a bateria conectada carga ou n o KARASINSKI DIAS 2003 Com efeito o acumulador acaba tendo uma queda de sua carga total Para tal situa o poss vel se utilizar de dois processos um processo de recarga peri dica ou por m todo de flutua o ROCHA 2002 2 5 6 Regime de descarga Da an lise do processo de descarga da bateria importante averiguar como essas descargas ocorrem uma vez que elas influenciam significativamente na vida til e no rendimento dos acumuladores Verificando as baterias que utilizam v lvulas surge a identifica o da seguinte problem tica durante o per odo de flutua o a bateria pode ser danificada ainda mais caso haja uma solicita o antes de se alcan ar a carga total ROCHA 2002 Isso ocorre por que elas n o podem sofrer m ltiplas e sucessivas d
36. UNIVERSIDADE TECNOL GICA FEDERAL DO PARAN DEPARTAMENTO ACAD MICO DE ELETROT CNICA CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL EL TRICA NFASE ELETROT CNICA CRISTIAN ALEXIS MEDINA DANIELE DE MELLO GUILHERME RIBEIRO FRANCO BUENO PROJETO E IMPLEMENTA O DE UM CONVERSOR FLYBACK QUASE RESSONANTE COMO CARREGADOR DE BATERIAS CURITIBA 2007 CRISTIAN ALEXIS MEDINA DANIELE DE MELLO GUILHERME RIBEIRO FRANCO BUENO PROJETO E IMPLEMENTA O DE UM CONVERSOR FLYBACK QUASE RESSONANTE COMO CARREGADOR DE BATERIAS Monografia de Projeto Final apresentada na disciplina de Projeto Final 2 do curso de Engenharia Industrial El trica Eletrot cnica Orientador Prof Eduardo F lix Ribeiro Romaneli Dr Eng CURITIBA 2007 A grandeza n o consiste em receber honras mas em merec las Arist teles AGRADECIMENTOS No desenvolvimento desse projeto que perdurou por dois semestres aprendemos muito tanto tecnicamente como pessoalmente Tal repercuss o de valor imensur vel surgiu apenas em nosso benef cio agregando valores despertando predicados encorajando nos nas dificuldades nos fortificando e nos iluminando principalmente a nossa intelig ncia Todavia nenhum objetivo em nossas vidas alcan ado sem o apoio companheirismo e considera o daqueles que nos amam durante essa fase de auto aprova o Em raz o disso quer amos agradecer primeiramente a Deus que iluminou nossas mentes para que tra ssemos o caminho c
37. a rea da se o transversal do n cleo do transformador em mm e AB a varia o m xima de densidade de fluxo em Tesla Se n o houver refer ncia usar AB entre 0 25 e 0 30 T Caso a corrente de dreno do MOSFET exceda 105666 e alcance Irm na transi o ou condi o de falta o transformador deve ser projetado para n o saturar Assim a densidade de fluxo m xima Bmax quando a corrente de dreno alcan a Im deve ser tamb m considerada como 44 Lan Tim gt e 2 14 Pinin B Ae max O n mero de voltas para o prim rio deve ser menor que o valor de Npmin obtido das equa es 2 13 e 2 14 7 Determinar o n mero de voltas para cada sa da e para o circuito auxiliar Vcc Calcular a rela o de transforma o n entre o enrolamento prim rio e o enrolamento de refer ncia de sa da Vo V n RO Vo Vii 2 15 Tendo Vo como refer ncia de sa da que regulada pelo controle de realimenta o na opera o normal E Vr a queda de tens o no diodo Drr Ent o determinar um fator apropriado para Ns de forma que o resultado de Np seja maior que Np min Np n N gt Na 2 16 O valor de Ns ser o n mero de voltas do enrolamento de sa da de refer ncia Para determinar o n mero de voltas para outras sa das quando h sa das m ltiplas Vom V Na Ny 2 17 Vo Vai O valor de Vom ser o da en sima sa da e Vrm a queda de tens o no diodo Dro na mesma 45
38. a capacit ncia externa e utilizada para auxiliar a etapa de resson ncia O capacitor ressonante permanece em curto enquanto a chave est conduzindo a etapa de resson ncia inicia quando a chave aberta TIMERSKI VORPERIAN LEE 1989 Devido presen a do capacitor ressonante em paralelo com chave surge a possibilidade de desligamento da chave a qualquer momento sob tens o nula ou seja poss vel fixar a freq ncia e utilizar PWM para controle da chave 2 3 1 Princ pio de opera o do flyback quase ressonante O conversor CC CC do tipo flyback de relevante funcionalidade uma vez que permite atua o em uma larga faixa de tens o de entrada e isola o entre fonte e carga Com um reduzido n mero de componentes e apenas uma chave de controle poss vel desenvolver este conversor Um circuito b sico foi apresentado na Figura 1 1 no qual a rela o de transforma o dada por N 1 A indut ncia Lr e a capacit ncia Cr formam o circuito ressonante no qual a indut ncia do transformador esta inclu da em Lr e a capacit ncia de sa da da chave esta inclu da em Cr A indut ncia de magnetiza o do transformador usada para armazenar energia e esta considerada de valor grande o suficiente para manter constante a corrente Im As formas de onda de opera o deste circuito s o apresentadas nas figuras a seguir antes de um instante to a chave S esta conduzindo e Vin aplicado no enrolamento prim rio do tra
39. a na chave Fairchild 2005 Fregii ncia m nima de chaveamento fsmin a frequ ncia m nima de chaveamento ocorre nas condi es de tens o de entrada m nima e plena carga que deve ser maior do que a m nima fregii ncia de chaveamento da chave 20kHz Aumentando fsmin o tamanho do transformador pode ser reduzido Embora isso resulte no aumento das perdas na chave Assim determina se fsmin por uma compara o entre perda no chaveamento e tamanho do transformador Pode se considerar fsmin em torno de 25kHz Como mostrado na Figura 2 16 o tempo de queda da tens o de dreno do MOSFET metade do per odo de resson ncia da capacit ncia efetiva de sa da do MOSFET e a indut ncia do prim rio O aumento de Tr causa um aumento do capacitor ressonante Cr resultando no aumento de perdas no chaveamento O valor usual para Tr 2 2 5us Depois de determinados fsmin Tr a raz o c clica m xima calculada ne A Vro Voc i min D max 1 fsmin EE 2 9 42 O valor de Vpcmin especificado pela equa o 2 6 Ent o a indut ncia do prim rio obtida por 2 Voc 2 10 K 2 fsmin Pn Sendo Pin VDCmin Dmax especificados nas equa es 2 4 2 6 e 2 9 respectivamente e fsmin a freq ncia m nima de chaveamento Uma vez determinado Lm a m xima corrente de pico e corrente RMS eficaz do MOSFET no modo de opera o normal s o obtidas V D Ly 211 Ly
40. aa arree e arn r Eanos Oe s OS 17 1 4 2 Objet vos especificos aiit ns LT Ni an nsien 17 1 5 Metodo de pesquisa hes er a eer a asa asinante 18 1 6 Estrut ra do trabalho ssor enri ei a a 18 CAPITULO REVIS O BIBLIOGR FICA nara 19 2 1 Conversor flyback asitiani 19 2 2 Comuta o 6580 8 21 23 Comut o quase fessona t n s de naa 22 2 3 1 Princ pio de opera o do flyback quase ressonante 444599 23 2 4 12 11 19 PURE OR ARA RAR A 25 2 4 1 CONCERT A aa SD oaa 25 Tipos de alertas asa ac 26 2 5 21 17 191 85111 11016 9 11 185 9 ad cada 26 2 3 1 ESTIMULA O ses a a a a a 28 2 5 2 Principio de funcionamento sussie enina otesi e a eia 28 2 5 3 Tens o corrente e capacidade de descarsa ass 30 2 5 4 Temperatura e SEUS CICILOS arara atra 77 77 31 295 ASUO dES CADA rios aaa Si 32 2 5 6 Regim dedescatga ioien e
