Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos
Resumo
Os Transformadores Piezoelétricos (PTs) permitem o projeto de aplicações promissoras para fontes de
alimentação até 100W, melhorando a eficiência, reduzindo o tamanho, facilitando a obtenção de
grandes relações de transformação, além de proporcionar alta imunidade contra ruídos
eletromagnéticos e interferências. Os PTs apresentam modelo elétrico ressonante, trazendo a
necessidade de implementação juntamente com topologias de conversores ressonantes, como por
exemplo os conversores: Classe-E, Meia Ponte, Ponte Completa e Push-pull. Dentre estas topologias,
o conversor Classe-E se destaca por apresentar somente um interruptor controlado. O ganho estático
do conversor Classe-E é obtido através da variação da freqüência de chaveamento, e a razão cíclica
muda para atender as condições de comutação suave para diferentes freqüências e cargas. A análise
deste processo se torna complexa à medida que o sistema apresenta inúmeros elementos reativos. Uma
maneira de simplificar esta análise é utilizar uma metodologia normalizada. Devido a isso, o primeiro
resultado deste trabalho é a análise normalizada do funcionamento do conversor piezoelétrico Classe-
E, incluindo variação normalizada da frequênciade operação e da carga. Isso permite escolher um
ponto ótimo de projeto estático, sem a necessidade de parâmetros de projeto. O objetivo principal
desta análise normalizada é a obtenção do comportamento da razão cíclica para obter comutação suave
em todos os pontos de operação. Em um segundo momento, um modelo de pequenos sinais foi
derivado utilizando a metodologia do modelo médio generalizado, através de aproximação por series
de Fourier. O modelo descreve os pólos e zeros relevantes do sistema, sendo suficientemente preciso
para diferentes cargas e da frequencias de operação. O comportamento de conversores ressonantes
varia consideravelmente para diferentes pontos de operação, pois isso um modelo que permita avaliar
estes pontos de maneira precisa se faz importante. A análise normalizada permitiu simplificar a
derivação do modelo de pequenos sinais, uma vez que garante a operação em comutação suave. Para
validar a metodologia apresentada, são mostrados resultados experimentais para um conversor
abaixador de 3W, entrada universal de 85-260 V AC e saída de 6 V DC.