Projeto de uma fonte chaveada baseada no conversor push-pull

Abstract

Este trabalho apresenta uma metodologia de projeto de fontes chaveadas baseadas no conversor Push-Pull. Além disso, exploram-se técnicas de controle com o intuito de garantir que as especificações de saída sejam satisfeitas. Desse modo, o trabalho é composto por três capítulos, os quais analisam os principais circuitos contidos neste projeto. Devido a simplicidade do circuito retificador, escolheu-se omiti-lo do texto, entretanto seu dimensionamento é apresentado no Apêndice A. No Capítulo 2 é analisado detalhadamente o circuito do conversor Push-Pull, cuja função é controlar o fluxo de energia entre a fonte e a carga. Ao longo do capítulo são descritas as etapas de operação, o equacionamento, as formas de onda das grandezas presentes no circuito e principalmente seus os valores máximo, médio, eficaz. O conversor é dimensionado e todos estes valores são calculados. Por fim, para validar o dimensionamento, o conversor é simulado em malha aberta considerando todos os parâmetros calculados. No Capítulo 3, é feita a especificação de componentes. Ela consiste, essencialmente, em definir uma sugestão de quais componentes disponíveis no mercado poderiam utilizados para implementar um protótipo deste projeto. Para isso, será necessário realizar o cálculo de perdas e o cálculo térmico. No Capítulo 4, é realizado todo o projeto de controle do sistema. Além disso, é definida a estratégia de controle a ser utilizada para este sistema e principalmente qual topologia de controlador será empregada. A escolha da melhor estratégia de controle é um dos itens mais importantes do trabalho, pois proporciona algumas propriedades desejadas ao sistema, tais como, imunidade a perturbações na tensão de entrada, na tensão de referência e imunidades a variações de carga. Finalmente, no Capítulo 5 são realizadas as considerações finais do trabalho apresentando os pontos principais, as escolhas de projeto, suas vantagens e desvantagens, e possíveis melhorias a serem feitas.

This work presents a methodology for the design of a switched-mode power supply based on the Push-Pull power converter. In addition, control techniques are explored to ensure the output specifications. Thereby, this work is composed by three chapters and in each of them is analysed the main components of the block diagram that model the power supply. Due to the simplicity of the rectifier circuit, it was decided to omit it from the main text, although the calculations needed to design this circuit are presented in Appendix A. In Chapter 2, the Push-Pull power converter circuit is studied in detail, especially because of the main function of this circuit, which is to control the flow of energy between source and load. Throughout the chapter the stages of operation of the power converter, main equations and waveforms are presented in detail as is the peak, average and RMS values. The entire power converter is designed and all of these magnitudes are calculated. Next, to ensure that the power converter was analysed correctly, it is simulated in open loop conditions using the paramaters previously calculated. In Chapter 3, is presented the specifications of the components that could be used in this project which is basicaly a suggestion of which components available in the market could be used to implement a prototype of this power supply. To achieve this, it is necessary to perform the power losses and termal calculations. In Chapter 4, the control loop is closed and the compensator design calculations are done. At this stage, the main points addressed are defining a control loop strategy and mainly which compensator type is going to be designed. Choosing the best control loop strategy is the most important item of this text because the closed loop provides the entire power supply system some interesting properties like input voltage, output load and reference voltage pertubations rejection. At Chapter 5, the final considerations are presented as well as the benefits and disadvantages of the main design choices. Also, some possible improvements to the models and circutry used are suggested.