APOSTILA -Fonte chaveada
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APOSTILA -Fonte chaveada


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APOSTILA DE ELETRÔNICA INDUSTRIAL 3.1 
 
UNIDADE III - FONTE CHAVEADA 
 
3.1 - INTRODUÇÃO 
 
 Os reguladores lineares de tensão apresentam grandes perdas de potência no transistor regulador pois este 
trabalha na região ativa. Para contornar este problema, nas fontes chaveadas os transistores são operados na 
região de corte ou na região de saturação, ou seja, funcionam como chave liga-desliga, daí o nome fonte chaveada. 
Na região de saturação temos grande corrente e pequena tensão entre coletor e emissor, o que resulta em pequena 
potência dissipada no transistor. Na região de corte temos grande tensão entre coletor e emissor e nenhuma 
corrente de coletor, o que resulta numa potência dissipada igual a zero. Desta forma, a potência total dissipada no 
transistor da fonte chaveada é muito pequena, ao contrário da potência dissipada no transistor das fontes lineares. 
Por este motivo o dissipador de calor utilizado no transistor da fonte chaveada não precisa ter grandes dimensões. 
 O chaveamento do transistor da fonte chaveada ocorre com uma frequência de 20 à 2000 KHz, o que 
resulta na necessidade de capacitor e indutor de filtro de menores valores e, consequentemente, de menor volume 
para um mesmo fator de ripple. 
 Existem vários tipos de fonte chaveada ou conversor. Neste capítulo estudaremos os conversores BUCK, 
BOOST e BUCK-BOOST. 
 
3.2 - CONVERSOR BUCK OU CONVERSOR DIRETO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Conforme podemos ver na figura 1, o conversor BUCK é composto por: 
 - uma fonte de tensão contínua (VIN) que pode ser proveniente de um retificador com filtro ou de uma 
bateria, necessitando de regulação, 
 - Um transistor, ou tiristor atuando como elemento comutador (liga-desliga, saturação-corte) de potência, 
 - Um circuito de controle, que compara o valor da tensão de saída da fonte com um valor de referência e 
aplica na base do transistor uma tensão de onda quadrada com frequência ou largura proporcional à 
diferença entre as duas tensões, 
 - Um filtro passa baixa constituído pelo indutor e pelo capacitor que tem a função de deixar passar para a 
carga a componente contínua da tensão na sua entrada, bloqueando a componente alternada. 
 
 Funcionamento: 
 
 Quando o transistor é levado ao estado de saturação (chave ligada), pela tensão positiva aplicada na sua 
base pelo bloco de controle, temos na entrada do filtro uma tensão igual à tensão da fonte VIN conforme mostrado 
na figura 2 no intervalo de t0 à t1. 
 Certo tempo depois o bloco de controle coloca na sua saída tensão nula, o que leva o transistor ao estado 
de corte e a tensão na entrada do filtro a um valor de aproximadamente 0 Volts, conforme mostrado na figura 2 no 
intervalo de t1 à t2. 
 Assim, a tensão na entrada do circuito de filtro é uma onda quadrada que possui uma componente contínua 
ou valor médio e uma componente alternada. O filtro LC utilizado neste circuito é um filtro passa baixa que 
bloqueia a componente alternada na sua entrada e permite a passagem da componente contínua para a sua 
saída, ou seja coloca na carga a componente contínua (valor médio) da tensão presente na sua entrada, conforme 
mostrado na figura 2. 
figura 1 
L 
VIN 
+ 
_ 
T 
CONTROLE 
 C D 
C
A
R
G
A 
E 
VOUT 
+ 
_ 
APOSTILA DE ELETRÔNICA INDUSTRIAL 3.2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Compensação de variações da tensão de entrada: 
 
