Parte_9_Tenso_de_Pico_Inversa_e_Corrente_de_Surto_Teoria

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Tensão de Pico Inversa e Corrente de Surto (Teoria) – Rev0 
 
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1. Tensão de pico inversa e corrente de surto 
A tensão de pico inversa (PIV) é a tensão máxima no diodo quando não está 
conduzindo no retificador. Está tensão deve ser menor do que a tensão de ruptura do 
diodo; caso contrário, o diodo será danificado. O pior caso ocorre com o filtro de 
entrada com capacitor. 
As folhas de dados dos fabricantes adotam vários símbolos diferentes para 
indicar a tensão reversa nominal de um diodo. Algumas vezes esses símbolos indicam 
condições de medição diferentes. Alguns dos símbolos na folha de dados para a 
tensão nominal reversa máxima são PIV, PRV, VB, VBR, VR, VRRM, VRWM e 
VR(max). 
 
 
1.1. Retificador de meia onda com filtro de entrada com capacitor 
A Figura 4-18a mostra a parte crítica de um retificador de meia onda. Está e a 
parte do circuito que determina o valor da tensão reversa no diodo. O restánte do 
circuito não tem efeito e está omitido por questão de clareza. No pior caso, a tensão 
de pico do secundário e a tensão de pico negativa e o capacitor está totalmente 
carregado com a tensão de VP. Aplique a lei das tensões de Kirchhoff, e poderá ver 
imédiatamente que a tensão de pico inverso no diodo em corte e: 
 
 
 
+𝑉𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 − 𝑉𝐷𝑃𝐼𝑉 + 𝑉𝑝𝑐𝑎𝑝 = 0 
𝑆𝑒𝑛𝑑𝑜: 𝑉𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 𝑉𝑝𝑐𝑎𝑝 = 𝑉𝑝 
𝑉𝑝 − 𝑉𝐷𝑃𝐼𝑉 + 𝑉𝑝 = 0 
𝑉𝐷𝑃𝐼𝑉 = 2 𝑉𝑝 
 
 
Por exemplo, se a tensão de pico do secundário for de 15 V, a tensão de pico 
inversa será de 30 V. Enquanto a tensão de ruptura do diodo for maior que este valor, 
o diodo não queimara. 
 
 
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1.2. Retificador de onda completa com tomada central e filtro de entrada com 
capacitor. 
A Figura mostra a parte essencial de um retificador de onda completa necessária 
para calcular a tensão de pico inversa. Novamente, a tensão no secundário e a tensão 
de pico negativo. Neste caso, o diodo debaixo funciona como um curto (chave 
fechada) e o diodo de cima está aberto. A lei de Kirchhoff informa que: 
 
 
+𝑉𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 − 𝑉𝐷𝑃𝐼𝑉 + 𝑉𝐷𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜 = 0 
𝑉𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 − 𝑉𝐷𝑃𝐼𝑉 + 0 = 0 
𝑉𝑃𝐼𝑉 = 𝑉𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 
 
 
 
 
1.3. Retificador em ponte com filtro de entrada capacitivo 
A Figura mostra uma parte do circuito retificador em ponte. Isso é tudo o que 
você precisa para calcular a tensão de pico inversa. Visto que o diodo superior está 
conduzindo e o diodo inferior está em corte, a tensão de pico inversa no diodo inferior 
e: 
 
 
−𝑉𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 + 𝑉𝐷𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜 + 𝑉𝑃𝐼𝑉 = 0 
−𝑉𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 + 0 + 𝑉𝐷𝑃𝐼𝑉 = 0 
𝑉𝐷𝑃𝐼𝑉 = 𝑉𝑝 
 
 
 
Outra vantagem do retificador em ponte e que ele tem a menor tensão de pico 
inversa para uma dada tensão na carga. Para produzir a mesma tensão na carga, o 
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retificador de onda completa com tomada central necessitaria de uma tensão do 
secundário com o dobro de valor. 
 
 
2. Resistor de surto 
Antes de ligar um circuito retificador com filtro de entrada com capacitor em uma 
rede de alimentação, o capacitor pode estár descarregado. No primeiro instante que 
for aplicada a energia elétrica da rede, o capacitor funciona como um curto--circuito. 
Portanto, a corrente inicial de carga do capacitor terá um valor alto. Tudo o que existe 
no caminho de carga do capacitor é a resistência do secundário do transformador e a 
resistência de corpo dos diodos. O primeiro fluxo intenso de corrente quando a energia 
e ligada e chamado de corrente de surto. 
Em geral os projetistas de fontes de alimentação escolhem um diodo com um 
valor de corrente nominal que suporta está corrente de surto. Uma solução para a 
corrente de surto e o valor do capacitor de filtro. Ocasionalmente, um projetista pode 
optar por usar um resistor de surto, em vez de escolher outro diodo. 
A Figura ilustra essa ideia. Um resistor de baixo valor ôhmico é inserido entre a 
ponte retificadora e o capacitor de filtro. Sem o resistor, a corrente de surto pode 
queimar os diodos. Incluindo um resistor de surto, o projetista reduz a corrente de 
surto a um nível seguro. Os resistores de surto não são muito utilizados e são 
mencionados apenas nos casos em que você encontra uma fonte de alimentação já 
projetada com eles. 
 
 
 
 
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Exercício 2.1: 
Qual é o valor da tensão inversa de pico se a relação de espiras for de 8:1? Um diodo 
1N4001 tem uma tensão de ruptura de 50 V. E seguro usá-lo neste circuito? 
 
