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11. CIRCUITOS INTEGRADOS DEDICADOS AO ACIONAMENTO E
CONTROLE DE FONTES CHAVEADAS
Nos últimos 20 anos, uma variedade de circuitos integrados dedicados ao controle de fontes chaveadas foi desenvolvida. Os controladores que operam no modo tensão (controlando o valor médio da tensão de saída) ainda dominam o mercado, embora diversos permitam operação no modo corrente (controlando a corrente sobre o elemento indutivo do circuito). O método de controle mais utilizado é o de Modulação por Largura de Pulso, embora existam circuitos que operam com Modulação em Freqüência. Alguns CIs possuem apenas 1 saída, enquanto outros fornecem 2 saídas deslocadas de 180° elétricos entre si. Além disso, a maioria possui um amplificador de erro e uma referência interna, permitindo a implementação da malha de controle. A tabela 11.I indica algumas características de diferentes circuitos.
TABELA 11.I Classificação e exemplos de circuitos integrados para fontes chaveadas
Modo Tensão Modo Tensão com Latch
Modo Corrente
Técnica de controle (esquemático)
Osc. vc
MLP Osc.^ S
R
Q vc MLP
Osc. S
R
Ref.
I
Saída única MC34060 MPC1600 UC Saída dupla TL494/594 SG3525/26/27 UC Característica Baixo custo Limite digital de corrente. Boa imunidade a ruído
Especial para Fly- back. Inerente compensação da tensão de entrada
Formas de onda
As características específicas de cada CI variam em função da aplicação, do grau de desempenho esperado, das proteções implementadas, etc. Em linhas gerais pode-se dizer que os atuais CIs possuem as seguintes características: oscilador programável (freqüência fixa até 500kHz) (^) sinal MLP linear, com ciclo de trabalho de 0 a 100% amplificador de erro integrado referência de tensão integrada (^) tempo morto ajustável
inibição por subtensão elevada corrente de saída no acionador (100 a 200mA) (^) opção por saída simples ou dupla "soft start" (^) limitação digital de corrente capacidade de sincronização com outros osciladores
11.1 Técnicas de isolação de sistemas com reguladores chaveados
A implementação de uma fonte de tensão desacoplada da rede deve prever a capacidade de oferecer na saída uma tensão com boa regulação. Uma outra característica deve ser a isolação entre entrada e saída, de modo a proteger o usuário de choques devido à fuga de corrente e ao elevado potencial da entrada. A figura 11.1 indica 2 possibilidades de implementação de fontes de alimentação isoladas, podendo-se notar os diferentes "terras".
Retificador de entrada e filtros
Elementos de Chaveamento
Amplif. de erro e Controlador MLP
Filtro de
Retificador e
Saída
Vi (ac) Vo
T
T
Retificador de entrada e filtros
Elementos de Chaveamento Filtro de
Retificador e
Saída
Vo
T Vi (ac)
Controlador MLP
Ref
Ampl. erro
Isolador ótico
Figura 11.1 Algumas alternativas para isolação do circuito de controle e acionamento
Na primeira figura, o circuito de controle está no mesmo potencial da saída, ficando a isolação por conta dos transformadores T1 (de potência) e T2 (de acionamento). Já na figura (b) o circuito de controle está no potencial da entrada e a isolação é feita pelo transformador T1 (potência) e por um isolador ótico, o qual realimenta o sinal de erro da saída.
à menor largura de pulso nas saídas. A tensão neste pino encontra-se entre 0,5 e 3,5V. O CI dispõe de uma fonte de referência interna de 5V
11.3 UC
A família dos circuitos integrados UC1840 (Unitrode) foi desenvolvida especialmente para uso no lado da entrada em conversores fly-back ou forward. A figura 11.3 mostra o diagrama de blocos do circuito.
Osc.
Ger. Rampa
Comp. MLP Latch MLP
Amp
Comp.
Comp.
Comp.
Comp.
Reset Latch
Start latch
Erro Latch Comp.
Comp.
40V
Fonte Interna
5V 3V (int.)
3V(int.)
Clock
Drive Latch
S
R
S
R
S
R
S
R
400mV
200uA Histerese
11: Vin (sensor) 10: Rampa
15: Vin (fonte)
14: Polarização do driver 12: saída MLP
16: Ref. de 5V
13: GND 8: Partida suave ou limitador de largur
6: Limiar de limite de corrente
7: sensor de corrente
Rt/Ct : 9
Compensação: 1 Ent. inv: 17 Ent. NI: 18 Start/sub-tensão: 2
Reset: 5
Parada ext.: 4
sobre-tensão: 3 +
Figura 11.3 Diagrama de blocos interno do UC
O integrado oferece as seguintes características:
. operação em freqüência fixa, ajustável por um par RC externo . gerador de rampa com inclinação variável de modo a manter um produto (Volt x segundo) constante, possibilitando regulação de tensão mesmo em malha aberta, minimizando ou até eliminando a necessidade de controle por realimentação . auto-inicialização de funcionamento . referência de tensão interna, com proteção de sobre-tensão . proteção contra sobre e subtensão, incluindo desligamento e religamento programável . acionador de saída único, para alta corrente, otimizado para rápido desligamento da chave de potência Um circuito típico de aplicação é mostrado na figura 11.4.
Stop Reset
sobre-tensão
R
R
R
R5 Vref
Rf (^) Cf
Ampl. Erro
sub-tensão
PWM
Partida Suave
Remoto
Limite corrente
R
R
Vref
Rb
Rd
Cd
R
Rs
Cs Rdc
Rcs
+Vin Drive
Ct^ Osc.
Rt (^) Vref Ger. Rampa Cr (^) N
Rr (^) Rin
Cin
N
N
N
N
Entrada ca
Entrada cc
+Vin Vref R
2
8
4 5
3
1 17 18
9
16 15
10
11
12
14
6 7
(^13) UC
Figura 11.4 UC1840 acionando conversor fly-back.
No início da operação, e antes que a tensão no pino 2 atinja 3V, o comparador de partida/subtensão (UV) puxa uma corrente de 200uA, causando uma queda de tensão adicional em R1. Ao mesmo tempo o transistor de saída está inibido, fazendo com que a única corrente por Rin seja devido ao "start-up". O transistor de partida lenta está conduzindo, mantendo o capacitor Cs descarregado. Enquanto a tensão de controle permanecer abaixo do limite de partida (determinado pelos resistores R4 e R5), o latch de partida não monitora subtensão. Atingido o limite, o comparador de partida/UV elimina os 200uA, setando o FF de partida para monitorar a subtensão. Além disso, ativa o transistor de saída para alimentar a chave de potência, desliga o transistor de partida lenta, permitindo a carga de Cs (via Rs) e o aumento gradativo da largura de pulso. O pino 8 pode ser usado tanto para partida lenta quanto para limitar o máximo ciclo de trabalho, bem como uma entrada de inibição do sinal MLP. A largura de pulso pode variar de 0 a 90%, podendo o valor máximo ser limitado por um divisor de tensão colocado no pino 8 (Rdc). Quando se deseja uma rampa constante, Rr deve ser conectado à referência interna de 5V. Quando se quiser uma operação com o produto (Volt x segundo) fixo, Rr deve ser ligado à linha de alimentação CC. A inclinação da rampa será dada por:
dv dt
V linha R (^) R CR
