Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

Transcrição

1 epartamento de ngenharia létrica Aula 1.2 Topologias de Conversor CC-CC Prof. João Américo Vilela

2 Conversores Boost Característica de fonte de corrente CONVRSOR LVAOR TNSÃO I e ( BOOST ; STP-UP ) Ch V s Característica de fonte de tensão L e Ch Cs Rc 2

3 Modo de operação: 1º) Com o interruptor fechado Conversores Boost 2º) Com o interruptor aberto 3

4 Forma de onda em detalhe Conversores Boost i Le Ie i Cs Ie-Is T Is (1-) T 4

5 Ganho stático - Conversores Boost m regime permanente, o valor médio da tensão no indutor é nulo: i Le Ie T V 1 T Manipulando a equação obtemos: i Cs Ie-Is V G G ,2,4,6,8 1 T Is (1-) T Intervalo T (1 - ) T Tensão aplicada - (V ) 5

6 Indutor de entrada - Conversores Boost 6 i Le T (1-) T Forma de onda da corrente no indutor de entrada IL e ΔI T L L f Variação da corrente no indutor A corrente de entrada tem como limites em regime: I e I e _ med I 2 I 1 c Ie 2 L f c Para que a potência permaneça constante no conversor a corrente é inversamente proporcional a tensão. V 1 1 L e I máx L e I e I f c 1 1 m função da oscilação da corrente tem-se o valor do indutor. Obs. a ondulação da corrente máxima ocorre para igual a 1/3 no conversor Boost.

7 Capacitor de Saída - Conversores Boost i Cs Ie-Is T Is (1-) T Forma de onda da corrente no capacitor de saída. Conversor no instante que o capacitor alimenta a carga A análise do capacitor de saída fica bastante simples se considerarmos a saída como uma fonte de corrente; durante o intervalo de condução do interruptor (T), somente essa fonte está conectada ao capacitor, causando um decréscimo em sua tensão: T 1 1 I VC V ic ( t) T I C C C f c

8 1 I VC V T I C C fc C Capacitor de Saída - Conversores Boost A razão cíclica no conversor Boost pode ser representada por: Assim: V C V V V V máx I C f c I f c V V R se i Cs V I T Is (1-) T Forma de onda da corrente no capacitor de saída. Para a condição crítica igual a 1/3, tem-se o capacitor para pior condição. Ie-Is

9 Atividade O conversor Boost apresentado na figura abaixo, opera em condução contínua com frequência de chaveamento de 1 khz. A ondulação da tensão de saída é de 1% da tensão média aplicada à carga. Imaginando que o conversor esteja em um ponto de operação com razão cíclica de,75, determine: a) O valor da tensão média na carga (V ); b) A ondulação da corrente no indutor L (ΔI L ); c) A corrente média no diodo (I med ); d) A potência consumida pela carga (P ); e) A corrente média na fonte (I med ); f) A corrente máxima e mínima no Mosfet (I Smax e I Smin ); g) O valor do capacitor C; h) Simular o circuito e comparar com os valores calculas. = 1V; L = 1, mh; R = 2Ω.

10 Atividade O conversor Boost apresentado na figura abaixo, opera em condução contínua com frequência de chaveamento de 1 khz. A ondulação da tensão de saída é de 1% da tensão média aplicada à carga. Imaginando que o conversor esteja em um ponto de operação com razão cíclica de,75, determine: a) O valor da tensão média na carga (V ); V 1 1 V 1 1 V 1 1 1,75 = 1V; L = 1, mh; R = 2Ω.

11 Atividade O conversor Boost apresentado na figura abaixo, opera em condução contínua com frequência de chaveamento de 1 khz. A ondulação da tensão de saída é de 1% da tensão média aplicada à carga. Imaginando que o conversor esteja em um ponto de operação com razão cíclica de,75, determine: b) A ondulação da corrente no indutor L (ΔI L ); I L e L f c, ,75A = 1V; L = 1, mh; R = 2Ω.

12 Atividade O conversor Boost apresentado na figura abaixo, opera em condução contínua com frequência de chaveamento de 1 khz. A ondulação da tensão de saída é de 1% da tensão média aplicada à carga. Imaginando que o conversor esteja em um ponto de operação com razão cíclica de,75, determine: c) A corrente média no diodo (I med ); I med I V R 4 2 2A = 1V; L = 1, mh; R = 2Ω.

13 Atividade O conversor Boost apresentado na figura abaixo, opera em condução contínua com frequência de chaveamento de 1 khz. A ondulação da tensão de saída é de 1% da tensão média aplicada à carga. Imaginando que o conversor esteja em um ponto de operação com razão cíclica de,75, determine: d) A potência consumida pela carga (P ); P 2 V R W = 1V; L = 1, mh; R = 2Ω.

14 Atividade O conversor Boost apresentado na figura abaixo, opera em condução contínua com frequência de chaveamento de 1 khz. A ondulação da tensão de saída é de 1% da tensão média aplicada à carga. Imaginando que o conversor esteja em um ponto de operação com razão cíclica de,75, determine: e) A corrente média na fonte (I med ); I e I 1 1 I 2 8A 1 1,75 I e = 1V; L = 1, mh; R = 2Ω.

