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Revisão de Fontes Lineares Projeto de Magnéticos
Projeto Térmico
PCBs e Layout
Proteções
Florianópolis, agosto de 2011.
Prof. Clóvis Antônio Petry.
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina
Departamento Acadêmico de Eletrônica
Projeto de Fontes Chaveadas
Bibliografia para esta aula
www.florianopolis.ifsc.edu.br/petry
Nesta aula
Revisão de fontes lineares:
1. Projeto de magnéticos;
2. Projeto térmico;
3. PCBs e layout;
4. Proteções.
Nesta aula
Projeto de transformadores
O projeto de um transformador depende:
• Da freqüência de operação;
• Tensão e potência de operação;
• Dos locais de instalação;
• Entre outros....
Projeto de transformadores de baixa frequência
Projetando um transformador de baixa freqüência e baixa
potência:
• Transformador isolador;
• Transformador para fontes de alimentação;
• Transformador para medidas elétricas;
• Entre outros....
Características do núcleo: - Perdas p/ chapas de cristais não orientados – 2,7% de silício
- @ 400 Hz; 1,3 T = 7,5 W/kg;
- Perdas p/ chapas de cristais orientados – 3,1% de silício
- @ 400 Hz; 1,3 T = 2 W/kg.
Projeto de transformadores de baixa frequência
Características do núcleo:
Projeto de transformadores de baixa frequência
Características do núcleo:
Projeto de transformadores de baixa frequência
Montagem do núcleo (com entreferro):
Chapas de formato I
Entreferro
Suportes para fixação das chapas
e regulagem do entreferro
Carretel e bobinado
Chapas de formato E
Fendas para os parafusosde regulagem e fixação
Projeto de transformadores de baixa frequência
Montagem do núcleo (com entreferro):
3a
a
1,5a
0,5a0,5a
2a
0,5a
c
g
Projeto de transformadores de baixa frequência
Tamanhos padrão de carretéis EI:
a
[cm]
a x c
[cm x cm]
Alt. x Larg. x Comp.
[cm x cm x cm]
1,6 1,6 x 1,6 4,00 x 4,8 x 3,2
1,6 1,6 x 2,2 4,00 x 4,8 x 3,8
1,6 1,6 x 2,3 4,00 x 4,8 x 3,9
1,9 1,9 x 1,9 4,75 x 5,7 x 3,8
1,9 1,9 x 2,2 4,75 x 5,7 x 4,1
2,2 2,2 x 2,2 5,50 x 6,6 x 4,4
2,2 2,2 x 3,0 5,50 x 6,6 x 5,2
2,5 2,5 x 2,5 6,25 x 7,5 x 5,0
2,9 2,9 x 2,9 7,25 x 8,7 x 5,8
3,2 2,9 x 3,8 8,00 x 9,6 x 6,7
3,2 3,2 x 3,2 8,00 x 9,6 x 6,4
3,2 3,2 x 3,8 8,00 x 9,6 x 7,0
3,2 3,2 x 5,0 8,00 x 9,6 x 8,2
Projeto de transformadores de baixa frequência
1) Dados de entrada:
2
100 Tensão de entrada;
100 Tensão de saída;
15 Potência de saída;
60 Freqüência de operação;
11300 Fluxo máximo;
4,5 / Densidade de corrente;
1,9 Largura da perna central do núcleo;
i
o
o
r
m
V V
V V
S VA
F Hz
B G
d A mm
a cm
c
2,2 Comprimento do núcleo;
1 Relação de transformação.
cm
N
Projeto de transformadores de baixa frequência
2) Cálculo da seção geométrica do núcleo:
2
1,9 2,2
4,18
g
g
S a c
S cm
3) Cálculo da seção magnética do núcleo:
2
0,9 0,9 4,18
3,762
m g
m
S S
S cm
4) Cálculo da potência do transformador: 2 2
3,76260
7,5 7,5
15,096
mr
SS F
S VA
Projeto de transformadores de baixa frequência
5) Cálculo do número de espiras:
8 810 10 100
4,44 4,44 11300 3,762 60
884espiras
ip
m m r
p
VN
B S F
N
884
1
884espiras
p
s
s
NN
N
N
Projeto de transformadores de baixa frequência
6) Cálculo das correntes (valores eficazes):
15
100
0,15
op
i
p
SI
V
I A
15
100
0,15
os
s
s
SI
V
I A
Projeto de transformadores de baixa frequência
2 2
4 2
0,1510 10
4,5
3,333 10
p
p
p
IS
d
S cm
2 2
4 2
0,1510 10
4,5
3,333 10
ss
s
IS
d
S cm
Fio 32 AWG
Fio 32 AWG
Dados do fio 32 AWG:
20,000320cobreS cm 20,000459isolS cm 0,024isolD cm
7) Escolha da seção dos condutores:
Projeto de transformadores de baixa frequência
8) Cálculo do fator de ocupação:
2 20,75 0,75 1,9
0,000459 884 0,000459 884
3,336
isol p isol s
aFo
S N S N
Fo
Projeto de transformadores de baixa frequência
Exemplo:
• Projetar um transformador com as características:
• 110/220 V de entrada;
• 12 + 12 V de saída;
• Corrente eficaz de 1 A nos secundários;
• Frequência da rede de 60 Hz.
