Escola Politécnica - USP

PEE 327 Laboratório de Eletrônica IIIExp 8: Fontes Chaveadas

Equipe:-

-

-

Turma:

Profs: --

Data de Realização do Experimento: Nota:

Bancada:

1998

PEE-327 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA III

Experiência 8 - Fontes Chaveadas 2

1. OBJETIVOS

1. Estudar o princípio de funcionamento de fontes chaveadas;2. Estudar e projetar uma fonte chaveada tipo Buck;3. Montar uma fonte chaveada tipo Buck, realizar ensaios experimentais verificando as

hipóteses teóricas.

2. PROJETO

1) Projete uma fonte chaveada BUCK utilizando o CI µA494, como o ilustrado na figura 1, seguindo oprocedimento descrito na pg. 13 de da apostila. Dados:

• µA494: Amplitude da onda dente de serra V=2,8 V;• Transistor: TIP32A ou TIP32C (Texas);• Diodo Fast Recovery: MR850 (Motorola);• Capacitor: 470µF / 25V, ESR=0.3Ω.

Especificações Componentes

Vs 5V±5% R1 5,6kΩ∆Vsmax 0,1V R2 1MΩ

∆Ismax 0,75A R6 47kΩ

Ismax 1A C1 0,1uF

Ismin 0,25A Ct 0,001µF

Ve 10 a 40V Ptch 0,25W

Fs 25kHz

¯ Verifique se o transistor TIP32A e o diodo MR850 podem ser utilizados consultando asespecificações fornecidas pelo fabricante.

¯ Verifique se R4=47Ω e R5=150Ω satisfazem o projeto (garantem a saturação do transistor nopior caso, isto é, quando Ve=Vemin e IL=Ismax+Img/2, e as correntes máximas dos transistoresde saída do µA494 não estão sendo ultrapassadas).

¯ Verifique se C=470µF / 25V satisfaz o projeto.

2) Para Ve = 10 V, 12 V, 14 V, 16 V, 18 V e 20 V, trace, em papel milimetrado, separadamente, asseguintes curvas:

• A curva teórica da tensão de erro Vc em função de Ve.• A curva teórica (aproximada) de δ em função de Ve.• A curva teórica de Img em função de Ve.• A curva teórica da corrente DC de entrada em função de Ve.

Obs.: No item c.5 serão sobrepostas a estas curvas as curvas experimentais obtidas.

PEE-327 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA III

Experiência 8 - Fontes Chaveadas 3

3. PARTE PRÁTICA

3.1. Equipamentos e acessórios:

⟨ 1 osciloscópio 60 MHz, dois canais, HP 54600 ou similar.⟨ 2 pontas de prova com atenuações de x10.⟨ 1 multímetro digital de 6 _ dígitos, HP 34401A ou similar.⟨ 1 reostato (Imax ≥ 1A) 10Ω.⟨ 1 placa didática “Fonte chaveada BUCK”.⟨ 1 fonte de tensão, HP3631A ou similar.⟨ 6 cabos banana - banana compridos.⟨ 2 cabos banana - banana curtos.

3.2. Procedimento Experimental:

a). Monte o circuito da figura 1:

¯ ATENÇÃO: Certifique-se que o limite de corrente da fonte de +25V (botão DISPLAYLIMIT) está no máximo, isto é, 1,0 A.

¯ Em todas as medidas com o osciloscópio, não se esqueça de conectar a garra deterra ao circuito!

b). Para Is=0.5A e Ve=15V, pede-se:

b.1). Meça com o multímetro a tensão de saída DC. Este valor encontra-se dentro dos limitesespecificados no projeto? Comente.

Vs=

PEE-327 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA III

Experiência 8 - Fontes Chaveadas 4

b.2). Meça na própria fonte de alimentação a corrente de entrada DC. Estime a eficiência da fonte(Ps/Pe.100%).

η=

b.3). Imprima a forma de onda de tensão AC de saída. Identifique e indique na própria impressão desaída o valor da tensão de ondulação e o valor (pico a pico) do ruído de alta frequência.

b.4). Imprima a forma de onda do sinal de controle do transistor (ponto PB) sincronizadamente doma forma de onda no coletor do transistor (ponto PA). Use o osciloscópio no modo DC. Meça noosciloscópio o coeficiente δ (ponto PB), através do menu Measure=>Cursors. Compare o valormedido de δ com o valor teórico aproximado pela expressão: δ = Vs/Ve.

δ medido δ1 calculado

b.5). Indique na forma de onda do coletor do transistor (ponto PA) os valores de tensãocorrespondentes à condução do transistor e à condução do diodo. Meça no osciloscópio ostempos de subida e descida do sinal, usando o menu Measure=>Time. Determine as tensõesVcesat e Vd. Compare o valor de δ medido no item anterior com o valor dado pela expressão:δ=(Vs+Vd)/(Ve-Vcesat+Vd). Preencha a Tabela abaixo.