 Por definição, valor médio ou componente contínua de uma tensão periódica é a relação entre a área 
delimitada pela forma de onda e o eixo dos tempos e o seu período. Se a tensão na entrada da fonte (VIN) 
aumenta (devido a um aumento da tensão da rede, por exemplo) o bloco de controle detecta este aumento na 
tensão de entrada e diminui o tempo que o transistor fica ligado (VE = VIN). Esta redução do tempo de condução 
do transistor compensa o aumento da tensão VIN, mantendo constante a área da forma de onda e, 
consequentemente, o seu valor médio, que é aplicado na carga. Esta situação está mostrada na figura 3 abaixo. 
Observe que o tempo de não condução do transistor aumentou, compensando a redução do tempo de condução 
do transistor o que manteve constante o período da forma de onda. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Por outro lado, se a tensão na entrada da fonte (VIN) diminuir o bloco de controle detecta esta redução na tensão 
de entrada e aumenta o tempo que o transistor fica ligado (VE = VIN), o que compensa a redução da tensão VIN, 
mantendo constante a área da forma de onda e, consequentemente o seu valor médio que é aplicado na carga. 
 Pode-se alterar a intensidade da tensão de saída alterando-se o tempo de condução do transistor. Quanto 
maior o tempo de condução maior a intensidade da tensão de saída. Se o transistor ficar sempre ligado a tensão de 
saída será máxima e igual a tensão de entrada. 
 Alguns conversores mantém constante o tempo de condução do transistor. Nestes conversores, se a 
tensão de entrada VIN aumentar a área da forma de onda também aumentará. Para manter constante o valor 
médio da forma de onda da tensão na entrada do filtro, o tempo de não condução do transistor deverá aumentar, 
aumentando o período da forma de onda na mesma proporção que a tensão de entrada VIN. 
 
 Função do diodo: 
 
 Quando o transistor está ligado, o diodo é polarizado com tensão positiva no catodo e negativa no anodo 
fazendo com que fique polarizado inversamente, não conduzindo corrente. No momento que o transistor desliga, 
o indutor induz nos seus terminais uma tensão negativa no lado do catodo do diodo e positiva no lado do 
capacitor, de modo a manter a corrente circulando no indutor. Esta tensão polariza o diodo no sentido direto 
fazendo com que ele se comporte como uma chave fechada, propiciando um caminho fechado para que a 
corrente continue circulando no indutor no mesmo sentido que antes. 
 
figura 3 
INOUT
ON
INON
OUT
V.\u3b4 =V
:portanto ,CÍCLICA RAZÃO = \u3b4 = T
t
CONSTANTE = T
V.t
 = T
ÁREA
 =V
 
 VOUT 
 VEMÉDIO 
wt 
wt t0 t1 t2 
VE 
VEMÁX = VIN 
0 
 VEMÉDIO 
0 
figura 2 
Relação entre a tensão de saída e a 
tensão de entrada: 
wt t0 t1 t2 
VE 
VIN2 = VEMÁX2 
0 
VOUT = VEMÉDIO 
 T 
VIN1 = VEMÁX1 
APOSTILA DE ELETRÔNICA INDUSTRIAL 3.3 
 
3.3 - CONVERSOR BOOST 
 
 No conversor BUCK o valor médio da tensão na carga é sempre igual ou inferior à tensão de entrada VIN. 
No conversor BOOST o valor médio da tensão na carga é igual ou superior à tensão de entrada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Conforme podemos ver na figura 4, o conversor BOOST é composto pelos mesmos elementos que o 
conversor BUCK sendo a posição do diodo, do transistor e do indutor invertidas em sentido anti-horário. O filtro é 
constituído apenas pelo capacitor. O indutor tem a função de armazenar energia durante a condução do 
transistor e transferir esta energia para o capacitor e a carga durante a não condução do transistor. 
 
 Funcionamento: 
 
 Quando o transistor é levado ao estado de saturação (chave ligada) pela tensão positiva aplicada na sua 
base pelo bloco de controle, temos tensão nula no anodo do diodo (ponto E) em relação à massa, conforme 
mostrado na figura 5 no intervalo de t0 à t1. 
 Certo tempo depois o bloco de controle coloca na sua saída tensão nula o que leva o transistor ao estado de corte 
e a tensão no anodo do diodo ao valor máximo (VEMÁX), conforme mostrado na figura 5 no intervalo de t1 à t2. A tensão 
(VEMÁX) é maior do que a tensão de entrada porque quando o transistor desliga a tensão induzida nos terminais do indutor 
tem a mesma polaridade da tensão de entrada (VIN).