Análise Dinâmica de Conversores CC-CC Boost-Flyback

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1 Aálise Diâmica de Coersores CC-CC Boost-Flyback RESUMO Jhoata de Abreu Soares Potes. Uiersidade Tecológica Federal do Paraá, Pota Grossa, Paraá, Brasil. Eloi Agostii Júior. Uiersidade Tecológica Federal do Paraá, Pota Grossa, Paraá, Brasil. OBJETIVO: O trabalho descree o estudo da aálise diâmica do coersor CC-CC Boost- Flyback. Tal aálise tora possíel obter a fução de trasferêcia do projeto, assim é possíel chegar a um modelo matemático que descree o comportameto do coersor ao se aplicar certo distúrbio quado estes opera em equilíbrio. MÉTODOS: É utilizado o liro Fudametals of Power Eletroics de Erickso, Robert W. Maksimoic, Draga. Assim como a dissertação do aluo Marlo Herique Lessig da UTFPR de Pota Grosa, com o título Aalysis, desig ad implemetatio of sigle-stage high-frequecy-isolateed DC-AC Flyback coerters. Após estudos bibliográficos é realizada uma aálise matemática do coersor alidada atraés dos softwares Maple 17 e Mathcad. Posteriormete a simulação do circuito para alidação é feita com o software Psim. RESULTADOS: Foi possíel obter um modelo matemático, o qual possibilitou cotrolar tesões e corretes do coersor de tal forma que ao se aplicar uma pequea perturbação o sistema este cotiue a operar da maeira desejada. CONCLUSÕES: A pesquisa pode forecer resultados muito positios quato ao fucioameto esperado do coersor. Ao se iserir pequeas perturbações o sistema ele cotiua a operar da maeira a qual foi projetado. PALAVRAS-CHAVE: Coersores CC-CC. Boost-Flyback. Perturbação. Págia 1

2 1 INTRODUÇÃO O presete estudo se baseia em pesquisas ateriores sobre aalise de coersores de eleado gaho, tal estudo é justificado por coersores coecioais sofrerem degradação em seu redimeto quado submetidos a eleado gaho como pode ser obserado em [1], [2], [3] e [4]. É de grade importâcia cohecer o comportameto das tesões e corretes dos coersores quado estes são submetidos a determiados distúrbios, estes podem ser odulações de baixa frequêcia a razão cíclica ou mesmo a fote de etrada. Tal estudo isa mauteção da itegridade do sistema, assim como assegurar que ele cotiue operado da maeira a qual foi projetado, uma ez que estes eetos a razão cíclica afetam de forma direta a tesão de saída do coersor. Etão é preciso determiar a média das formas de odas em cada período de comutação quado aplicado um determiado distúrbio isso permite obter um modelo de pequeos siais em toro do poto de equilíbrio de operação do coersor. Posteriormete isso possibilita obter a fução de trasferêcia do coersor. 2 MÉTODOS Figura 1 Coersor Boost-Flyback coecioal Para realização deste trabalho se faz ecessária uma aálise estática simplificada do coersor deomiado coersor Boost-Flyback coecioal obserado a Figura 1. Tal ação se faz ecessária para se compor o modelo de pequeos siais em toro deste poto. A aalise estática simplificada implica cosiderar uma correte desproida de odulações o idutor L M, tal mudaça resulta uma ariação do comportameto da correte I LD sedo essa a correte a idutâcia auxiliar L D. Etão é feita aalise das etapas de operação do coersor e obtem-se as equações que forecem o comportameto das ariáeis do circuito, o caso corretes os idutores e tesões os capacitores para cada etapa do coersor. O passo seguite é a determiação dos alores médios de correte e tesão para um úico período de comutação os idutores e capacitores icluido as perturbações. 2.1 EQUACIONAMENTO Fote: Autoria própria. Págia 2 Cosideram-se os seguites parâmetros I LM, V (tesão Flyback), V (tesão Boost), t 1, t 2, t 3 e t 4. Na primeira etapa de operação a correte I LD iicia de zero e cresce até se igualar a I LM o fial da primeira etapa. A tesão em L M é V, ode é a relação de espiras etre primário e secudário. A tesão em L D é V Vi, V i é a tesão a etrada do coersor, desta etapa é possíel