Vcesat Vd td ts δ2 calculado

.

b.6). Imprima a forma de onda sobre o capacitor Ct (ponto PD) sincronizadamente com a forma deonda no ponto PB. Indique na impressão a posição e os valores de VCM, VC e VD (pag. 22).

Atenção: O sinal a ser comparado com o sinal de erro Vc é o sinal desenvolvido sobre o capacitordeslocado de 0,7 Volts. O valor de pico Vcm da rampa de entrada do comparador PWM é portanto ovalor de pico do sinal sobre o capacitor mais 0,7 Volts.

PEE-327 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA III

Experiência 8 - Fontes Chaveadas 5

b.7). Com o osciloscópio no modo DC, anote a forma de onda do sinal de erro Vc (ponto PC)sincronizadamente com a forma de onda do ponto PD. Justifique a forma de onda encontrada dosinal de erro e explique a sua realação com a forma de onda no ponto PD.

b.8). Com o osciloscópio no modo DC, imprima a forma de onda de tensão sobre a resistência R7sincronizada com PB. Observe que a tensão sobre o resistor R7 corresponde à corrente no indutormultiplicada pela resistência R7, e portanto ela é composta de uma componente contínua de valorIs*R7 e de uma componente alternada de valor pico-a-pico Img*R7. Calcule a corrente Img e acorrente Is. Compare-as com os valores teóricos. Estime o valor de Ismin para Ve=15 V.

Valores Img Is Ismín

Calculados

Medidos

c). Ainda para Is=0.5 A e colocando as pontas de prova em PB e PC, varie a tensão de entrada Vede 10 a 20 Volts, em passos de 2 Volts. Para cada valor de Ve, pede-se: (Preencha a tabela 1).

c.1). Meça com o multímetro o valor DC da tensão de saída. Verifique que ele aumenta ligeiramentecom o aumento da tensão Ve.

c.2). Meça o valor de δ utilizando a função de medida Duty Cycle do osciloscópio.

PEE-327 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA III

Experiência 8 - Fontes Chaveadas 6

c.3). Com o osciloscópio no modo DC, meça o valor da tensão de erro Vc no instante onde ocorre ochaveamento do transistor (figura abaixo).

c.4). Com o osciloscópio, meça a ondulação de tensão sobre o resistor R7. Calcule o valor dacorrente Img.

Fórmula:

c.5). Anote a corrente DC de entrada indicada na fonte de alimentação.

c.5.1). Observe que a tensão Vs varia ligeiramente à medida que variamos Ve. Procure justificareste comportamento.Dica: Verifique o comportamento da tensão de erro Vc.

Tabela 1 (Is=0,5 A)

Ve (V) Vs δ Vc Img Ie

10

12

14

16

18

20

c.5.2). Trace a curva experimental da tensão de erro Vc em função de Ve no gráfico apropriado.

c.5.3). Trace as curvas experimental de δ em função de Ve no gráfico apropriado.

c.5.4). Trace as curvas experimental Img em função de Ve no gráfico apropriado.

c.5.5). Trace as curvas experimental da corrente DC de entrada em função de Ve no gráficoapropriado. Justifique o comportamento observado.

PEE-327 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA III

Experiência 8 - Fontes Chaveadas 7

d.). Ajuste Ve=12 V, varie a corrente de saída de 0,3 a 1,0 A, em passos de 0,1 A. Para cadavalor de corrente pede-se: (Preencha a tabela 2).

d.1). Meça com o multímetro o valor da tensão DC de saída Vs.

d.2). Meça com o osciloscópio no modo AC o valor da ondulação de saída ∆Vs.

d.3). Meça com o osciloscópio a ondulação de tensão sobre o resistor R7. Calcule o valor dacorrente Is e da corrente Img. Preencha a tabela 2.

Tabela 2 (Ve=12 V)

Is (A) Vs ∆Vs Is Img

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

d.5). Discuta o comportamento observado das correntes e tensões medidas.

PEE-327 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA III

Experiência 8 - Fontes Chaveadas 8

5. CONCLUSÕES

6. BIBLIOGRAFIA

[1] – Apostila de Laboratório de Eletrônica III – Fontes chaveadas.

[2] – Projeto de Fontes Chaveadas; Luís Fernando Pereira de Mello, Editora Érica, São Paulo, 1987.

[3] – Apostilas de Laboratório de Eletricidade I e II.

[4] – Linear Data Book; Farchild. LINEAR/ SWITCHMODE VOLTAGE REGULATOR HADBOOK: MOTOROLA. LINEAR CIRCUITS DATA BOOK; Texas Instruments.

[5] – Practical Switching Power Supies, Motorola.