Eletrônica de Potência IICapítulo 3: Conversor Flyback

1Prof. Cassiano Rech

Prof. Luís M. Nodariluisnodari@gmail.com

Introdução

2

• 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.

Introdução

3

Conversores CC-CC Isolados

• Flyback

• Forward

• Conversores em ponte isolados

� Meia-ponte

� Ponte completa

• Push-pull

4

Vin

S D

RL

iL

io _

Vo

+

C

iDiS

5

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

Vin

S D

RNP

iC

io +

Vo

_

C

iSiP

NS

FLYBACK

Conversor flyback

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• 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

Conversor flyback:

Condução descontínua

7

Vin

S D

RNP

iC

io +

Vo

_

C

iSiP

NS

Vin

S D

RNP

iC

io +

Vo

_

C

iSiP

NS

Vin

S D

RNP

iC

io +

Vo

_

C

iSiP

NS

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Conversor flyback:

Condução descontínua

GANHO ESTÁTICO EM CONDUÇÃO DESCONTÍNUA

=o S

in P d

V N DT

V N t

(*)

O valor médio da tensão na indutância de magnetização é nulo:

− = 0Pin o d

S

NV DT V t

N

Além disso, em condução descontínua a corrente média na saída é:

= =

max2

2

2 2

P P

d

S o dPo

S P

N It

N V tNI

T N L T

=2S P

d

P

N L Tt

N R

=2

o

in P

V RD

V f L=

2o

in P

V RD

V f L

(**)

Ganho estáticoem conduçãodescontínua

Usando (*) e (**):

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CÁLCULO DA INDUTÂNCIA CRÍTICA

( )

= −

2

21

2P

crit

S

N RL D

N f( )

= −

2

21

2P

crit

S

N RL D

N f

No modo de condução crítica tem-se que:

Conversor flyback:

Condução descontínua

=d offt t ( )= −2

1S crit

P

N L TD T

N R

CÁLCULO DO CAPACITOR DE SAÍDA

Durante a primeira etapa o capacitor está sendo descarregado pela ação da corrente de carga (Io). Assim:

=∆

o

C

I DC

V f=

∆

o

C

I DC

V fC

o

on

VI C

t

∆≈

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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:

∆ = =max maxP

RSE P S

S

NV RSE I RSE I

N∆ = =max max

PRSE P S

S

NV RSE I RSE I

N

-Io

−maxP

P o

S

NI I

N

( )Ci t

t

CORRENTE EFICAZ NO CAPACITOR

= −2 2

Crms Srms oI I I= −2 2

Crms Srms oI I I

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Conversor flyback:

Condução descontínua

ESFORÇOS DE CORRENTE NO INTERRUPTOR

=maxin

P

P

V DI

f L=max

inP

P

V DI

f L=

2

méd2

inP

P

V DI

f L=

2

méd2

inP

P

V DI

f L=Prms

3in

P

V D DI

f L=Prms

3in

P

V D DI

f L

ESFORÇOS DE CORRENTE NO DIODO

= =max maxP P in

S P

S S P

N N V DI I

N N f L= =max max

P P inS P

S S P

N N V DI I

N N f L

=médo

S

VI

R=méd

oS

VI

R

= =rms max3 3

d dP in PS P

S P S

t tN V D NI I

N T f L N T= =rms max

3 3d dP in P

S P

S P S

t tN V D NI I

N T f L N T

Bibliografia

12

• 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.