41. ase ressonante A principal limita o dos conversores precedentes a n o possibilidade de uso de PWM no acionamento da carga Al m disso a presen a de indutor em s rie com a alimenta o considerando n veis relativamente elevados da corrente produz perdas significativas que crescem com o quadrado da corrente exigindo esfor os para sua refrigera o e reduzindo a efici ncia do conversor POMILIO 2000 Os conversores quase ressonantes associam s chaves semicondutoras um circuito ressonante composto por um indutor e um capacitor de modo que as mudan as de estado das chaves ocorram sempre sem dissipa o de pot ncia seja pela anula o da corrente ZCS seja pela anula o da tens o ZVS A Figura 2 5 mostra as configura es poss veis para produzir resson ncias de tens o e corrente e obter uma comuta o suave e b an E S E Cr T Cr b Figura 2 5 Configura es poss veis a ZCS b ZVS 23 Quando o conversor utiliza ZCS a corrente produzida em uma malha ressonante flui atrav s da chave fazendo a entrar e sair de condu o sob corrente nula A chave simples substitu da por uma outra que associada ao capacitor Cr e ao indutor Lr O indutor de filtro suficientemente grande para considerar a corrente constante Quando o conversor utiliza ZVS a tens o zero obtida pela adi o de um capacitor em paralelo com a chave nesta configura o a capacit ncia interna da chave somada
42. cancelar o ganho do controle da sa da em fc Colocar o zero do compensador f em torno de 3 d Colocar o p lo do compensador fpc em torno de 3 Quando determinado o componente de circuito de realimenta o existem algumas restri es a Desenvolver o divisor de tens o da malha de R e Rz para garantir 2 5V para o pino de refer ncia de KA431 A rela o entre R e R2 dada por a 2 44 Va O capacitor Cp conectado no pino de realimenta o relacionado para o tempo de desligamento em atraso na condi o de sobrecarga por Vso E 2 5 Cs delay I 2 45 delay 57 E Vsp a tens o de realimenta o no desligamento e Iaeiay a corrente de desligamento em atraso e seus valores t picos s o Vsp 7 5V e Iqeay UA Em geral o atraso t pico para a maioria das aplica es de 20ms a 30ms aproximadamente Pelo fato de Cp tamb m determinar os p los de alta fregii ncia Wpc do compensador da fun o de transfer ncia como mostrado na equa o 2 43 um capacitor Cp muito grande pode limitar um controle de banda por colocar o p lo Wp em frequ ncias muito baixas T picos valores para Cg s o 10nF 50nF Os resistores Rbias Rp utilizados juntos com o opto acoplador H11A817A e o regulador shunt KA431 devem ser destinados para fornecer corrente de opera o apropriada para o KA431 e para garantir a oscila o completa da tens o de realimenta o pa
43. da chave Tens o no enrolamento auxiliar no modo de opera o normal Tens o m nima no enrolamento auxiliar no modo de espera Tens o cont nua Queda de tens o em no modo de opera o normal Tens o de entrada retificada Tens o m xima de entrada retificada Tens o m nima de entrada retificada Tens o reversa m xima no diodo da en sima sa da Tens o no dreno da chave Tens o nominal no dreno da chave Queda de tens o no diodo da sa da auxiliar Tens o de realimenta o Tens o de realimenta o intr nseco chave Queda de tens o no diodo Dr Queda de tens o no diodo da sa da 2 Vin VLmin V Lmax Vo Voz mormal Vozxstby VRRM Vro VsTART Vsrop Vsync Vz W Tens o de entrada Tens o de linha m nima Tens o de linha m xima Tens o de sa da Tens o na sa da 2 no modo de opera o normal Tens o na sa da 2 no modo de espera M xima tens o reversa que deve ser suportada pelo diodo Tens o de sa da refletida no prim rio Tens o de partida Tens o de desligamento da chave Tens o no pino de sincronismo Tens o no diodo zener Define p los e zeros da fun o de transfer ncia Varia o 3 14159265 SUM RIO CAP TULO 1 INTRODU O GERAL psi er RD as 13 11 TH OQUE O a a 13 1 2 Problema ninina 5 DO DD 15 1 3 J s ficatiya aiara r E RE a a a a 16 1 4 ODJEUVOS aaeh eeraa a e a aE E A aa aeaii 16 1 4 1 ODJEUVOS TETAS
44. de L tio on e a de L tio on Pol mero Com o intuito de ilustrar algumas das suas diferen as quanto s especifica es t cnicas tem se a Tabela 2 1 2 5 Bateria chumbo cido De acordo com a Tabela 2 1 faz se importante destacar a bateria de chumbo cido tendo em vista que esta comp e o desenvolvimento do projeto As baterias do tipo chumbo cido foram os primeiros modelos para uso comercial Essas baterias t m uma ampla aplicabilidade j que s o primordialmente encontradas em carros e outros tipos de ve culos mas tamb m em sistemas de luz de emerg ncia no breaks equipamentos hospitalares STA 2004 Conforme j mencionado esses acumuladores podem ser encontrados em dois modelos selados ou n o selados STA 2004 Tabela 2 1 Especifica es t cnicas STA 2006 27 Li fon Chumbo NiCd NiMh Li Ion Pol mero cido Densidade de Energia 45 80 60 120 110 160 100 130 30 50 Wh kg Resist ncia Interna 100 200 200 300 150 250 200 300 lt 100 E Pack 6V Pack 6V Pack 7 2V Pack 7 2V Pack 12 V miliOhm Ciclo de Vida 80 da capacidade 1500 500 1000 500 1000 300 500 200 300 inicial Tempo para Carga 1 hora 2 8 4 5 2 8 4 5 2 8 4 5 8 8 16 5 R pida Toler ncia para Moderada Baixa Muito Baixa Alta Sobrecarga Baixa Auto Descarga Mensal 20 30 10 10 5 na temperatura ambiente Tens o da C lula 1 25V 1 25V 3 6V 3 6V 2V SORE Ca
45. empenhados pelo carregador em valores previamente ajustados KARASINSKI DIAS 2003 Este processo apresenta uma maior confiabilidade pois tendo sido finalizada a carga mant m se a corrente em valores m nimos de tal modo que n o ocorram muitas gaseifica es e a manuten o da temperatura SCHUCH 2001 Num instante inicial calibra se o carregador em valores determinados de tens o final ao mesmo tempo em que se aplica uma corrente inicial em valores tamb m j definidos KARASINSKI DIAS 2003 Da compara o entre as tens es do carregador com a da bateria percebe se que conforme aquela vai tornando se menor a corrente tende a alcan ar o seu valor final mantendo se de tal modo e conservando o estado do acumulador KAR ASINSKI DIAS 2003 2 6 4 Carga em duas etapas O emprego desse m todo d se num primeiro instante com a aplica o de uma corrente com 20 do valor da capacidade em regime de 8h C8 mas ao mesmo tempo limita se a tens o ao valor m ximo de 2 37Vcc por elemento KARASINSKI DIAS 2003 Tendo sido alcan ado esse valor tem se in cio o segundo momento no qual o carregador faz um controle da corrente utilizada remanejando a para aproximadamente 4 de C8 enquanto que a tens o ficar limitada a 2 60Vcc por elemento SCHUCH 2001 35 A utiliza o dessa carga bem como a sua efici ncia fica sujeita ao estado em que se encontra a capacidade da bateria quando esta for conectada ao carregado
