Análise e Projeto de Circuitos

1.INTRODUÇÂO

A necessidade de se obter conversores com frequências de operação cada vez

mais elevadas, ao mesmo tempo em que se procurava obter reduzidos índices de

interferência eletromagnética irradiada (EMI), propiciou o surgimento de estratégias de

comutação interessantes, sob tensão e/ou corrente nulas (ZVS e/ou ZCS).

Nesta categoria de conversores, elementos auxiliares de comutação (L, C) foram

acrescentadas as topologias básicas que utilizam comutação forçada convencional

(Hard-Switch) a fim de modificar as trajetórias de tensão ou corrente nas chaves

controladas. Com isto obtêm-se comutações do tipo ZVS e/ou ZCS, onde as perdas são

minimizadas, bem como o nível de EMI provocado por essas comutações.

A figura 1 mostra uma comparação entre os diferentes modos de comutação e

fica evidente que a potência dissipada na chave diminui com o uso do tank ressonante.

Figura 1 Comparação de estratégias de comutação

2. SIMULAÇÃO

2.1 Circuito

O circuito excitador para chopper com comutação ZCS figura 2

Figura 2 Circuito excitador para chopper com comutação ZCS

O circuito da figura 2 apresenta a topologia de um chopper convencional com a adição

de um L (Lr) e um C (Cr) para que seja possível detectar o momento em que a corrente

na chave passa por zero para que ocorra a comutação ZCS.

2.2 Circuito de controle

O controle da chave é realizado pelo flip-flop RS que recebe os comandos de

SET (turn-on) e RESET (turn-off) de dois comparadores. O comparador que envia o

comando de SET está realizando a comparação de uma fonte DC de 1.9V com uma

onda triangular com Vpp de 2V, podemos observar o sinal de Vset na figura 3.

Figura 3 Comando de SET

Podemos verificar que o sinal de SET é apenas um pulso, entretanto é o suficiente para

que o flip-flop RS mantem o estado da chave em condução até que o sinal de RESET

seja recebido.

O comando de RESET que irá fazer com que o flip-flop RS leve a chave para o

estado de corte é gerado pela comparação da corrente que passa na chave com um nível

DC de 1V (este valor poderia ser 0V, mas pelo fato de a corrente que passa pela chave

possuir valores muito maiores, não faria diferença significante) desta forma quando a

corrente se aproxima do valor de zero é que ocorre a comutação da chave, portanto

ZCS. Podemos visualizar o sinal de RESET na figura 4.

Figura 4 Comando de RESET

Fica evidente que o pulso de RESET que fará com que o flip-flop RS leve a

chave para o estado de corte é gerado no momento que a corrente na chave passa por

zero, assim proporcionando uma comutação ZCS no turn-off.

Podemos ver o funcionamento deste controle observando os gráficos de Vset

Vreset e Vg (tensão no gate da chave) presentes na figura 5. Fica evidente que o pulso

de SET leva a chave para o estado de condução e o comando de RESET para o estado

de corte.

Figura 5 Tensão no gate da chave

2.3 Controle da tensão de saídas

A tensão média de saída pode ser controlada pela frequência do sinal triangular

já que este controla o tempo entre os pulsos que ligam a chave, assim sendo, com

maiores frequências, mais tempo a chave está no estado de condução e assim maiores

tensões de saída. A figura 6 mostra as diferentes tensões de saída para diferentes

frequências de comutação, por exemplo, para uma frequência de aproximadamente 30k

Hz temos Vo de 125V.

Figura 6 Tensão de saída Vo em função da frequência de comutação

2.4 Ripple na tensão de saida

Para uma tensão de saída de 125V e uma frequência de comutação de 29.51 kHz

temos um ripple na tensão de saída de 0.1618V. Para diminuirmos este valor, podemos

utilizar a equação para cálculo do ripple na tensão de saída de um chopper, mas para

efeitos práticos, basta sabermos que o ripple na tensão de saída é inversamente

proporcional ao capacitor