3 Págia 3 obter V V. No iicio da terceira etapa a correte em LD tem seu i ILM t 1( ) 0 LD LD alor igual a I LM o fial da etapa a correte se tora ula, a tesão em L M é igual à primeira etapa porem a tesão em L D este mometo é V V V, tem-se etão V Vi V ILM t 3( ) 0. A partir do modulador temos t1 t2 D LD LD LD fs (1 D) t3 t4. Do balaço de eergia o idutor L M em regime pode ser obtida f V 1 V t ( t ) 0 i 2 2 fs s. A partir do alor médio da correte o diodo Flyback é obtida t1 t 3(1 ) 2 t4 0. Fialmete tem-se V V V como equação que 0 represeta a relação etre a tesão os capacitores Flyback e Boost e a tesão de saída sobre a carga R. Tem-se etão um sistema que forece os alores do poto de equilíbrio do coersor cosiderado os seguites parâmetros de projeto tesão de etrada V i = 48 V, relação de espiras = 1,8976, tesão de saída V 0 = 400 V, frequêcia de comutação f s = 100 khz, idutâcia L d = 50 µh e razão cíclica D = 0,738. Da solução deste sistema são obtidas as durações de cada etapa que são respectiamete d LM D (1 d) ilml D t4 f s i i L t2 f s i, d ilml D t2 s i f i, ilmld t3 i. Ao se liearizar cada uma das expressões apresetadas são obtidas quatro oas equações respectiamete ilml D LD ilm t1 ( i )² ( i )² ilml D LD ilm d, ilml D ilmld LD ilm t2 t3 f ( s i )² ( i ) i i i ( )² ( )² ( ) ilml D ilml D LD ilm d t4 f ( s i )² ( i )² ( i ) perturbações em toro do poto de equilíbrio. e e e que forecem as Posteriormete são obtidos os alores médios em um período de comutação para correte e tesão o idutor I LM e capacitores C f e C b. leado em cota o trasitório. Etão a primeira equação obtida a partir da aalise do idutor L M é i LM f s (Vi V ) t 2 ( 1 f st 2) t L L média o capacitor C f tem-se M M, em seguida a partir da correte f I t f I t t RC RC 2C 2C s LM 2 s LM 4 f f f f e cosiderado o alor médio de correte o capacitor C b obtém-se fsilm t2 fsilm t3 t RC RC 2C 2C b b b b. Ao substituido as durações das etapas obtidas ateriormete as equações dos alores médio e aida aplicado Laplace é possíel chegar as seguites relações defiidas por V (fs t2 1) (s) slm i LM(s) f s(v i ) t 2(s) (s) (s) fsilm t 2(s) fsilm t 4(s) scf (s) R R 2 2 (s) (s) fsilm t 2(s) fst3 i LM(s) scb (s) R R 2 2,. Ao resoler as três expressões são, e

4 obtidas três fuções de trasferêcia que são tesão Flyback V, tesão Boost V, correte o idutor L M e tesão de saída V 0 que ada mais é que a soma das fuções de trasferêcia de V e V. A forma geral das fuções de trasferêcia 3 2 é represetada por B s B s B s B e os coeficietes para as tesões e G(s) 3 2 A s A s A s A corretes podem ser isto a Tabela 1. Tabela 1 Coeficietes V V V 0 I LM B B B B A A A A Fote: Autoria própria. 3 RESULTADOS Com a fução de trasferêcia obtida é etão possíel alidar o modelo atraés de simulações a partir do software Psim. O comportameto das tesões de saída V 0 assim como as tesões Boost Vc b, Flyback Vc f e correte I LM são obserados a Figura 2. Figura 2 Validação do modelo matemático. Fote: Autoria própria. Págia 4