46. empos s o definidos por T 7 L 2 37 51 To Roy Coy ul Va Asa 2 38 2 6 Roy Rsy Considerando que Ceo a associa o do capacitor de sa da efetivo do MOSFET e do capacitor de resson ncia Cos C 13 Opera o em modo de controle de sa da Para minimizar o consumo de pot ncia no modo de espera a chave FSCQ emprega um modo de opera o com controle da sa da uma vez que FPS entra neste modo a tens o de sa da e a frequ ncia de chaveamento s o reduzidas A Figura 2 19 abaixo mostra um exemplo de circuito de controle para regular a queda de tens o na sa da 552 Micom gt Regulator we Figura 2 19 Circuito de realimenta o Fairchild 2005 O sinal aplicado em picture on aciona o transistor Q que isola R3 Dz e D do circuito de realimenta o Assim somente Vo regulado pelo circuito de realimenta o em modo normal de opera o e determinado por 2 39 R R vasis Ga 2 A Figura 2 20 mostra as formas de onda no modo de espera nessa condi o o sinal no transistor Q retirado com Rs Dz e D atuando no pino de referencia do KA431 Se R muito menor que Voz dominante na realimenta o Antes de Voz cair para Vozstby 8 tens o 52 no pino de refer ncia do KA431 maior que 2 5Vcc que faz aumentar a corrente atrav s do opto acoplador Nesse instante a tens o de realimenta o V da chave faz parar o chaveamento uma v
47. ente de carga constante sendo esta dependente das caracter sticas do carregador a qual pode assumir grandes valores BROSSET BODEREAU 2004 Ao mesmo tempo percebe se um aumento gradativo de tens o que depende das condi es em que se encontra a bateria totalmente descarregada ou n o BROSSET BODEREAU 2004 Com o intuito de que haja uma continuidade no armazenamento de energia fundamental que seja realizado um controle da corrente de carga caso contr rio essa corrente sofrer um decr scimo brusco podendo alcan ar o valor nulo o que ocasionaria a interrup o do carregamento Tendo sido feito esse controle durante 1 a 3 horas chega se a um n vel de carregamento de 75 a 80 da capacidade nominal tamb m nesse momento a tens o alcan a um determinado 37 valor e o eletr lito da bateria come a a borbulhar o que demonstra a n o aceita o de mais carga por parte da mesma BROSSET BODEREAU 2004 Visando sanar tal dificuldade e assim se evitando qualquer tipo de malef cio aos elementos do acumulador faz se uma pequena redu o no valor de tens o alcan ado quando se tem in cio uma segunda etapa presenciada pela tens o constante Nesse per odo com dura o em torno de 8 a 10 horas a tens o mantida constante enquanto a corrente decresce gradativamente at alcan ar aproximadamente 1 da capacidade nominal ao mesmo tempo em que a bateria recebe o restante da energia correspondente em torno de 20
48. ento Importante mencionarmos o funcionamento da bateria de chumbo cido que dentro de seus processos padr es realizam se as etapas de carga e a descarga Na chamada etapa de carga tamb m denominada de fase de armazenamento de energia o acumulador passa por processos qu micos envolvendo seus componentes b sicos nos quais a 29 corrente flui do terminal negativo para o positivo caracterizando de tal modo a transforma o da energia el trica em energia qu mica KARASINSKI DIAS 2003 J na etapa de descarga esse fluxo apresenta um sentido inverso do terminal positivo para o negativo evidenciando se uma transforma o da energia qu mica para el trica suprindo se da melhor maneira a solicita o por parte de qualquer dispositivo KARASINSKI DIAS 2003 Tais processos ficam bem elucidados de acordo com a Figura 2 11 POSIPIVA ESTADO INICIAL BATERIA CARREGADA ELETR LITO se V L MPADA J PES Se A 8 fo 50 DESCARGA y 0 amaS ESTADO FINAL ATERIA DESCARREGADA OR 504 z CARREGADOR CARGA VOLTA AO ESTADO INICIAL Figura 2 11 Representa o do processo de carga e descarga MBT 2004 30 2 5 3 Tens o corrente e capacidade de descarga A fim de um melhor entendimento a respeito das baterias e de seu funcionamento em 51 deve se ter conhecimento de duas importantes grandezas tens o nominal e corrente nominal Quant
49. entre fonte e carga A associa o desta topologia com uma chave de acionamento quase ressonante possibilita uma frequ ncia de chaveamento alta fazendo com que os elementos de filtragem e transformador de ferrite sejam compactos e consegiientemente o conversor Obt m se ainda dessa associa o as vantagens da comuta o suave e diminui o das perdas na chave Um conversor quase ressonante permite que a comuta o ocorra com menor dissipa o de energia na chave o que aumenta o rendimento do circuito e a vida til da mesma Tem se essa topologia melhor elucidada conforme a Figura 1 1 14 Ds 7 Ds 5 iR La SCH Vos tg Ca S R Figura 1 1 Conversor flyback Segundo Pom lio 2000 Eletr nica de Pot ncia cap 8 p 1 a fim de eliminar ou minimizar as perdas que ocorrem nos chaveamentos dos semicondutores as quais para freq ncias elevadas limitam a aplica o dos semicondutores t m sido criados circuitos que nas transi es de estado das chaves produzem uma situa o de tens o e ou corrente nulas minimizando consegiientemente a pot ncia dissipada nestes momentos Estes processos s o denominados de comuta o suave soft commutation Quando a comuta o se d com a tens o nula nos terminais do interruptor ela denominada de ZVS do ingl s Zero Voltage Switching Quando a comuta o acontece com corrente nula chamado de ZCS do ingl s Zero C
50. es circuitos a sincroniza o e o de realimenta o 3 3 1 Circuito de sincroniza o No que diz respeito malha respons vel pela sincroniza o sabe se que a chave utilizada FSCQI565RT implementa uma tecnologia de chaveamento quase ressonante visando minimizar perdas na comuta o Para isso utilizado um capacitor C7 entre o dreno e source da chave de acordo com a Figura 3 4 62 Figura 3 4 Circuito de sincroniza o Em raz o do princ pio de funcionamento do capacitor o mesmo n o sofrer uma varia o instant nea de tens o amenizando assim a eleva o desta vari vel no dreno Buscando reduzir as perdas pelo acionamento da chave o MOSFET deve ser ligado quando a tens o no dreno alcan ar seu m nimo valor vide Figura 3 5 MOSFET MOSFET off On Vgs Vas lds Figura 3 5 Formas de onda em opera o quase ressonante Fairchild 2005 63 Devido ao monitoramento da tens o no enrolamento auxiliar e do conhecimento das rela es de transforma o a m nima tens o presente no dreno indiretamente detectada De modo geral o conversor quase ressonante apresenta uma limita o na aplica o de uma ampla faixa de carga Isso ocorre porque numa situa o de baixa carga tem se uma alta frequ ncia de opera o o que por sua vez repercute numa elevada perda durante as comuta es Em contrapartida para contornar esta limita o a chave emprega um modo de comu