15 Atividade O conversor Boost apresentado na figura abaixo, opera em condução contínua com frequência de chaveamento de 1 khz. A ondulação da tensão de saída é de 1% da tensão média aplicada à carga. Imaginando que o conversor esteja em um ponto de operação com razão cíclica de,75, determine: f) A corrente máxima e mínima no Mosfet (I Smax e I Smin ); I M I _ med I 2, ,375A I M I _ med I 2, ,625A = 1V; L = 1, mh; R = 2Ω.

16 Atividade O conversor Boost apresentado na figura abaixo, opera em condução contínua com frequência de chaveamento de 1 khz. A ondulação da tensão de saída é de 1% da tensão média aplicada à carga. Imaginando que o conversor esteja em um ponto de operação com razão cíclica de,75, determine: g) O valor do capacitor C; C f I V c V V 11 2, ,75F = 1V; L = 1, mh; R = 2Ω.

17 Conversores Buck-Boost Acumulação Indutiva Ch Característica de fonte de tensão La Cs Rc Característica de fonte de tensão

18 Conversores Buck-Boost Modo de operação: 1º) Com o interruptor fechado 2º) Com o interruptor aberto 18

19 Ganho stático - Conversores Buck-Boost m regime permanente, o valor médio da tensão no indutor é nulo: T V 1 T Manipulando a equação obtemos: V 1 G 1 G ,2,4,6,8 1,5 Intervalo T (1 - ) T Tensão aplicada V 19

20 Atividade O conversor Buck-Boost apresentado na figura abaixo, opera em condução contínua com frequência de chaveamento de 1 khz. A ondulação da tensão de saída é de 1% da tensão média aplicada à carga. Imaginando que o conversor esteja em um ponto de operação com razão cíclica de,5, determine: a) O valor da tensão média na carga (V ); b) A ondulação da corrente no indutor L (ΔI L ); c) A corrente média no diodo (I med ); d) A potência consumida pela carga (P ); e) A corrente média na fonte (I med ); f) A corrente máxima e mínima no Mosfet (I Smax e I Smin ); g) O valor do capacitor C; h) Simular o circuito e comparar com os valores calculas. = 1V; L = 1, mh; R = 2Ω.

21 Conversores Cúk Acumulação Capacitiva Característica de fonte de corrente L e + Ch Ca Ls Cs Rc Característica de fonte de corrente 1. Quais são as características das fontes? 2. Qual é a tensão média no capacitor C a (assumindo-se que o capacitor de saída seja uma fonte V )? VC a V

22 Conversores Cúk Modo de operação: 1º) Com o interruptor fechado 2º) Com o interruptor aberto 22

23 Conversores Cúk Acumulação Capacitiva O conversor Cúk pode ser analisando dividindo em dois inversores independentes. Conversor Boost Conversor Buck

24 Ganho stático - Conversores Cúk Regime de funcionamento de L : como em um elevador de tensão (Boost). V C 1 Já para L, o funcionamento é semelhante ao de um abaixador de tensão (Buck): V C V s V V C Ganho estático do conversor Cúk. V V C 1 1

25 Atividade Seja a estrutura do conversor Cúk apresentado na figura abaixo, onde = 48V; f = 2kHz; =,4; R = 1Ω e C = 1μF. Os indutores são considerados muito grandes, de modo a se poder admitir I L e I constates em regime permanente. eterminar os valores das seguintes grandezas: a) Tensão média na carga (V ); b) Corrente média no indutor de saída I ; c) Potência na carga (P ); d) Corrente média no indutor de entrada I Lmed ; e) Ondulação da tensão no capacitor C (ΔV C ); f) Tensão máxima no capacitor C (V Cmax ); g) Tensão máxima no transistor S e no diodo (V Tmax e V max ); h) Simular o circuito e comparar com os valores calculas.

26 Conversores SPIC Característica de fonte de corrente L e Ch + Ca La Cs Rc Característica de fonte de tensão 1. Tipos de fontes? 2. V ca =? V ca =

27 Conversores SPIC Modo de operação: 1º) Com o interruptor fechado L e + Ca Ch La Cs Rc 2º) Com o interruptor aberto L e + Ca Ch La Cs Rc

28 Ganho stático Conversores SPIC No intervalo.t ocorre o armazenamento de energia nos indutores L e L a, e no intervalo (1-).T essa energia é transferida à carga. esse modo, admitindo que durante o período T não ocorram perdas no conversor, pelo balanço de energia em regime permanente, tem-se: I I T V I I T 1 med a med med a med Manipulando a equação obtemos: G V 1 L e + Ca Ch La Cs Rc 28

29 Conversores ZTA Característica de fonte de tensão Ch La Ca + Ls Característica de fonte de corrente Cs Rc

30 Conversores ZTA Modo de operação: 1º) Com o interruptor fechado Ch Ca + Ls La Cs Rc 2º) Com o interruptor aberto Ch Ca + Ls La Cs Rc

31 Ganho stático Conversores ZTA Analisando-se o funcionamento de L s, observa-se que: ( 1 ) V S Ou seja, novamente aqui temos: G 1 Ch Ca + Ls La Cs Rc