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Eletrônica de Potência II Capítulo 3: Conversor Flyback Prof. Cassiano Rech [email protected] Prof. Cassiano Rech 1 Introdução • Embora os conversores CC-CC sem transformador de isolamento sejam bastante simples de serem projetados, em algumas aplicações torna-se necessária a utilização de conversores CC-CC isolados Por questões de segurança, muitas vezes normas são impostas para isolar a carga e a rede elétrica. Possibilita que uma fonte possua várias saídas usando 1 interruptor. O uso de transformador amplia a faixa de variação da tensão de saída. • Contudo, o uso do transformador de isolamento introduz alguns problemas: Aumento de volume e custo. Perdas no núcleo e nos enrolamentos. Sobretensão nos semicondutores devido as indutâncias de dispersão. Prof. Cassiano Rech 2 Introdução Prof. Cassiano Rech 3 Conversores CC-CC Isolados • Flyback • Forward • Conversores em ponte isolados Meia-ponte Ponte completa • Push-pull Prof. Cassiano Rech 4 Conversor flyback • O conversor flyback é derivado do conversor buck-boost, pela substituição do indutor de acumulação de energia pelo “transformador de isolamento”. • A corrente não flui pelo primário e pelo secundário ao mesmo tempo, logo o elemento magnético não se comporta como um transformador clássico. • O “transformador” do conversor flyback, além de sua função clássica de isolação e adaptação dos níveis de tensão primária e secundária, apresenta a função de indutor de acúmulo de energia através de sua indutância magnetizante. BUCK-BOOST S iS Vin D iD L C FLYBACK io _ R Vo iL + Prof. Cassiano Rech iP Vin iS S NP NS D io + C iC R Vo _ 5 Conversor flyback • O conversor flyback pode operar tanto no modo de condução contínua quanto no modo de condução descontínua, de acordo com a corrente na indutância de magnetização • No modo de condução contínua não ocorre a desmagnetização completa do núcleo do indutor acoplado, podendo ocorrer a saturação do núcleo • No modo de condução descontínua o fluxo magnético é anulado em cada período de comutação, evitando a saturação do núcleo Prof. Cassiano Rech 6 Conversor flyback: Condução descontínua iP iS S Vin NP NS D io + C iC R Vo _ iP iS S Vin NP NS D io + C iC R Vo _ iP iS S Vin NP NS D io + C iC R Vo _ Prof. Cassiano Rech 7 Conversor flyback: Condução descontínua GANHO ESTÁTICO EM CONDUÇÃO DESCONTÍNUA O valor médio da tensão na indutância de magnetização é nulo: Vo NS DT (*) = Vin NP td NP Vin DT − Vo td = 0 NS Além disso, em condução descontínua a corrente média na saída é: NP IP max Io = NS 2T td 2 NP Vo td = N S 2LPT 2 NS td = NP 2LPT (**) R Usando (*) e (**): Vo R =D Vin 2 f LP Prof. Cassiano Rech Ganho estático em condução descontínua 8 Conversor flyback: Condução descontínua CÁLCULO DA INDUTÂNCIA CRÍTICA No modo de condução crítica tem-se que: td = toff NS NP 2LcritT = (1 − D )T R 2 Lcrit NP R 2 = 1 − D ( ) N f 2 S CÁLCULO DO CAPACITOR DE SAÍDA Durante a primeira etapa o capacitor está sendo descarregado pela ação da corrente de carga (Io). Assim: ∆VC Io ≈ C ton Prof. Cassiano Rech Io D C= ∆VC f 9 Conversor flyback: Condução descontínua EFEITO DA RESISTÊNCIA SÉRIE (RSE) EQUIVALENTE DO CAPACITOR A variação da tensão no capacitor ∆Vc também depende da RSE do capacitor, uma vez que a variação de corrente no capacitor produz uma queda de tensão na resistência: iC ( t ) IP max NP − Io NS t ∆VRSE NP = RSE IP max = RSE IS max NS -Io CORRENTE EFICAZ NO CAPACITOR ICrms = ISrms 2 − Io 2 Prof. Cassiano Rech 10 Conversor flyback: Condução descontínua ESFORÇOS DE CORRENTE NO INTERRUPTOR IP max Vin D = f LP IPméd Vin D 2 = 2f LP IP rms = Vin D D f LP 3 ESFORÇOS DE CORRENTE NO DIODO IS max = NP N V D IP max = P in NS N S f LP IS méd Prof. Cassiano Rech IS rms = IP max NP NS td V D NP = in 3T f LP NS td 3T Vo = R 11 Bibliografia • I. Barbi, “Conversores CC-CC Básicos Não Isolados”. • I. Barbi, “Projetos de fontes chaveadas” • R. W. Erickson, D. Maksimovic, “Fundamentals of Power Electronics”, Second edition. • Mohan et. all., “Power Electronics: Converters, applications and design”, Second edition. Prof. Cassiano Rech 12