51. escargas j que para restabelecer a energia a n veis normais necessita se que haja trabalho em torno da tens o de flutua o o que acaba por tomar um demasiado tempo Em rela o aos acumuladores do tipo est tico quando solicitados por parte de algum equipamento existe a necessidade da bateria estar com a capacidade para qual foi desenvolvida ROCHA 2002 Al m disso o acompanhamento nessas solicita es fundamental de modo a impedir que no decorrer da descarga n o sejam alcan ados valores abaixo daqueles pr estabelecidos efeito esse denominado de descarga profunda o qual pode ocasionar danos irrevers veis e por sua vez reduzir a sua vida til 33 2 6 Tipos de carga Na esfera dos acumuladores podem se constatar diversos modos de carga como carga de equaliza o carga a corrente constante carga com tens o constante carga em dois est gios carga com agita o de eletr lito carga profunda e carga de flutua o KARASINSKI DIAS 2003 Todavia todas essas citadas ficam sujeitas ao estudo das principais caracter sticas da bateria tais como o tipo do acumulador e o modo de funcionamento KARASINSKI DIAS 2003 2 6 1 Carga de equaliza o Esta modalidade de carga surge da necessidade de corre o de valores de densidade do fluido que comp e a bateria e da sua tens o quando essa realmente existir tendo como meta 8 verifica o e alcance de seus par metros nominais KARASINSKI DIAS 2003
52. ez parado o chaveamento Voz decresce e por sua vez alcan a Vozstby 8 corrente que atravessa o opto acoplador decresce permitindo a eleva o da tens o de realimenta o Quando a tens o de realimenta o alcan a 0 4Vcc a chave retoma o funcionamento com um pico de corrente pr determinado no dreno Considerando que a queda de tens o no diodo D 0 5Vcc o valor de Vozswy ser dado por 0266 28 05 2 5 2 40 Normal mode Standby mode Figura 2 20 Opera o em modo de espera Fairchild 2005 14 Circuito do controle da realimenta o Quando a chave entra em modo de corrente controlada como mostrada na Figura 2 21 o ciclo de realimenta o pode ser facilmente implementado atrav s de um p lo e um zero como circuito de compensa o o fator de controle da corrente K da chave definido como L K ico lm 2 41 fb Vo sat 53 MOSFET current Figura 2 21 Circuito de controle Fairchild 2005 Para que a menor varia o da tens o seja percebida pelo circuito de realimenta o s o introduzidos V e Vo Para o conversor flyback quase ressonante a fun o de transfer ncia para o controle da sa da usando modo de corrente controlada dado por G Vo KRt Voe N Nsi 1 s W 1 s W 2 42 Vo BOVA Nog 1 s W Sendo Ry a resist ncia efetiva total da carga de sa da controlada definida como 6 Os p los e zeros da equa o 2 42 s o def
53. ficar algumas das ondas por m fun es implementadas pela chave n o ser o observadas aqui is MUR1G0 Prim Sec 1 3 490uH 7 470u Fonte 353V H 4 K6 K_Linear D19 COUPLING 0 999 Prim MUR160 Sat VON 6 0V VOFF 3 0V Figura 3 13 Circuito utilizado no simulador As ondas obtidas durante a simula o levaram em considera o as piores situa es quanto a opera o Na Figura 3 14 poss vel observar que com a m nima tens o de entrada 90Vca e a m xima carga 115W Os par metros de tens o de sa da e corrente permanecem constantes V Carga 2 e I Carga respectivamente Bem como o n vel de tens o na chave chegou a 300Vcc V Chave 3 Nesta situa o ocorre a m xima raz o c clica 0 56 e poss vel observar a etapa de resson ncia na chave a medida que a tens o decresce na mesma antes do pr ximo ciclo indicado por V Pulso A forma de onda da corrente no prim rio em I Prim mostra o ciclo de carregamento do transformador E a tens o de entrada vista em V Fonte que constante 71 103 10 TT TSTSDO T mTIDO D I Prim 20V 10V V Carga 2 o V Pulso s 0V 830us 84005 860us 880us 900us 920us 94005 96005 V Fonte V V Chave 3 Figura 3 14 Formas de onda com tens o m nima e carga m xima
54. inidos como 0 5 D L Na Np Y rz D R Cor W P Sendo Rc a resist ncia s rie efetiva de Co capacitor da sa da Vo1 54 Quando o conversor tem mais de uma sa da a baixa fregii ncia da fun o de transfer ncia de controle proporcional combina o em paralelo de todas as resist ncias de carga ajustada pelo quadrado da rela o de transforma o Portanto a resist ncia de carga efetiva usada na equa o 2 42 em vez da carga atual da resist ncia de Voi Notar que h um zero Wrz no plano direito do ingl s right half plane RHP na fun o de transfer ncia para controle de sa da da equa o 2 42 Porque o zero no plano direito reduz a fase em 90 graus a fregqii ncia de cruzamento deve ser colocada abaixo do zero RHP A Figura 2 22 mostra o comportamento da fun o de transfer ncia para diferentes tens es de entrada mostra o sistema de p los e zeros juntos com o ganho DC O ganho maior na condi o de tens o de entrada elevada e o zero de RHP menor na condi o de baixa tens o de entrada 1Hz 105 10CH z 8 5 118222 108222 Figura 2 22 Ganho em fun o da tens o de entrada Fairchild 2005 A Figura 2 23 mostra a resposta da fun o de transfer ncia para diferentes cargas mostra que o ganho entre fp e fz n o muda para cargas diferentes e o zero de RHP menor na condi o de plena carga
55. m xima e m nima tens o de entrada A m xima tens o reversa no dreno observada quando se aplica a m xima tens o na entrada e a tens o constante na carga garantida pelo ajuste da raz o c clica bem como o ajuste da frequ ncia Na Figura 3 20 poss vel observar o n vel de tens o no dreno com carga m xima 76 Tek SETA 5MS s 417 5 E FiA ARAA Ch1 Freq 45 87kHz E E 8 1 Ea Rs RR RR ERE joio 1 Max i 748 V 100 i 1 1095 2 7 1 6 Figura 3 20 M xima tens o reversa no dreno 3 6 2 Funcionamento dos circuitos de prote o Numa situa o de curto circuito das garras ou de sobre carga ter se a circula o de uma corrente de elevada magnitude Dada tal situa o percebe se por meio da Figura 3 21 que h a presen a de uma tens o acima de 77 5V no pino de realimenta o Ch1 sendo essa a tens o para desligamento da chave em situa es de falta J na an lise do Ch2 pino Vcc da Figura 3 21 observa se que devido perman ncia da falta n o ocorre a partida quando alcan ada a tens o de 15Vcc No instante em que a tens o fica abaixo de 9Vcc haver um novo processo de partida da chave que n o ocorrer at que a falta seja removida Quando conectada corretamente ao circuito de sa da a bateria se comporta como uma carga consumindo corrente Nesta situa o o FETI estar acionado dando condi o para que
56. modo de opera o normal em transi es de carga A fim de evitar essa opera o indesejada o circuito ativado dentro de um tempo especificado o que por sua vez acaba determinando se existe uma situa o transit ria ou uma sobrecarga 66 Quando a queda de tens o sobre o resistor equivalente formado pelos resistores R2 R9 e R10 for igual ou superior a 0 7V o transistor Q2 entra em condu o Isto acaba aumentando a corrente atrav s do opto acoplador U2 o qual envia um sinal ao pino V da chave Provocando a interrup o do chaveamento A Figura 3 9 mostra o circuito de prote o Figura 3 9 Circuito de prote o contra sobrecarga e curto circuito Em virtude desse comportamento presencia se uma queda na tens o Vcc at se alcan ar um valor abaixo da tens o de bloqueio pr definida UVLO de 9V Nesta situa o a prote o reinicializada e a chave volta a consumir somente a corrente de pr partida 25uA Em seguida d se in cio o processo de carregamento do capacitor Vcc respeitando se a condi o de uma corrente no resistor de partida maior do que a consumida pela chave Tendo sido alcan ado a tens o Vcc de 15V pelo capacitor C13 a chave reinicia o seu processo de funcionamento normal conforme j explicado no item 3 2 Todavia caso aquela falta que foi detectada n o tenha sido removida por completo ou seja constatada uma outra de mesma caracter stica o sensor FET TL431 permanecer em
