Técnicas de modulação em fontes chaveadas

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Fontes Chaveadas - Cap. 3

Técnicas de Modulação em Fontes Chaveadas

J. A. Pomilio

3. TÉCNICAS DE MODULAÇÃO EM FONTES CHAVEADAS
O objetivo deste capítulo é descrever os principais métodos de comando dos conversores CC-CC, bem como identificar suas vantagens e limitações. Via de regra, as fontes chaveadas operam a partir de uma fonte de tensão CC de valor fixo, enquanto na saída tem-setambém uma tensão CC, mas de valor distinto (fixo ou não). As chaves semicondutoras estão ou no estado bloqueado ou em plena condução. A tensão média de saída depende da relação entre o intervalo em que a chave permanece fechada e o período de chaveamento. Define-se ciclo de trabalho (largura de pulso ou razão cíclica) como a relação entre o intervalo de condução da chave e o período dechaveamento. Tomemos como exemplo a figura 3.1 na qual se mostra uma estrutura chamada abaixadora de tensão (ou “buck”). Para este circuito, o papel do indutor e do capacitor é o de extrair o valor médio da tensão no diodo (vo) e disponibilizar esta tensão com baixa ondulação na saída (Vo).
T E D vo L C R Vo

vo E Vo τ t
T

t

Figura 3.1 Conversor abaixador de tensão e forma de onda da tensãoaplicada ao filtro de saída. 3.1 Modulação por Largura de Pulso - MLP (PWM – Pulse Width Modulation)

Em MLP opera-se com freqüência constante, variando-se o tempo em que a chave permanece ligada. O sinal de comando é obtido, de modo analógico, pela comparação de um sinal de controle (modulante) com uma onda periódica (portadora), por exemplo, uma onda "dente-deserra". A figura 3.2 ilustra estasformas de onda.
vp vc vp

τ vs(t) vo Vs Vo tT
vc

-

vo +

vs(t)

t T vc = τ vp

Figura 3.2 Modulação por Largura de Pulso.
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Fontes Chaveadas - Cap. 3

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A freqüência da portadora deve ser pelo menos 10 vezes maior do que a modulante, de modo que seja relativamente fácilfiltrar o valor médio do sinal modulado (MLP), recuperando uma tensão média que seja proporcional ao sinal de controle. Para tanto é também necessário que a onda portadora tenha uma variação linear com o tempo (onda triangular). Do ponto de vista do comportamento dinâmico do sistema (que será detalhadamente analisado em capítulos posteriores), a MLP comporta-se como um elemento linear quando se analisaa resposta do sistema tomando por base os valores médios da corrente e da tensão. 3.1.1 Espectro Harmônico de Sinal MLP A figura 3.3 mostra formas de onda relativas à modulação MLP de um sinal de referência que apresenta um nível contínuo. A saída do comparador é uma tensão com 2 níveis, na freqüência da onda triangular. Na figura 3.4 tem-se o espectro desta onda MLP, onde se observa a presençade uma componente contínua que reproduz o sinal modulante. As demais componentes aparecem nos múltiplos da freqüência da portadora sendo, em princípio, relativamente fáceis de filtrar dada sua alta freqüência.
10V

0V 10V

0V 0s

0.2ms

0.4ms

0.6ms

0.8ms

1.0ms

Figura 3.3 Modulação MLP de nível CC.
8.0V

6.0V

4.0V

2.0V

0V 0Hz

50KHz

100KHz

150KHz

200KHzFigura 3.4 Espectro de sinal MLP.

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3.2

Modulação por limites de corrente - MLC (Histerese)

Neste caso, são estabelecidos os limites máximo e/ou mínimo da corrente, fazendo-se o chaveamento em função de serem atingidos tais valores extremos. Ovalor instantâneo da corrente, em regime, é mantido sempre dentro dos limites estabelecidos e o conversor comportase como uma fonte de corrente. Tanto a freqüência como o ciclo de trabalho são variáveis, dependendo dos parâmetros do circuito e dos limites impostos. A figura 3.5 mostra as formas de onda para este tipo de controlador. MLC só é possível em malha fechada, pois é necessário medir...
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