Circuitos Retificadores Monofásicos - Disp e Circ Elétricos

Prof. Marcos Antônio Severo Mendes masevero@ufmg.br 04/06/2022 18:47 1 “Diodos” UNIDADE - 3 Circuitos retificadores monofásicos Sumário 1. Introdução; Seção 4.5 2. Retificador de meia onda; Seção 4.5.1 3. Retificador de onda completa;  Retificador com transformador com derivação central; Seção 4.5.2  Retificador em ponte; Seção 4.5.3 04/06/2022 18:47 2 04/06/2022 18:47 3 1. Introdução 127  Diagrama de blocos de uma fonte de alimentação c.c  A fonte de alimentação é alimentada a partir da linha c.a de 60Hz e 127V eficaz (caso monofásico) e fornece uma tensão c.c vo para um circuito eletrônico representado pelo bloco de carga. A tensão vo deve ser tão constante quanto possível, apesar das variações da tensão c.a da linha e corrente consumida pela carga.  Estudaremos nos próximos tópicos:  Alguns circuitos retificadores.  Implementação simples de um filtro capacitivo.  Regulador de tensão baseado em diodos Zener. 04/06/2022 18:47 4 2. Retificador de meia onda 𝑣𝑠 𝑡 = 𝑉𝑠𝑠𝑒𝑛(𝑤𝑡)  O estudo do componente transformador não faz parte do escopo da disciplina, será somente calculado a potência neste componente. Vamos estudar os circuitos retificadores a partir da tensão vs no secundário do transformador. Considerando vs um sinal senoidal de amplitude Vs. 04/06/2022 18:47 5 2. Retificador de meia onda Simi ciclo positivo do sinal de entrada Quando a amplitude de vs supera VDo o diodo ficará polarizado diretamente, a tensão na carga vo será igual a Vs menos a queda de tensão VD do diodo e a tensão VD no diodo igual a VDo ≅ 0.7V Circuito equivalente Simi ciclo negativo do sinal de entrada Circuito equivalente Diodo polarizado reversamente, tensão nula na carga e tensão VD no diodo igual a -Vs Forma de onda preta tensão vs de entrada. Azul tensão vo na carga. 04/06/2022 18:47 6 2. Retificador de meia onda Polarização reversa: Pico de tensão reversa do diodo (PIV) igual a Vs.  Tem que ser menor que VZK (VR) máximo especificado pelo fabricante. É prudente especificar um diodo com VR = 2xPIV do circuito. 04/06/2022 18:47 7 2. Retificador de meia onda Polarização direta:  Tem que ser menor que IDmax (IFRM) máximo especificado pelo fabricante. Pico de corrente no diodo Valor médio da tensão de carga: Corrente media no diodo: Tem que ser menor que ID (IF) especificado pelo fabricante. 04/06/2022 18:47 8 2. Retificador de meia onda Polarização direta: 𝑉𝑜𝐴𝑉 = 𝑉𝑝 2𝑑 𝜋 𝑑 = 𝑡𝑝 𝑇 Vp v(t) 𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝐷𝑜 VoAV valor médio de v(t) 𝑡𝑝 = 𝜋 − 2𝜃 𝑇 = 2𝜋  Cálculo de valor médio utilizando informações tabeladas 04/06/2022 18:47 9 2. Retificador de meia onda 𝑉𝐴  Cálculo da potência na fonte ( potencia do transformador)  Potência do transformador ou fonte de entrada do retificador Corrente rms no secundário do transformador. Tensão rms no secundário do transformador.  Corrente rms na carga em função da tensão rms na carga: 04/06/2022 18:47 10 2. Retificador de meia onda  Cálculo da potência na fonte ( potencia do transformador)  Resolvendo a integral temos:  Valor eficaz (rms) por definição:  Calculo do valor da tensão rms na carga. 04/06/2022 18:47 11 2. Retificador de meia onda  Cálculo da potência na fonte ( potencia do transformador)  Considerando o diodo ideal : 04/06/2022 18:47 12 2. Retificador de meia onda 𝑉𝑜𝑟𝑚𝑠 = 𝑉𝑝 𝑑 2 𝑑 = 𝑡𝑝 𝑇 Vp v(t) 𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝐷𝑜 Vorms valor médio de v(t) 𝑡𝑝 = 𝜋 − 2𝜃 𝑇 = 2𝜋  Cálculo de valor eficaz (rms) utilizando informações tabeladas  Cálculo da potência na fonte ( potencia do transformador) 04/06/2022 18:47 13 3. Retificador de onda completa  Retificador com derivação central (Tap central) 𝑣𝑠 𝑡 = 𝑉𝑠𝑠𝑒𝑛(𝑤𝑡) 04/06/2022 18:47 14 3. Retificador de onda completa  Retificador com Tap central Simi ciclo positivo do sinal de entrada Simi ciclo negativo do sinal de entrada Circuito equivalente Circuito equivalente 04/06/2022 18:47 15 3. Retificador de onda completa  Retificador com Tap central  Tem que ser menor que IDmax (IFRM) máximo especificado pelo fabricante. Pico de corrente no diodo Pico de tensão reversa do diodo  Tem que ser menor que VZK (VR) máximo especificado pelo fabricante. É prudente especificar um diodo com VR = 2xPIV do circuito. 