57. nar os par metros de opera o bem como caracter sticas espec ficas para a aplica o escolhida no caso um carregador de baterias Ent o realizou se um levantamento de caracter sticas especif cas de prote o que o equipamento deve possuir bem como pot ncia nominal de sa da A chave utilizada FSCQI565RT mostrou se completa e com todos os requisitos necess rios para elabora o do projeto A quantidade de informa es fornecidas pelo fabricante no data sheet foi de suma import ncia nesta etapa Finalizado a pesquisa sobre o conversor e a t cnica de comuta o adotada quase ressonante partiu se para o dimensionamento do prot tipo A partir de uma sugest o de aplica o do fabricante da chave o conversor foi dividido em blocos que permitissem uma melhor compreens o e dimensionamento do mesmo Com o dimensionamento em m os foi feita a simula o do circuito no software Pspice Schematics Vers o 9 2 Com intuito de verificar o comportamento dos componentes bem como compreender como cada elemento indutor capacitor e carga poderia modificar a resposta do circuito Nos testes do circuito foi utilizado como carga uma associa o de l mpadas hal genas observou se que o circuito mantinha a tens o de sa da constante mesmo em tens es de entrada inferiores a m nima especificada quando elevada a tens o de entrada o mesmo compensava com o ajuste da raz o ciclica O desempenho do prot tipo demonstrou que ele pode ser u
58. nergizado 1 e a tens o no BAT Ch2 igual a do Chl somada da bateria 79 3 7 Conclus o Desenvolveu se um prot tipo para realiza o dos ensaios ap s simula o e c lculo do conversor e dentro das caracter sticas do projeto foi poss vel observar que o mesmo atendeu s especifica es Por meio de ensaios realizados comprovou se que variando a tens o de entrada de 90 a 250Vca a tens o na carga manteve se constante em aproximadamente 14Vcc na sa da principal e 20Vcc na sa da auxiliar embora com tens es acima de 220Vca observou se uma oscila o na frequ ncia de chaveamento Em todos os n veis de tens o de entrada foi poss vel observar a resson ncia o que demonstra a intera o entre os elementos de pot ncia e controle do conversor Embora no projeto tenha sido definida uma fregii ncia m nima de 24kHz quando ensaiado com baixa carga o chaveamento chegou a 57kHz caracter stica esta da chave que tem como objetivo ajustar a freqii ncia em fun o do n vel de carga Quando operado em sobrecarga ficou evidente o comportamento dos circuitos de prote o Causando o bloqueio da chave e garantindo a integridade do conversor o mesmo permaneceu bloqueado enquanto a falta persistia Bem como no ensaio com a polaridade invertida 80 CAP TULO 4 CONCLUS ES GERAIS Ap s a revis o bibliogr fica sobre conversores flyback e da t cnica de comuta o quase ressonante Foi poss vel determi
59. ns o na Chave 5 1 VD Vo vVim AN DT te T DT te T b Corrente de magnetiza o Tens o no Diodo D j VL vim DT OR DT to T Corrente na chave 5 g Tens o no Transformador DT te T d Corrente no diodo D Figura 2 4 Formas de onda do conversor flyback 2 2 Comuta o ressonante Nas topologias em que as chaves semicondutoras comutam a carga total a cada ciclo estas ficam sujeitas a picos de pot ncia que colaboram para a fadiga do componente reduzindo sua vida til POMILIO 2000 Com o objetivo de diminuir estes efeitos foram desenvolvidos circuitos em que a comuta o da chave ocorre quando a tens o ou a corrente sobre ela nula ou seja sem dissipa o de pot ncia A este tipo de comuta o d se o nome de comuta o suave do ingl s 22 soft commutation podendo ser definida como ZVS do ingl s Zero Voltage Switching ou ZCS do ingl s Zero Current Switching de acordo com o tipo do circuito POMILIO 2000 Estes circuitos possuem um filtro LC que atrav s do controle da chave faz a tens o ou a corrente passarem periodicamente por zero permitindo que a comuta o ocorra sem dissipa o de pot ncia As desvantagens deste tipo de comuta o s o e A tens o m xima sobre os interruptores apresenta picos com dobro do valor da tens o CC e Como a comuta o deve ocorrer quando a tens o nula n o poss vel o uso de PWM 2 3 Comuta o qu
60. nsformador O diodo Dscw est inversamente polarizado e a corrente Iy circula atrav s de S de acordo com a Figura 2 6 24 Lr Dsem be gt Figura 2 6 Corrente de magnetiza o No instante to a chave S desligada e a corrente Im faz com que a tens o vds aumente linearmente em t Vas igual a Vin NVo e Dscy diretamente polarizado Neste momento Lr e Cr iniciam a etapa de resson ncia Durante esta etapa a tens o na chave atinge o valor de pico conforme a Figura 2 7 Lr Door 1 ES 0 lt Ro w Va CS ysAD Figura 2 7 Resson ncia entre Lr e Cr A resson ncia entre Cr e Lr faz com que a tens o diminua at zero em tz neste instante 8 chave ligada e a tens o Vin NVo aplicada no indutor Lr fazendo a corrente aumentar linearmente Quando a corrente ir que circula pelo indutor for igual 8 Im o diodo Dscy inversamente polarizado conforme a Figura 2 8 Lr ee f Io y O A T Cr Nn J Figura 2 8 Corrente no indutor Lr 25 As formas de onda s o apresentadas na Figura 2 9 Nos intervalos t4 e ts a chave S conduz a corrente de magnetiza o para garantir a comuta o com tens o zero a chave S deve ser ligada quando Dscy est conduzindo ou seja nos intervalos tz e ta ON Vos 0 0 to ti ta tz t4 ts te t to ti ta t
61. o tens o nominal de um acumulador toma se nota de que esta nunca ser igual ao valor da c lula quando carregada Isso ocorre em virtude do valor nominal de uma bateria que determinado pelo produto do n mero de c lulas que est o conectadas em s rie pela devida tens o nominal dessas c lulas SCHUCH 2001 Quando da utiliza o de uma bateria de chumbo cido o valor nominal dessas c lulas de aproximadamente 2 0V SCHUCH 2001 Quanto ao funcionamento salienta se uma caracter stica relevante a rela o existente entre a tens o nominal desses elementos que comp em a bateria versus o estado de carga correspondente a energia armazenada ROCHA 2002 A partir deste panorama determina se uma rela o quase linear que mostra uma diminui o da tens o nesses componentes em fun o do consumo de energia ROCHA 2002 A respeito da corrente nominal esta se apresenta inclusive grande participa o na atividade padr o de uma bateria Pode se observar uma importante rela o entre a corrente de descarga In com a capacidade nominal da bateria Cn conforme equa o abaixo SCHUCH 2001 2 3 Nota se que a capacidade e a corrente s o valores inversamente proporcionais por isso uma menor corrente de descarga acarretar numa maior capacidade de carga evidenciando se um bom rendimento do equipamento ROCHA 2002 O que n o ocorre na situa o inversa ou seja na presen a de alto valor de corrente
