MAGNO Programa Computacional para Projeto Otimizado de Componentes Magnéticos Utilizados em Conversores Estáticos de Alta Freqüência Adalberto J. Batista Valério F. Machado Luciano B. Almeida Universidade Federal de Goiás - Escola de Engenharia Elétrica e de Computação – PEQ - 74605-220, Goiânia – GO, Brasil Coordenador CELG: Engo Heliomar Palhares Pedrosa Introdução O projeto de componentes magnéticos de potência, tais como transformadores e indutores, influencia diretamente o volume, o peso, o rendimento e outros aspectos de desempenho de conversores estáticos utilizados em computadores, eletrodomésticos, sistemas de comunicação, de iluminação, e de áudio e vídeo, e em tantas outras aplicações. O programa MAGNO, desenvolvido no contexto do programa de P&D CELG, ciclo 2000/2001, permite projetar tais componentes com volume mínimo e, dependendo das restrições de projeto, com rendimento máximo. Diferentemente de metodologias apresentadas na literatura e de programas computacionais encontrados no mercado internacional, o programa MAGNO, implementado em DELPHI, permite otimizar o projeto de componentes multienrolamentos e é aplicável a qualquer topologia de conversor onde as formas de onda presentes nos enrolamentos do componente sejam periódicas. Principais Características do Programa MAGNO A Fig. 1 (a) mostra a tela principal do programa para o projeto de transformadores. Características principais do programa: Permite o projeto de transformadores com até 4 (quatro) enrolamentos primários e 12 (doze) enrolamentos secundários. Inclui bancos de dados pertinentes a condutores (circulares, simples e em feixe, e fios litz), a núcleos de ferrita e respectivos acessórios (carretéis para enrolamentos), e também aos parâmetros das ferritas utilizados para cálculo da perda e da indução magnéticas no núcleo, em função da freqüência, indução e temperatura de operação do componente. Projeta cada um dos enrolamentos com o tipo de condutor especificado pelo usuário, inclusive o feixe de condutores constituído de condutores simples, especificando a bitola do fio, o número de fios por condutor e de condutores por cabo. Permite incluir até 60 componentes harmônicas das formas de onda de tensão e de corrente nos enrolamentos e os efeitos pelicular e de proximidade nos mesmos para o cálculo das perdas e para seu dimensionamento. Permite incluir dados de outros fabricantes de núcleos magnéticos e acessórios e de condutores. Permite mudar a posição de qualquer enrolamento no carretel em relação à sua posição inicial. Calcula a resistência e indutância de dispersão efetivas dos enrolamentos e capacitância parasita equivalente. Permite corrigir o efeito do espraiamento de fluxo magnético no entreferro sobre a indutância. Emite relatório contendo informações comerciais e as especificações para a montagem do componente. As Figs. 1 (b)-(c) mostram alguns dos dados de entrada e de saída. No projeto de indutores existem outros dados. As Figs. 1 (a)-(d) mostram as telas do programa utilizadas para o projeto otimizado do transformador de três enrolamentos de um conversor forward com grampeamento ativo, cuja potência e tensão de saída são iguais a 550 W e 48 V e cuja freqüência de chaveamento é de 40 kHz. A Fig. 2 mostra o diagrama básico do estágio de potência deste conversor, o qual foi simulado através do programa PSpice. Neste exemplo, foi possível projetar o transformador com volume mínimo e rendimento máximo. 1 (a) 1 (b) 1 (c) Conclusão Um novo programa computacional para o projeto otimizado de componentes magnéticos de potência utilizados em conversores estáticos de alta freqüência foi implementado. O programa realiza uma busca iterativa pelo menor núcleo que satisfaz às especificações de projeto e, ao mesmo tempo, sempre que possível, minimiza a perda total do componente. Utilizando-se deste programa o projetista pode explorar tantas possibilidades de projeto quantas queira a fim escolher a mais adequada para sua aplicação e realidade. 1 (d) Componentes Passíveis de Serem Projetados e Limitações Quanto ao Conversor Transformadores multienrolamento, inclusive transformadores flyback (com entreferro). Indutores, incluindo-se aqueles utilizados em filtros de entrada e de saída ou como elementos auxiliares de comutação. Isto inclui tanto conversores com comutação dissipativa quanto conversores com comutação não- dissipativa, operando comfreqüências de chaveamento da ordem de dezenas a centenas de kHz e com potência de até 1.500 W, e nos quais as formas de onda presentes nos enrolamentos do componente são periódicas (e.g., flyback, full-bridge, push-pull, Sepic, Zeta etc). Fig. 1 308 mH 880 mF 220 pF 138 mH 68 nF 400 V Fig. 2 Artigos Publicados e Aceitos para Publicação Batista, A.J., Machado, V.F.. Computer-Aided Design Optimization of High Frequency Power Inductors. In: Anais do 6o Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência, v. 1, p. 292-297, 2001. Batista, A.J., Machado, V.F., Almeida, L.B.. Computer-Aided Design Optimization of High Frequency Power Transformers. Aceito para publicação no 7o Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência, Fortaleza-CE, 21 a 24 de setembro de 2003.