 
 
Solução: 
A tensão 𝑉𝑝1 no primário é: 
 
𝑉𝑝1 =
𝑉𝑟𝑚𝑠
0,707
 ⇒ 𝑉𝑝1 =
120
0,707
 ⇒ 𝑉𝑝1 = 169,7 𝑉 
 
A tensão de pico no secundário e: 
 
𝑉𝑝1
𝑉𝑝2
=
𝑁1
𝑁2
 ⇒ 
169,73
𝑉𝑝2
=
8
1
 ⇒ 𝑉𝑝2 = 21,21 𝑉 
 
A tensão de pico inversa e: 
 
𝑉𝐷𝑃𝐼𝑉 = 𝑉𝑝2 ⇒ 𝑉𝐷𝑃𝐼𝑉 = 21,21 𝑉 
 
O diodo 1N4001 é mais do que adequado, visto que a tensão inversa de pico é muito 
menor que a tensão de ruptura de 50 V. 
 
 
 
 
 
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Exercício 2.2: 
Usando a Figura do exercício 2.1, mude a relação de espiras para 2:1. Que diodo da 
série 1N4000 você usaria? 
 
Solução: ??? 
 
 
 
3. Cálculo do valor do fusível 
Quando estiver verificando defeitos, pode ser preciso calcular a corrente no 
primário para determinar se um fusível está adequado ou não. O modo mais fácil de 
fazer isso, com uma relação de espiras real, e supor que a potência de entrada seja 
igual a potência de saída: Pin = Pout. 
 
Por exemplo, a Figura abaixo mostra um transformador com fusível alimentando 
um retificador com filtro. O fusível de 0,1 A e adequado? 
 
 
Veja como estimar a corrente do primário quando estiver verificando defeitos. 
A potência de saída é igual a potência CC na carga: 
 
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝐼 = 15 𝑉. 1,2 𝐴 = 18 𝑊 
 
Despreze as perdas de potência no retificador e no transformador. Como a potência 
de entrada deve ser igual a potência de saída: 
 
𝑃𝑖𝑛 = 18 𝑊 
 
 
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Como 𝑃𝑖𝑛 e igual 𝑉1𝐼1, podemos resolver para a corrente do primário: 
 
𝐼1 =
18 𝑊
115 𝑊
= 0,156 𝐴 
 
Esse valor e apenas uma aproximação porque ignoramos as perdas de potência do 
transformador e do retificador. A corrente real no primário será maior cerca de 5% a 
20% por causa dessas perdas adicionais. Nesse caso, o fusível e inadequado. Ele 
deveria ser pelo menos de 0,25 A. 
 
 
Fusíveis retardados 
Suponha que o capacitor de um filtro esteja sendo usado na Figura acima. Se um 
fusível comum de 0,25 A for usado na Figura, ele queimará quando você ligar a 
energia. A razão é a corrente de surto, descrita anteriormente. A maioria das fontes 
de alimentação utiliza um fusível retardado, aquele que pode suportar uma sobrecarga 
na corrente. Por exemplo, um fusível retardado de 0,25 A suporta 
 
2 A por 0,1 s 
1,5 A por 1 s 
1 A por 2 s 
 
e assim por diante. Com um fusível retardado, o circuito tem tempo para carregar o 
capacitor. Depois a corrente primária cai para seu valor normal com o fusível ainda 
intacto. 
 
Cálculo da corrente do diodo 
Para um retificador de meia onda com ou sem filtro, a corrente média que circula pelo 
diodo e igual a corrente CC na cargaporque só existe um caminho para a circulação 
de corrente. Como uma formula de derivação: 
 
Meia onda: 𝐼𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜 = 𝐼𝐶𝐶 
 
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Por outro lado, a corrente média no diodo de um retificador de onda completa é igual 
a metade da corrente CC na carga, como uma formula de derivação, porque existem 
dois diodos no circuito, cada um compartilhando a corrente com a carga. De modo 
similar, cada diodo em uma ponte retificadora tem de sustentar uma corrente média 
que e a metade da corrente CC na carga. Como uma formula de derivação: 
 
Onda completa: 𝐼𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜 = 0,5 𝐼𝐶𝐶 
 
A Tabela abaixo compara as propriedades dos retificadores com filtro de entrada. 
 
Interpretação das folhas de dados 
Verifique na folha de dados do diodo 1N4001. A tensão de pico inversa repetitiva 
máxima, 𝑉𝑅𝑅𝑀 = 50 𝑉. A folha de dados informa que o diodo 1N4001 pode suportar 
uma tensão de 50 V no sentido reverso. 
 
 
 
 
A corrente direta retificada média 𝐼𝐹(𝑚𝑒𝑑), 𝐼(𝑚𝑎𝑥) 𝑜𝑢 𝐼0 é uma corrente CC ou corrente 
média que circula no diodo. Para um retificador de meia onda, a corrente no diodo é 
igual a corrente CC na carga. Para um retificador de onda completa com tomada 
central ou em ponte, é igual a metade da corrente CC na carga. A folha de dados 
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informa que o diodo 1N4001 pode conduzir uma corrente de 1 A, o que significa que 
a corrente CC na carga pode ser de 2 A em um retificador de onda completa. 
Observe também a corrente de surto nominal 𝐼𝐹𝑆𝑀. A folha de dados informa que o 
diodo 1N4001 pode suportar 30 A durante o primeiro ciclo quando a fonte for ligada. 
 
 
 
 
 
 
 
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