62. o da fun o de transfer ncia Zero no plano direito P lo da fun o de transfer ncia Indut ncia do transformador Resistor interno de realimenta o Capacitor de realimenta o Resistor R1 Resistor limitador do opto U2 Resistor do compensador R11 Capacitor do compensador C4 Corrente proporcional de transfer ncia Ganho da realimenta o Compensador para o zero Compensador para o p lo Freq ncia de cruzamento Posi o para o zero do compensador Posi o para o p lo do compensador Corrente m nima para realimenta o Corrente m nima para regulador shunt Resistor do regulador shunt 8 29 3 2 1 66 99 83 42 9 9 33 140 0 05 9 40E 04 0 55 21276 60 28320 41 996 71 4 50E 04 2800 1 20E 08 2260 10000 3 30E 03 1 00E 07 1 1238 94 3030 30 29761 90 9440 14 3146 71 28320 41 1 030 03 1 00 03 1000 87 V Ohms Voltas Vcc Ohms F rad s rad s rad s Ohms Ohms Ohms Ohms rad s rad s rad s gt ImA gt ImA Ohms Lista de componentes R2 5W 0 33W 0 33W 0 16W 0 16W 2W 2W 0 16W 0 33W 0 33W 0 16W 0 16W 0 16W 0 16W 0 16W 0 16W 0 16W IW 0 16W 0 16 W 100V 50V 100V 100V 50V 1 kV 50V 50V 50V 50V 50V 400V 400V 88 89 ze 86 D3 UF4007
63. om sabedoria e intelig ncia Aos nossos pais dos quais alcan amos inspira o dedica o e muitas outras virtudes uma vez que os mesmos atuam como alicerces na constru o de nossas vidas Tamb m agradecemos ao nosso s bio orientador Prof Eduardo F lix Romaneli Dr Eng o qual com sua dedica o foi fundamental para a realiza o deste projeto Do mesmo modo agradecemos amiga Gabrielly pelo seu companheirismo compreens o e apoio no decorrer desta jornada E por fim obrigado a nossa equipe com quem compartilhamos das mais diversas situa es ora boas ora ruins Mesmo estas n o foram capazes de abalar a amizade entre n s muito pelo contr rio fortificaram ainda mais o elo que nos une nessa premissa maior tornando a mais preciosa RESUMO O estudo realizado no presente trabalho desenvolve se em torno da topologia do conversor flyback no qual utilizou se a t cnica de comuta o quase ressonante para minimizar as perdas na chave Adota se a aplica o em um carregador de baterias pois estes equipamentos na sua grande maioria apresentam baixas correntes de sa da quando s o compactos ou grandes dimens es nos carregadores r pidos Em fun o da aplica o e da versatilidade do conversor flyback poss vel obter um equipamento que aceite uma larga faixa de tens o de entrada e uma boa isola o entre a fonte e a carga al m da regula o cruzada Em rela o ao chaveamento utilizou se o modelo FS
64. onamento Na Figura 3 16 poss vel observar a tens o m nima de entrada no barramento CC Ch1 e a tens o do pino Vcc da chave Ch2 Onde mesmo com um ripple na tens o de entrada o n vel no pino Vcc constante e igual a 20Vcc 13 Tek SETA 10k5 s5 74 5 Ch2 RMS 20 12 1 RMS ESQ 1 12222 50 V th2 10 M 5815 2 15 Figura 3 16 Barramento CC 1 e pino Vece Ch2 m nima tens o de entrada Comparando a Figura 3 16 com a Figura 3 17 observa se que mesmo variando a tens o de entrada para o valor m ximo 250Vca a tens o de alimenta o da chave pino Vcc mant m se constante Verificando assim o ajuste de PWM realizado pelo circuito de realimenta o Tek AE 10k5 s5 9 5 Ch2 RMS 19 95 V Chi RMS 349 8 V ch toiv ME ov M Sms Chz Figura 3 17 Barramento CC Ch1 e pino Vece Ch2 m xima tens o de entrada 74 A Tabela 3 1 mostra os dados obtidos com diferentes n veis de tens o de entrada com a carga nominal na sa da Tabela 3 1 Ensaio com varia ao de tens o Pout W As formas de onda da Figura 3 18 mostram como o pino de sincroniza o Ch2 detecta indiretamente a tens o sobre a chave Ch1 com o objetivo de ligar a mesma quando o n vel de tens o for m nimo A m xima tens o no instante de abertura da chave
65. ot ncia deve ser estimado para calcular a m xima pot ncia de entrada Com o rendimento estimado a m xima pot ncia de entrada dada por P 2 4 O fator de ocupa o da carga para m ltiplas sa das definida para cada uma delas como P Zon 2 5 Ki P o Pom 6 8 m xima pot ncia de sa da para o en simo enrolamento de sa da Para sa das simples Krqy 1 Isto define que Vo a sa da de refer ncia regulada pelo controle de realimenta o no modo de opera o normal 2 Definir o capacitor de entrada Cpc e a varia o da tens o 39 O capacitor de entrada selecionado como 2 3uF por Watt da pot ncia de entrada para varia o de entrada universal 85 265Vca Com o capacitor de entrada selecionado a m nima tens o obtida VE 2 V 1 EC sea 2 6 Cpe f Cpc capacitor de entrada Den a raz o c clica proporcional para Cpc ser carregado como definido na Figura 2 14 que mostra a oscila o da tens o de entrada e normalmente 0 2 Tens o m nima de entrada Link CC Figura 2 14 Tens o de entrada Fairchild 2005 A m xima tens o do link CC dada por Voc V2 V max 2 7 3 Determinar a tens o de sa da refletida Vro A Figura 2 15 mostra as formas de onda da tens o de dreno do conversor flyback quase ressonante Quando o MOSFET deixa de conduzir a tens o de entrada cont nua Vpc junto com a tens o de sa da refletida para o
66. pera o quase ressonante estendida X quase ressonante Fairchild 2005 63 Figura 3 7 Formas de onda da opera o quase ressonante estendida Fairchild 2005 64 Figura 3 8 Circuito de modula o de largura de pulso Fairchild 2005 65 Figura 3 9 Circuito de prote o contra sobrecarga e curto circuito re 66 Figura 3 10 Modo de prote o auto reinicializ vel Fairchild 2005 67 Figura 3 11 Circuito de prote o contra invers o de polaridade ri 68 Figura 3 12 Circuito a ser implementados a aaa nada De AEDES 69 Figura 3 13 Circuito utilizado no simulador ss s acs2 da ol ease nas dedo nad ita sb casaca das a utiauads 70 Figura 3 14 Formas de onda com tens o m nima e carga m xima reea 71 Figura 3 15 Formas de onda com tens o m xima e carga 1481118 4454954549 72 Figura 3 16 Barramento CC 1 e pino Vcc Ch2 m nima tens o de entrada 73 Figura 3 17 Barramento CC Ch1 e pino Vcc Ch2 m xima tens o de entrada 73 Figura 3 18 Tens o de dreno Ch1 e pino de sincroniza o Ch2 74 Figura 3 19 Tens o de dreno Ch1 com carga m xima e m nima tens o de entrada 75 Figura 3 20 M xima tens o
67. r KARASINSKI DIAS 2003 2 6 5 Carga profunda Esta metodologia tem como a premissa a utiliza o de corrente constante todavia sem bloqueio para valores de tens o KARASINSKI DIAS 2003 Costuma se utilizar essa carga para baterias que se encontram com a vida til j debilitada e preferencialmente como ltima escolha pois esta acaba por exigir muito do acumulador SCHUCH 2001 Tal procedimento ocorre por meio de dois processos sendo que primeiro ajusta se a corrente inicial para valores de 10 a 20A para cada 100A h da capacidade nominal ent o mant m se a mesma constante at se alcan ar a gaseifica o KAR ASINSKI DIAS 2003 Na continuidade chega se ao valor de 2 4Vcc por elemento de tens o de gaseifica o quando a corrente deve sofrer uma redu o para em torno de 3 a 5A e assim sustenta se esse valor at que se obtenham os valores desejados KAR ASINSKI DIAS 2003 2 6 6 Carga de flutua o A carga de flutua o resume se como um estado de manuten o da carga da bateria no qual se busca manter o n vel de tens o dentro da plena carga j que esse patamar pode ser alterado devido s auto descargas ou por demandas solicitadas por equipamentos SCHUCH 2001 Para que se realize fundamental que a bateria encontre se no estado de carregamento total ao mesmo tempo em que se aconselham valores entre 2 15 a 2 2Vcc por elemento entretanto essa precis o fica a merc da funcionalidade entre o
