Eletrônica de Potência IICapítulo 3: Conversor Flyback
1Prof. Cassiano Rech
Prof. Luís M. [email protected]
Introdução
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• 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.
Conversores CC-CC Isolados
• Flyback
• Forward
• Conversores em ponte isolados
� Meia-ponte
� Ponte completa
• Push-pull
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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
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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