2xETD49
CSN
D2 RSN
Figura 26 – Limitador RCD no primário do conversor flyback.
O limitador RCD funciona através da absorção da corrente de fuga da indutância uma vez que a tensão de dreno excede a tensão do condensador de fixação. O uso de um condensador com uma capacidade relativamente grande mantém a tensão constante ao longo do ciclo de comutação.
A resistência do limitador RCD dissipa energia, mesmo quando o conversor principal não está a fornecer energia na sua saída [82]. Mesmo com carga muito pequena no conversor, o condensador será sempre carregado até a tensão vista a partir do secundário do conversor, Vf. À medida que a
carga aumenta, mais energia irá fluir para o condensador, e a tensão vai subir uma quantidade adicional, Vx, acima da tensão de onda quadrada ideal do flyback, como se mostra na figura 27.
Figura 27 – Variação da tensão no condensador do limitador RCD no primário do conversor flyback.
O primeiro passo do projeto, tal como no projeto do snubber RC, é medir a indutância de fugas do transformador flyback para se projetar o snubber RCD, de forma semelhante a que foi apresentada no projeto snubber RC.
Para o limitador RCD, a preocupação centra-se na quantidade de energia armazenada na indutância de fuga, menos que no aumento do valor da fuga à frequência de ondulação uma vez que esta já é anulada pelo snubber RC, descrito anteriormente.
Nos projetos tradicionais, usa-se o valor da indutância de fugas, medida na frequência de comutação, em vez da frequência de ondulação. Para a frequência de comutação de 200 KHz o valor
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da indutância de fugas medida é de 0,147 µH (foi usado o analisador de resposta em frequência BK PRECISION 889A e a metodologia descrita anteriormente).
A determinação da tensão de corte, para tal se deve decidir qual a tensão que pode ser tolerada pelo mosfet de potência (valor máximo dado pelo fabricante do mosfet), bem como calcular a potência que será dissipada no circuito limitador de sobretensão. A energia armazenada na indutância de fugas (L), com a corrente (Ip), à frequência de serviço (fs) é dada por [83]:
P = LI f
l1
2p s2
. (3.12) Assume-se que não existem capacidades parasitas para carregar, e que toda a energia armazenada na indutância de fugas é conduzida para o condensador snubber, sendo o valor do condensador suficientemente grande para ser capaz de receber a indutância de fugas à frequência de serviço. Tendo isto em consideração, a potência dissipada pelo limitador RCD pode ser expressa em termos da energia armazenada na indutância da seguinte forma [81]:max f sn l max x
v
P
=P (1+
)
v
. (3.13)Onde
v
maxx é a tensão de avalanche VDS do mosfet.Sendo assim, quanto maior for a subida de tensão no limitador na comutação, menor é a dissipação total. No entanto, o seu valor de tensão está sempre condicionado ao limite máximo admissível pelo mosfet entre o dreno e a fonte (VDS). Consultando a folha de características do
mosfet IRFB4332PBF é possível ver que a
V
DF tem valores de avalanche a partir de 250 V. Podeentão afirmar-se que o valor de corte
V
xmax=250 V
.O passo seguinte é a determinação do valor da resistência. Esta é o elemento crucial para se determinar a tensão de pico Vx, e deve ser calculada através [81]:
max x s f x 2 p
2V T (V +V
)
R=
LI
, (3.14) onde, dc ON p p(V -1)T
I =
L
. (3.15)Sendo TON o período de funcionamento do conversor DC-DC e Vdc a tensão na saída do
conversor.
Quanto maior for o valor da resistência, mais tempo demora a descarga do condensador de corte, e a tensão vai assumir valores superiores. Por outro lado, uma resistência menor, tem uma
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tensão de descarga menor, mas a corrente é maior. Sendo a potência proporcional ao quadrado da corrente, a potência aumenta nessa proporção do quadrado.
A indutância do primário do transformador
(L )
p com a frequência de funcionamento (f )s a200 KHz é de 42,855 µH (valor obtido com o analisador de resposta de frequência ou metodologia descrita anteriormente).
Para a frequência (fs) de 200 kHz corresponde um período (Ts) de 5 µS.
Devido às vantagens mencionadas anteriormente, pretende-se que o conversor DC-DC funcione no regime descontínuo, e de forma a garantir-se que não saí deste regime estipulou-se que o Ton não pode ultrapassar 48% de Tsou seja
T =2,4 μs
on .Usando a equação 3.15 e considerando que o conversor fornecerá tensão a um barramento de
24 V,
V
dc (tensão na saída do conversor) é 24 V, e a corrente de pico, vem:I =1,29 A
p .Sabe-se que V =24 Vin (valor da tensão de alimentação do conversor DC-DC), max
x
V
=250 V
(tensão máxima suportada pelo mosfet entre o dreno e a fonte – ver folha de características do fabricante) e considerando-seV =50 V
x , vem:max
f x x in
V =V
-V -V =176 V
. (3.16)Tem-se assim todos os valores necessários ao cálculo do valor da resistência:
max x s f x SN 2 p
2V T (V +V
)
R =
= 876.33 k
LI
. (3.17) Valor comercial adotado: 860 K.Relativamente a capacidade do condensador do snubber, esta deve ser suficientemente grande para manter uma tensão constante quando absorver a energia das fugas. Para além desta consideração, o seu valor não é crítico, e não irá afetar a tensão de pico quando o snubber está a funcionar corretamente. Pode ser usada a seguinte fórmula para o cálculo do seu valor mínimo, onde
sn
ΔV
deve estar entre 5 e 10% e n é a relação de transformação do transformador [84].sn dc sn sn sn s sn s sn
V
2,5nV
C =
=
ΔV R f
R f ΔV
. (3.18) Sendon=0,75
, V =24 Vdc ,R =876,33 kΩ
SN ,f =200 KHz
s eΔV =5 %
SN , tem-se: snC =1,03 μF
.Assim, o valor comercial adotado foi
75 μF
, maior que o valor mínimo calculado. As perdas da resistência (do limitador RCD), podem ser calculadas por:Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores da FCTUC 44 2 x f sn SN
(V +V )
P =
R
. (3.19) ComoV =50 V
x , V =176 Vf eR =876,33 KΩ
SN , então:P =58,28 mW
SNApós terminar este tempo, o circuito continua a oscilar, o que é uma das limitações do limitador RCD, devido ao uso do díodo 30CTH03 que é um componente não ideal. Deve-se ao seu tempo inverso de recuperação (36nS) que permite à corrente na indutância de fugas fluir na direção oposta no díodo, resultando numa ondulação na tensão. Este díodo é muito importante para o
snubber RCD, tendo sido escolhido por ter uma resposta muito rápida para a tensão pretendida.
Figura 28 – Ondulação devida ao díodo 30CTH03.
Esta ondulação pode ser subsequentemente amortecida na saída (no secundário) com a introdução dum snubber RC, projetado como descrito anteriormente.