5 É importate obserar que tato o circuito do coersor quato o modelo obtido são simulados ate atigirem o regime permaete. Na simulação é dado um degrau uitário e obserado em seguida o comportameto das tesões e correte o idutor I LM, como é possíel er a Figura 2. 4 CONCLUSÕES O presete trabalho obtee sucesso o que se propôs a fazer. Foi possíel realizar toda aalise matemática e obter um modelo matemático de pequeos siais correspodete ao coersor. Todo processo pode ser alidado atraés de simulações que foreceram resultados satisfatórios. Aida se comparado com a mesma aalise feita em [5] pode-se dizer que o modelo obtido tem maior precisão uma ez que o modelo deseolido o presete trabalho lea em cota a idutâcia L D fato que ão ocorre em [5]. Págia 5

6 Dyamic Aalysis of DC-DC Boost- Flyback ABSTRACT OBJECTIVE: This paper describes the study of dyamic aalysis of the Boost- Flyback DC-DC coerter. This aalysis makes it possible to obtai the trasfer fuctio of the project, so it is possible to arrie at a mathematical model that describes the behaior of the coerter whe applyig a certai disturbace whe it operates i equilibrium. METHODS: Is used, Erickso's Fudametals of Power Electroics, Robert W. Maksimoic, Draga. Like the dissertatio of the studet Marlo Herique Lessig of UTFPR of Pota Grosa, with the title Aalysis, desig ad implemetatio of sigle-stage high-frequecy-isolateed DC-AC Flyback coerters. After bibliographical studies, a mathematical aalysis of the coerter alidated through Maple 17 ad Mathcad software is performed. Subsequetly the simulatio of the circuit for alidatio is doe with the Psim software. RESULTS: It was possible to obtai a mathematical model, which made it possible to cotrol oltages ad currets of the coerter i such a way that whe a small perturbatio i the system is applied this cotiues to operate i the desired way. CONCLUSIONS: The search ca proide ery positie results o the expected operatio of the coerter. By isertig mior disturbaces ito the system it cotiues to operate i the maer i which it was desiged. KEYWORDS: Coerter DC-DC. Boost-Flyback. Disturbace. Págia 6

7 REFERENCIAS [1] TSENG, K.c.; LIANG, T.j.. Noel high-efficiecy step-up coerter. Iee Proceedigs - Electric Power Applicatios, [s.l.],. 151,. 2, p , abr Istitutio of Egieerig ad Techology (IET). DOI: /ipepa: [2] LIANG, T.j.; TSENG, K.c.. Aalysis of itegrated boost-flyback step-up coerter. Iee Proceedigs - Electric Power Applicatios, [s.l.],. 152,. 2, p , abr Istitutio of Egieerig ad Techology (IET). DOI: /ip-epa: [3] SPIAZZI, G.; MATTAVELLI, P.; COSTABEBER, A.. Effect of Parasitic Compoets i the Itegrated Boost-Flyback High Step-Up Coerter. IEEE, [s.l.],. 57,. 5, p , 1 set [4] SPIAZZI, G. et al. Improed Itegrated Boost-Flyback High Step-Up Coerter. IEEE, [s.l.],. 57,. 5, p , 1 set [5] BROCKVELD JUNIOR, Sergio Luís; WALTRICH, Gierri. Modelagem estática e diâmica do coersor Boost-Flyback. Floriaópolis. Págia 7

8 Recebido: 31 ago Aproado: 02 out Como citar: SOARES, J. A. P et al. Título do trabalho. I: SEMINÁRIO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA DA UTFPR, 22, 2017, Lodria. Aais eletrôicos... Lodria: UTFPR, Dispoíel em: < Acesso em: Correspodêcia: Jhoata de Abreu Soares Potes Aeida Moteiro Lobato, 1787/1788 ao fim, Jardim Caralho, Pota Grossa, Paraá, Brasil. Direito autoral: Este resumos expadidos está liceciado sob os termos da Liceça Creatie Commos-Atribuição-Não Comercial 4.0 Iteracioal. Págia 8