68. r Z1 ira limitar a tens o m xima no gate de FET1 a Figura 3 11 ilustra o circuito desenvolvido FETI BAT Figura 3 11 Circuito de prote o contra invers o de polaridade 69 3 4 3 Circuito a ser implementado Figura 3 12 Circuito a ser implementado 3 5 Simula o A simula o do conversor flyback quase ressonante decorreu se por meio do software Pspice Schematics Vers o 9 2 no qual conseguiu se levantar algumas curvas essenciais ao seu funcionamento Em seguida essas ser o comparadas com quelas encontradas durante a fase experimental Como o programa n o possui um modelo para chave utilizada no projeto FSCQI565RT n o poss vel obter os sinais nos pinos de sincroniza o e de realimenta o O circuito utilizado no simulador est na Figura 3 13 Na qual pode se identificar os seguintes elementos e Fonte com valores ajust veis dentro da faixa de trabalho do conversor e Pulso gerador de onda em forma de pulso para simular PWM 70 e Chave modelo simplificado do mosfet interno a chave Os demais elementos representam componentes do circuito poss veis de serem simulados como C2 capacitor de resson ncia e elementos da sa da principal Os capacitores de sa da Cl e C3 al m do diodo na sa da principal Dsec O transformador possui rela o de transforma o igual ao calculado o diodo 1319 complementa o modelo da chave Como um circuito simulado deve se salientar que poss vel veri
69. ra o dispositivo FPS escolhido No geral a m nima tens o de c todo e corrente para o KA431 s o 2 5V e ImA respectivamente Assim Rbias Rp devem ser determinados para satisfazer as seguintes condi es Via Vo ia 2 46 Rp gt ImA 2 47 Sendo Vbis a tens o em KA431 e Vop a queda de tens o do opto acoplador tipicamente 1V Im a corrente de realimenta o da chave FPS que usualmente ImA 58 2 9 Conclus o A comuta o da carga em tens o nominal cr tica quando se refere perdas na chave de pot ncia Al m de expor a chave a um n vel de tens o alto nos instantes de comuta o Em geral os circuitos que apresentam maior n vel de pot ncia de sa da e frequ ncias de chaveamento n o acima de 20kHz Neste trabalho mostrou se que a t cnica de comuta o quase ressonante permite que a chave utilize PWM para controle da tens o de sa da Associado esta t cnica topologia do conversor flyback surge possibilidade de uma larga faixa de tens o de entrada que um requisito importante em fontes chaveadas A utiliza o da chave da s rie FSCQ permite que o circuito seja compacto e trabalhe com um n mero reduzido de componentes Esta s rie de componentes apresentam algumas fun es de prote o integrada e o controle de PWM 59 CAP TULO 3 DESENVOLVIMENTO O processo de desenvolvimento do conversor flyback quase ressonante associado utiliza o da chave
70. rav s deste estudo a constante busca do aprimoramento Ressalta se que o entendimento e projeto deste por se tratar de uma t cnica n o comumente encontrada nessa topologia tem n vel de complexidade compat vel com um projeto de gradua o o que justifica a pesquisa para o aperfei oamento de um equipamento j existente como o caso do conversor 1 4 Objetivos Pretende se desenvolver um carregador de bateria baseado na topologia do conversor flyback utilizando a t cnica de comuta o quase ressonante Com as prote es necess rias a este tipo de equipamento como sobrecarga curto circuito e invers o de polaridade A topologia a ser implementada fica melhor ilustrada com a Figura 1 3 O equipamento ser projetado para operar com tens o de entrada de 90 a 250Vca A sa da para a carga ser entre 13 8Vcc e 14 5Vcc com corrente de 8A que permite a carga de uma 17 bateria automotiva Um enrolamento auxiliar com sa da de tens o de 20Vcc e corrente de 4mA ser utilizado para alimenta o do circuito de controle da chave Para garantir o funcionamento do equipamento com tens es entre 90Vca e 250Vca o controle da chave utilizar modula o por largura de pulso MLP ou PWM do ingl s Pulse Width Modulation Esta t cnica de modula o permite que a frequ ncia de chaveamento seja constante alterando a largura do pulso devido a um controle da tens o de sa da em malha fechada S
71. rga 20C 5C gt 2C gt 2C 5C Melhor Resultado 1 05C 1G 1C Temperatura de opera o 40 a 60 C 20 a 60 C 20 8 60 0a60 C 20a 60 C somente descarga E 30 a 60 60 a 90 N o N o 3a6 Manuten o i dias dias necess rio necess rio meses Compara o de Custo 50 60 100 100 25 Pack 7 2V U S A Sisto por Cicios 0 04 0 12 0 14 0 29 0 10 Usada comercialmente 1950 1990 1991 1999 1970 desde 28 Destacam se relativamente quando comparadas aos demais uma vez que apresentam a maior economia uma alta durabilidade o que se evidencia pela resist ncia a um grande n mero de ciclos de recargas por m apresentam certa limita o do ponto de vista construtivo pois em determinadas situa es podem apresentar um peso elevado MORIMOTO 2006 2 5 1 Estrutura o Tais acumuladores s o compostos pelos principais elementos quais sejam a placa positiva material ativo placa negativa que no caso das baterias de chumbo cido s o placas formadas por chumbo e xido de chumbo e cido sulf rico atuando como eletr lito sendo estes destinados a gera o de corrente el trica BROSSET BODEREAU 2004 Tais estruturas podem ser ilustradas de acordo com a Figura 2 10 4 L MPADA DE 2V 8 ANNA PLACA NEGATIVA PLACA POSITIVA cai edi SEPARARE S ELETR LITO Figura 2 10 Esquem tico b sico de uma bateria MBT 2004 2 5 2 Princ pio de funcionam
72. rmas de onda do conversor flyback ace eai con atri ado 21 Figura 2 5 94 181 116 159 1 15 1 10 1 8 7 2 9 41 7 samamadas 22 Figura 2 6 Corrente deMaShenza o ias lia indiana ea Cada sda 24 Figura 2 7 Ressonancia entre Lre Cirerer apa Cada a 24 Figura 2 8 Cotfente no indutor Lts sap acid id aliando 24 Figura 2 9 Etapas de opera o do conversor flyback 25 Figura 2 10 Esquem tico b sico de uma bateria MBT 2004 5 5 559 5569569 55996996 28 Figura 2 11 Representa o do processo de carga e descarga MBT 2004 29 Figura 2 12 Influ ncia da temperatura na vida til de uma bateria UNICOBA 2000 31 Figura 2 13 Curvas do processo de carregamento MBT 2004 37 Figura 2 14 Tens o de entrada Fairchild 2023 39 Figura 2 15 Tens o refletida na chave Fairchild 2 00 5 nana 40 Figura 2 16 Formas de onda na chave Fairchild 2005 rena 41 Figura 2 17 N cleo do transformador Fairchild 2005 nn
