Durante muitos anos, a geração de tensão CC foi feita utilizando transformadores CA combinados com retificadores e reguladores lineares. Estes sistemas eram volumosos e ineficientes – com eficiências inferiores a 60% – e produziam uma quantidade significativa de calor residual. No entanto, a tecnologia de conversão de tensão utilizando fontes de alimentação comutadas já era conhecida no início do século XX. Um dos primeiros exemplos é o circuito de ignição de motores a gasolina, desenvolvido em 1910, que funciona como um conversor flyback com frequências de comutação tão baixas como algumas centenas de hertz (Figura 1).

Os avanços tecnológicos nos anos 50 e 60 tornaram possível atingir frequências de comutação superiores a 50 kHz, o que permitiu a introdução no mercado de fontes de alimentação comutadas. Estas novas fontes de alimentação eram até 75% mais compactas do que os transformadores CA tradicionais e ofereciam eficiências superiores a 80%.

A partir dos anos 70, estas fontes de alimentação de modo comutado começaram a ser implementadas em instrumentos de medição e computadores, acabando por se estender a aplicações industriais e domésticas. A evolução das topologias de conceção, a incorporação de semicondutores de potência mais avançados e o desenvolvimento de circuitos integrados de controlo (chips), juntamente com frequências de comutação que atingem várias centenas de Kilohertz, permitiram novas reduções nas dimensões dos equipamentos e melhorias significativas na eficiência.

Atualmente, estas soluções ocupam apenas uma fração do espaço anteriormente necessário, em consonância com a tendência geral para dispositivos eletrónicos cada vez mais compactos. Neste contexto, o tamanho e a densidade de potência (medida em W/cm³ ou W/polegada³) dos conversores industriais CC/CC tornaram-se fatores-chave. Mas serão estes, de facto, os únicos critérios relevantes na tomada de decisões?

Mais do que “apenas” tamanho e densidade de potencia

O que realmente importa numa solução de alimentação tudo-em-um é o tamanho, a fiabilidade e a capacidade de funcionar a altas temperaturas. Esta solução engloba não só os conversores industriais CC/CC, mas também os elementos de refrigeração, os filtros de entrada EMI, os circuitos de proteção e os condensadores de saída.

Neste artigo, examinaremos um projeto existente baseado no FED60W do fabricante P-DUKE, um conversor CC/CC (2”x1” e 12 V/60 W). Em seguida, apresentaremos dois novos produtos da P-DUKE que oferecem aos projetistas a possibilidade de aumentar a potência até 100 W, mantendo o mesmo fator de forma, ou de reduzir o tamanho total se a necessidade de potência for reduzida para 50 W. Todos estes produtos são distribuídos pela Electrónica OLFER.

Arrefecimento e redução de energia

Todos os processos de conversão geram algum calor e quanto maior for a eficiência do dispositivo, menores serão as perdas de energia, que podem ser calculadas utilizando as fórmulas:

De acordo com a folha de dados, o FED60W tem uma eficiência de 92%, entrada de 12 V e potência de 60 W. As perdas são:

A sobretemperatura do conversor e a temperatura ambiente máxima podem ser calculadas utilizando as seguintes fórmulas:

Onde:

• T_Rise é o aumento de temperatura na caixa do conversor gerado pela dissipação de potência;
• R_th é a impedância térmica da caixa em relação à temperatura ambiente;
• P_loss é a dissipação de potência gerada durante o processo de conversão do módulo de potência.

OLFER
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