04/06/2022 18:47 16 3. Retificador de onda completa  Retificador com Tap central Valor médio da tensão de carga: Seguindo o mesmo procedimento utilizado para o retificador meia onda temos: Corrente media na carga: Os dois diodos conduzem em instantes diferentes portanto, a corrente media em cada diodo é: Tem que ser menor que ID (IF) especificado pelo fabricante. 04/06/2022 18:47 17 3. Retificador de onda completa  Retificador com Tap central  Cálculo da potência na fonte ( potência do transformador)  Potência em uma enrolamento secundário.  Potência total do transformador.  Corrente rms em um enrolamento do secundário em função da corrente de carga.  Corrente rms na carga em função da tensão rms na carga  Corrente rms na carga.  Considerando as corrente nos secundários iguais 04/06/2022 18:47 18 3. Retificador de onda completa  Retificador com Tap central  Cálculo da potência na fonte ( potência do transformador) 04/06/2022 18:47 19 3. Retificador de onda completa  Retificador com Tap central 𝑉𝑜𝑟𝑚𝑠 = 𝑉𝑝 𝑑 2 𝑑 = 𝑡𝑝 𝑇 Vp v(t) 𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝐷𝑜 Vorms valor médio de v(t) 𝑡𝑝 = 𝜋 − 2𝜃 𝑇 = 𝜋  Cálculo de valor eficaz (rms) utilizando informações tabeladas 04/06/2022 18:47 20 3. Retificador de onda completa  Retificador em ponte: 𝑣𝑠 𝑡 = 𝑉𝑠𝑠𝑒𝑛(𝑤𝑡) 04/06/2022 18:47 21 3. Retificador de onda completa  Retificador em ponte Simi ciclo positivo do sinal de entrada Simi ciclo negativo do sinal de entrada Circuito equivalente Circuito equivalente 04/06/2022 18:47 22 3. Retificador de onda completa  Retificador em ponte  Tem que ser menor que IDmax (IFRM) máximo especificado pelo fabricante. Pico de corrente no diodo Pico de tensão reversa do diodo  Tem que ser menor que VZK (VR) máximo especificado pelo fabricante. É prudente especificar um diodo com VR = 2xPIV do circuito. 04/06/2022 18:47 23 3. Retificador de onda completa  Retificador em ponte Valor médio da tensão de carga: Seguindo o mesmo procedimento utilizado para o retificador meia onda temos: Corrente media na carga: Os pares de diodos conduzem em instantes diferentes portanto, a corrente media em cada diodo é: Tem que ser menor que ID (IF) especificado pelo fabricante. 04/06/2022 18:47 24 3. Retificador de onda completa  Retificador em ponte:  Cálculo da potência na fonte ( potência do transformador)  Potência do transformador ou fonte de entrada do retificador 𝑉𝐴  Corrente rms na carga em função da tensão rms na carga: 04/06/2022 18:47 25 3. Retificador de onda completa  Retificador em ponte:  Cálculo da potência na fonte ( potencia do transformador) 04/06/2022 18:47 26 3. Retificador de onda completa  Retificador em ponte: 𝑉𝑜𝑟𝑚𝑠 = 𝑉𝑝 𝑑 2 𝑑 = 𝑡𝑝 𝑇 Vp v(t) 𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 2𝑉𝐷𝑜 Vorms valor médio de v(t) 𝑡𝑝 = 𝜋 − 2𝜃 𝑇 = 𝜋  Cálculo de valor eficaz (rms) utilizando informações tabeladas 04/06/2022 18:47 27 3. Retificador de onda completa  O retificador meia onda é raramente utilizado na prática devido, principalmente ao fato de impor um nível corrente c.c no secundário do transformado, levando facilmente a sua saturação.  O retificador em ponte não requer um transformador com derivação central. O que requer um transformador mais simples e mais barato.  O retificador de ponte, no entanto, requer quatro diodos em comparação aos dois no circuito com tap central. Isso não é uma grande desvantagem, porque os diodos são mais baratos que transformador.  O PIV exigido para os diodos no circuito em ponte é metade do com transformador com derivação central. Esta é outra vantagem do retificador em ponte.  Essas vantagens tornaram a ponte retificadora a configuração de circuito retificador mais popular. 04/06/2022 18:47 28 3. Retificador de onda completa  Exemplo de diodos com encapsulamento em ponte 04/06/2022 18:47 29 3. Retificador de onda completa  Exemplo de diodos com encapsulamento catodo comum. Exercícios e Problemas  Estudar os seguintes exemplos do capítulo 4 do livro referência: 4.1, 4.2 e 4.4.  Exercícios sugeridos do capitulo 4 do livro referência: 4.19, 4.20 e 4.21.  Problemas (final do capítulo) sugeridos do capitulo 4 do livro referência: 67, 70, 71, 72,76. Videoaulas  Videoaulas sugeridas sobre Diodo (Prof. Gabriel Fogli – DELT-UFMG) :  Circuitos retificadores .  Simulação de circuitos retificadores com Ltspice.