73. se inversamente polarizado de acordo com a Figura 2 1 j Figura 2 1 Acumula o de energia 2 etapa Transfer ncia de energia desmagnetiza o No instante em que a chave S bloqueada ocorre a invers o no sentido da corrente no enrolamento secund rio para dessa forma manter nula a tens o m dia no indutor Essa invers o proporciona a polariza o e consegiientemente a condu o do diodo D que passa a transmitir a energia armazenada no transformador para a sa da conforme Figura 2 2 20 Enquanto a corrente no indutor for maior que a corrente de carga a corrente que circula pelo diodo entregue carga no momento em que elas se igualam a corrente passa a ser entregue ao capacitor possibilitando o carregamento do mesmo D Rd q D t o b vp M A 2 C Ro Vo ad T l Vs S f L Figura 2 2 Transfer ncia de energia Sendo a tens o de sa da Vo refletida no prim rio Vp Vo 2 1 3 etapa Fim da desmagnetiza o Com o bloqueio da chave S e do diodo D o capacitor fornece energia carga conforme a Figura 2 3 Vin Figura 2 3 Desmagnetiza o Vo 2 2 e As formas de onda do conversor flyback s o mostradas na Figura 2 4 21 g up ns vim DT ti T DT to T a Ciclo de opera o da chave S e Te
74. seseesseeresseeessreessseessrsressretssereesseessssressreessereessees 61 3 3 2 Controle de realimenta o 55 55 4 64 3 4 CAMELOS E PROTE O sr saia near adcionais idas tecendo 65 34 1 Prote o contra sobrecarga OLP e curto circuito das garras 65 3 4 2 Prote o contra invers o de polaridade ess seniores asas ama dae ed alien sta 67 3 4 3 98 105 119 5 85 951111111 8 1 111 11 9 e as epi ag ade 69 3 5 Simula glie ADA E pa EE E a 69 3 6 Ens lo com prot tipo srren e a a Ea E E e a 12 3 6 1 Condi es normais de funcionamento espanca ana n 12 3 6 2 Funcionamento dos circuitos de prote o seeseeeeesseesesrrssesresresrestrsresresresresresee 76 3 7 Conclusione 79 6 1 19 8156 161 510 0 61 2 01 1 ert 80 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS au dao dan Ce reset rres terret 81 ANEXOS 60 E A ca aa 83 Memoralde calcul iser 7 a G 83 Lista d componentes arere E 88 Foto do prot tipo A a 89 Esq ema de montagem sarien
75. ta o quase ressonante estendido Este modo entra em opera o apenas quando a freqii ncia de chaveamento alcan a o valor de 90kHz ao mesmo tempo em que ocorre uma diminui o da carga segundo a Figura 3 6 Switching frequency Extended QR operation 90kHz E E Normal QR operation 48882 a Output power Figura 3 6 Opera o quase ressonante estendida X quase ressonante Fairchild 2005 A atua o do MOSFET na fun o estendida ocorre quando se alcan a o segundo n vel m nimo de tens o no pino de dreno ocasionado uma redu o na freq ncia de chaveamento Uma vez que a chave esteja operando no modo estendido a pr pria ignora o primeiro sinal sync em seguida os n veis limites s o alterados de 4 6V e 2 6V modo de opera o normal para 3V e 1 8V respectivamente e ent o o tempo de atua o sincronizado com o segundo sinal o que se nota na Figura 3 7 Neste instante tendo a FSCQI565RT alcan ado 45kHz a mesma come a a operar no modo normal 64 MOSFET Gate Figura 3 7 Formas de onda da opera o quase ressonante estendida Fairchild 2005 3 3 2 Controle de realimenta o No que diz respeito malha de realimenta o emprega se um opto acoplador U2 e um regulador shunt Q1 que tornam poss vel o controle da raz o c clica de chaveamento Isso ocorre por meio da compara o entre a tens o de realimenta o e a tens o presente no sensor de corrente intr
76. tilizado conforme as especifica es e que para correntes menores basta substituir a associa o de resistores do circuito de sobrecarga Como sugest o para trabalhos futuros poderia ser a feita a implementa o da t cnica de comuta o quase ressonante em outras topologias de conversor A fim de aumentar o conhecimento geral sobre esta t cnica 2 3 4 5 6 7 8 81 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS BARBI Ivo Projetos de Fontes Chaveadas Edi o do autor 2001 Florian polis BARBI Ivo Souza Fabiana P ttker Conversores CC CC Isolados de Alta Fregii ncia com Comuta o Suave Edi o dos autores 1999 Florian polis BROSSET Michel G E BODEREAU Ghislaine C Conhecendo as baterias 2004 Dispon vel em http www mbtenergia com br pdf Conhecendo 20as 20baterias pdf Acessado em Setembro de 2006 CEMPRE Fichas T cnicas Baterias de Chumbo cido Dispon vel em http www cempre org br fichas tecnicas baterias php Acessado em Setembro de 2006 FAIRCHILD FSCQI265RT Data sheet Dispon vel em http www fairchildsemi com ds FS 2FFSCQI265RT pdf Acessado em Setembro de 2006 FAIRCHILD 43030 AN 4146 Aplication Note Dispon vel em http www fairchildsemi com Acessado em Setembro de 2006 POMILIO Jos Antenor Fontes Chaveadas Apostila Did tica Dispon vel em http www dsce fee unicamp br 7Eantenor apostila html Acessado em Setembro de 2
77. urrent Switching Nas formas de onda apresentadas na Figura 1 2 relativas ao circuito da Figura 1 1 observa se que no instante em que ocorre a comuta o da chave S tanto para desligar em to e em ts como para ligar em t e em t7 A tens o Vps nula caracterizando um circuito tipo ZVS 15 ON T T Vos l l s i i A Vin N Vo N E RR a Ra RS 1 0 0 10 11 t2 ts 14 15 16 17 to ti tz ta 14 15 16 17 a Ciclo de opera o da chave S Tens o no dreno da chave Vp9 pa N E c Corrente no indutor ir d Corrente na chave Is Figura 1 2 Formas de onda do conversor flyback quase ressonante 1 2 Problema Nas topologias em que as chaves semicondutoras comutam a carga total a cada ciclo estas ficam sujeitas a picos de pot ncia que colaboram para a fadiga do componente reduzindo sua vida til POMILIO 2000 Quando se trabalha com frequ ncias de chaveamento abaixo de 20kHz a emiss o de ru dos ac sticos inevit vel O uso de comuta o for ada do ingl s hard comutation era a nica op o at um passado recente utilizando fregii ncias n o acima de 15kHz Atrav s do aumento da fregii ncia de chaveamento poss vel obter maiores transfer ncias de energia carga bem como uma melhor resposta a eventuais varia es entretanto este aumento acarreta uma maior perda na chave devido aos valores de capacit
78. versal 3 2 Circuito de entrada A malha de entrada composta por um retificador onda completa o circuito de partida e o enrolamento auxiliar do transformador Inicialmente aplica se uma tens o Vin nos terminais de entrada que ter valores variando entre 90 a 250Vca Antes da chave FSCQI5S65RT iniciar o seu processo de chaveamento a corrente proveniente da entrada CA alimenta o capacitor externo C13 o qual est conectado ao pino Vcc como mostra a Figura 3 2 Ao mesmo tempo a entrada tamb m fornece uma corrente de 254A que atende a um instante pr chaveamento Quando C13 alcan a o valor de Vsrarr 15V tens o m nima para partida o circuito FSCQ inicia o seu funcionamento normal consumindo uma corrente de 4mA Figura 3 2 Circuito de partida Ap s a partida da chave os diodos D9 D10 D11 e D12 retificam a tens o de entrada que promove o carregamento dos capacitores C15 e C14 Por conseguinte a opera o normal da chave ser mantida pelo enrolamento auxiliar do transformador Todavia caso a tens o Vcc sofra uma queda abaixo da tens o de parada Vsrop 9V ocasionar o bloqueio do pino Vcc garantindo ent o a opera o est vel do circuito integrado de controle Figura 3 3 61 Icc lop Vstop 9V Vstart 15V Vz Figura 3 3 Rela o entre corrente consumida e tens o Vcc Fairchild 2005 3 3 Circuito de controle A parte referente ao controle do conversor formada pelos seguint

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