Tarefa
Projeto de transformadores de baixa frequência
Projeto térmico
Cálculo térmico:
• Objetivo de verificar a necessidade de uso de dissipador
de calor ou não.
• Modelo térmico:
• Tj = temperatura na junção (oC);
• Tc = temperatura na cápsula (oC);
• Td = temperatura no dissipador (oC);
• Ta = temperatura ambiente (oC);
• Rjc = resistência térmica entre junção e cápsula (oC/W);
• Rcd = resistência térmica entre cápsula e dissipador (oC/W);
• Rda = resistência térmica entre dissipador e ambiente (oC/W);
• P = potência dissipada no componente (W).
j a jaT T R P
ja jc cd daR R R R
j a
ja
T TR
P
da ja jc cdR R R R
Projeto térmico
Exemplo:
• Determinar o dissipador necessário:
• Diodo MSR1560;
• Corrente média = eficaz = 10 A;
• Temperatura ambiente de 35 oC;
• Considerar Rcd = 1 oC/W;
• Considerar apenas as perdas por condução.
Tarefa
Projeto térmico
Exemplo:
• Determinar o dissipador necessário:
• Diodo MSR1560-D;
• Corrente média = eficaz = 10 A;
• Temperatura ambiente de 35 oC;
• Considerar Rcd = 1 oC/W;
• Considerar apenas as perdas por condução.
http://www.hsdissipadores.com.br/catalogo.pdf
Cálculo térmico
http://www.changpuak.ch/electronics/calc_23.html
Cálculo térmico
http://www.mhtlab.uwaterloo.ca/NC_rect.html
Cálculo térmico
PCBs e layout
http://www.cirvale.com.br
Tabela de conversão:
1 polegada = 2,54 centímetros
1 in = 2,54 cm
2,54 cm = 25,4 mm
1 mil = 0,025 mm
10 mil = 0,25 mm
20 mil = 0,50 mm
30 mil = 0,75 mm
40 mil = 1,0 mm
50 mil = 1,25 mm
l
Largura das trilhas:
0,75 mm
30 mils
PCBs e layout
http://www.cirvale.com.br
2
3
1
84
7
56
U1
LM311
C1
100nF
C2
100nF
+15V
-15V
Errado
Correto
PCBs e layout
PCBs e layout
http://www.linear.com
PCBs e layout
Cuidados com trilhas longas >> parasitas
PCBs e layout
Proteções
A B C D E
Opção A:
• Fusível colocado na entrada do circuito;
• Protege a fonte contra risco de incêndio;
• Protege a instalação elétrica;
• Não protege os componentes da fonte;
• Deve suportar a corrente de carga dos capacitores.
Opção B:
• Fusível colocado na saída do transformador;
• Protege o transformador contra faltas na fonte e na carga;
• Não protege os componentes após o transformador;
• Deve suportar a corrente de carga dos capacitores.
Proteções
Opção C:
• Fusível colocado após os diodos;
• Deve suportar a corrente de carga dos capacitores;
• Protege o transformador e os diodos contra faltas no
regulador e na saída da fonte.
Opção D:
• Fusível colocado após o filtro capacitivo;
• Não precisa suportar a corrente de carga dos
capacitores;
• Pode ser dimensionado melhor;
• Protege os elementos da fonte contra faltas nos
reguladores e na saída.
Proteções
Opção E:
• Fusível colocado na saída da fonte;
• Protege todos os elementos da fonte contra faltas na
carga;
• Pode ser dimensionado com facilidade;
• Não precisa suportar a corrente de carga dos
capacitores.
Proteções
Exemplo:
• Dimensionar a proteção de uma fonte linear:
• Usando resistor fusível ou fusível de vidro;
• Corrente média na saída de 1,5 A;
• Tensão média na saída de 5 V;
• Transformador de 220 V/9 V;
• A fonte possui um regulador LM7805;
• Capacitor de filtro de 2200 μF;
• Diodos retificadores 1N4001.
Tarefa
Proteções
Próxima aula
Projeto do retificador de uma fonte chaveada:
1. Definição do circuito;
2. Dados de entrada;
3. Escolha do capacitor;
4. Dimensionamento dos diodos;
5. Circuito de inrush.
www.florianopolis.ifsc.edu.br/petry