Projete uma fonte de alimentação com um retificador em ponte e filtro capacitivo para fornecer uma tensão de saída máxima de 12 V e fornecer uma corrente de 120 mA , com um fator de ondulação não maior do que 5 %. Uma rede de 120 V (eficazes), 60 Hz , alimenta o primário do transformador. PEDE-SE:
a A razão de espiras do transformador.
b O Valor do capacitor de filtro.
c A corrente de pico em cada diodo.
d A corrente média em cada diodo.
e A tensão reversa máxima sobre o diodo.
f O intervalo de condução dos diodos.
Utilize o SPICE para traçar as curvas e mostrar que o projeto atende às especificações. Rotule, no gráfico, os valores de interesse.
Como referência, considere o subcircuito mostrado na Listagem 2 para simular o transformador . Os parâmetros K1, K2 e K3 representam as indutâncias mútuas entre os enrolamentos de primário (Lp) e secundário (Ls1 e Ls2). Note que os enrolamentos de secundário estão em série.
Listagem 2: Subcircuito para o Transformador.
.subckt TX 1 2 3 4 5 Params:
Lp 2 1 10mH
Ls1 3 4 52uH
Ls2 4 5 52uH
K1 Lp Ls1 0.999
K2 Lp Ls2 0.999
K3 Ls1 Ls2 0.999
.ends
Para especificar o transformador no arquivo netlist, basta fornecer os nós da fonte CA ligada ao enrolamento primário e os nós da ponte retificadora ligados ao enrolamento secundário.

Passo 1

O enunciado pede o projeto de uma fonte com retificador em ponte e filtro capacitivo de modo a obter até 12 V em carga de 120 mA com ondulação <=5 %. A rede é 120 V (rms), 60 Hz. Vamos usar: análise de pico da tensão secundária, fórmula de ripple em filtro capacitivo, relação de espiras Np/Ns, cálculo do ângulo de condução, correntes de pico e média nos diodos e tensão reversa máxima.

Passo 2

Definimos De<a V = 5%times12 V=0,6 V. Na saída do filtro o valor médio é
Vrm out,avg=12 V,,
e a tensão de pico do secundário deve suprir Vrm out,avg+De<a V/2 mais queda em dois diodos ( 2VDapprox1,4 V). Logo
Vs,peak =12+0,62+1,4=13,7 V,,
e a tensão eficaz do secundário é
Vs,rms =13,7raiz2approx9,69 V,

Passo 3

A razão de espiras do transformador é
NpNs =Vp,rmsVs,rms =1209,69approx12,38:1,

Passo 4

Para ripple em ponte a frequência de carga do capacitor é 2f=120 Hz e vale
C>=Irm load(2f),De<a V =0,12120cdot0,6 approx1,667times10^-3 F =1667 muF,
Adotamos um valor comercial seguro, por exemplo 2200 muF.

Passo 5

O ângulo de condução theta satisfaz
costheta =1-De<a VVs,peak =1-0,613,7 approx0,956 ;Longrightarrow; thetaapprox17,3^circ,
Cada meia-seno conduz por 2thetaapprox34,6^circ, isto é De<a t=(2theta/360^circ),Tapprox1,6 ms

Passo 6

A corrente de pico em cada diodo pode aproximar-se por
ID,pk approx Irm load+pi,Irm loadthetarm rad =0,12+3,1416cdot0,120,302 approx1,37 A,

Passo 7

A corrente média em cada diodo (conduzindo uma vez por ciclo) é
ID,avg =Irm load,pi+2thetarm rad2pi =0,12,3,1416+2cdot0,3022cdot3,1416 approx0,0715 A =71,5 mA,

Passo 8

A tensão reversa máxima em cada diodo ocorre no pico negativo do secundário, valendo
VRRM approx Vs,peak+VC,max =13,7+12,3approx26 V,

Resposta

a NpNs approx 12,38:1.
b C >= 1,667 mF😭 sim 2200 muF comercial).
c ID,pk approx 1,37 A.
d ID,avg approx 71,5 mA.
e VRRM approx 26 V.
f Ângulo de condução 2theta approx 34,6^circ ( De<a t approx 1,6 ms).

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