Neste artigo, abordaremos um circuito de correção de fator de potência (PFC) baseado no controlador UCC28019. A correção de fator de potência é essencial em fontes de alimentação, pois reduz a quantidade de energia reativa, melhorando a eficiência do sistema. Analisaremos tanto as especificações calculadas quanto o diagrama esquemático, explicando o funcionamento e as especificações de cada componente e etapa do circuito.
Parte 1: Análise Teórica
1. Parâmetros de Entrada e Saída
Na primeira imagem, temos várias especificações de entrada e saída:
- \( V_{in} \): Faixa de tensão de entrada, variando entre 85 e 265V AC.
- \( V_{out} \): Tensão de saída regulada de 380V DC.
- \( P_{out} \): Potência de saída de 1500W.
Esses parâmetros são essenciais para dimensionar os componentes do circuito e garantir que ele atenda aos requisitos de potência.
2. Corrente de Saída \( I_{out} \)
Calculada como:
\[
I_{out} = \frac{P_{out}}{V_{out}} = \frac{1500}{380} \approx 3,94 \, A
\]
Essa corrente representa o valor médio da corrente de saída que o circuito deve fornecer para a carga.
3. Corrente de Entrada ( I_{in} )
A corrente de entrada é importante para dimensionar o filtro de entrada e os componentes que lidam com a corrente alternada. Os valores apresentados são:
- \( I_{in \, RMS} = 19,37 \, A \): Corrente RMS de entrada.
- \( I_{in \, peak} = 27,44 \, A \): Corrente de pico de entrada.
- \( I_{in \, 6kHz} = 17,44 \, A \): Corrente de entrada na frequência de comutação de 6kHz.
Essas informações são utilizadas para garantir que os componentes do circuito, especialmente aqueles na entrada, suportem os picos de corrente sem saturação ou superaquecimento.
4. Potência Dissipada \( P_{ind} \)
Calculada como \( P_{ind} = 33,1 \, W \), essa potência representa a perda associada à indutância do circuito, principalmente devido a perdas de núcleo e resistência série (ESR) da bobina.
5. Capacitância de Entrada \( C_{in} \)
O capacitor de entrada é dimensionado para lidar com a corrente ripple do circuito, com valor de:
\[
C_{in} = 4,6 \, \mu F
\]
Este valor é essencial para manter a estabilidade da tensão DC no barramento de saída.
6. Indutância \( L \)
Calculada como \( L = 273,7 \, \mu H \), esta indutância é crucial para o funcionamento do circuito PFC, pois suaviza a corrente de entrada, reduzindo o ripple e permitindo a operação em modo de condução contínua (CCM).
7. Fator de Estabilidade \( \Delta \)
Um parâmetro importante em circuitos PFC para garantir uma resposta estável sob diferentes condições de carga. Neste caso, temos \( \Delta = 9,2\% \), indicando que o ripple de corrente está bem controlado.
8. Potência Dissipada no Diodo e no Transistor
- Diodo: Dissipação de potência no diodo \( P_A = 1,35 \, W \), o que influencia o dimensionamento do dissipador de calor.
- Transistor: Necessidade de especificação de um MOSFET com tensão de trabalho de pelo menos 800V para suportar os picos de tensão no circuito.
9. Resistência e Potência Dissipada na Ponte de Retificação
- Resistência Total da Ponte: Somando resistências paralelas de 0,1Ω e 0,18Ω resultando em aproximadamente 0,018Ω.
- Potência Dissipada \( P_{total} = 6,57 \, W \): A resistência e a dissipação de potência são cruciais para garantir que a ponte retificadora não aqueça excessivamente.
10. Capacitância Total do Filtro
A última linha apresenta a capacitância mínima requerida, superior a 1200μF, para manter a tensão DC estável e sem flutuações significativas.
Parte 2: Interpretação do Esquemático
1. Filtro de Entrada
Na primeira seção do esquemático, temos:
- F1: Fusível de 10A para proteção contra sobrecorrentes.
- C4 e C5: Capacitores de filtro para reduzir o ruído de alta frequência.
- L2 e MFE: Indutor e filtro de entrada que atenuam o ruído de modo comum e diferencial.
2. Retificador de Entrada
- B1 (GBJ2506): Ponte retificadora de alta corrente para converter a entrada AC em DC.
- C6: Capacitor de filtragem para suavizar a tensão DC.
3. Controle e Modulação de Corrente
- IC1 (UCC28019): Controlador PFC responsável por ajustar a forma de onda da corrente de entrada para corrigir o fator de potência. Seus pinos de controle incluem:
- VCOMP e ISENSE: Monitoram a tensão e corrente de entrada para estabilizar o circuito.
- GATE: Controla a chave Q1, que regula a corrente de entrada de acordo com a demanda de potência.
4. Chaveamento e Indutância
- L1: Indutor principal de 55μH, que armazena e transfere energia entre os ciclos de comutação.
- Q1 (IRG4PH40U): Transistor MOSFET de comutação, que controla o fluxo de corrente através de L1.
5. Capacitores de Saída
- C2 e C3: Capacitores de 680μF, que filtram a saída DC, reduzindo o ripple e estabilizando a tensão para a carga.
6. Rede de Feedback
- R14: Resistor de feedback que monitora a tensão de saída, mantendo a regulação.
7. Componentes de Proteção e Filtragem
- D1 (MUR1560) e D2 (UF4007): Diodos de alta velocidade para proteção contra sobretensões e recuperação rápida, evitando danos ao MOSFET e ao controlador.
Conclusão
O circuito apresentado combina controle de fator de potência ativo com um controlador dedicado (UCC28019), um MOSFET de comutação e uma série de componentes passivos que permitem a operação estável e eficiente em uma ampla faixa de tensões de entrada (85-265V AC). Os parâmetros calculados mostram um cuidado no dimensionamento de cada componente, visando atender aos requisitos de potência e eficiência.
Este artigo forneceu uma visão detalhada sobre cada etapa de cálculo e cada componente no circuito. Através dessa análise, engenheiros e estudantes podem compreender melhor o funcionamento de um circuito PFC e aplicar esse conhecimento em projetos próprios.