Frequência: [1MHz] Pot<50W η<95%

Transcrição

1 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE CNERRE RENANE n: i v D ideal C C i C R + - v () Fone Quase Ressonane Z Zero olage wiching Circuio de poência Circuio de poência Circuio de de conrolo CC-CA hf -CC Frequência: [MHz] Po<50W η<95% -DEEC 003

2 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE opologias: CNERRE RENANE Conversores Com Carga Ressonane Conversores Quasi Ressonanes Conversores Muli Ressonanes Conversores PWM Ressonanes Conversores com ransição Ressonane Princípio de operação: nserção de de uma uma bobine e de de um um condensador scilação das das grandezas elécricas Comuação do do disposiivo nos nos ponos de de anulameno da da ensão ou ou da da correne -DEEC 003

3 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Comuação nos ponos de de anulameno da da ensão Z Zero olage wiching Condensador em paralelo com o disposiivo o disposiivo passa à condução a ensão nula Comuação nos ponos de de anulameno da da correne ZC Zero Curren wiching Bobine em série com o disposiivo o disposiivo passa ao core a correne nula -DEEC 003

4 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Comparação enre comuação forçada e comuação resonane CMUAÇÃ FRÇADA EM NUBER CMUAÇÃ RENANE d FF-N N- FF FF-N N- FF d CMUAÇÃ FRÇADA CM NUBER -DEEC 003

5 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE CMUAÇÃ FRÇADA frequência rendimeno P CM = K...f CMUAÇÃ RENANE CMUAÇÃ RENANE ZC Z P 0 CM P 0 CM -DEEC 003

6 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Conversores Ressonanes nversores ressonanes CC-CA Conversores com andar ressonane CC-CA CC-CC CA-CA Conversores com carga ressonane CRérie CRParalelo CRérie-Paralelo peração a muio ala frequência (MHz) baixa poência (50W) Conversores quasi ressonanes Definição de inerrupores quasi ressonanes com ZC ou Z odas as opologias operam com Z ou ZC uilizando os componenes parasias do circuio CC-CC Conversores PWM com comuação ressonane Definição de inerrupores de PWM com comuação ressonane ZC ou Z CC-CC peração a ala frequência (<500kHz) poência (<kw) Z (PWM) ZC (PWM) Z (MF) pone complea ZC (MF) pone complea -DEEC 003

7 EECRÓNCA DE PÊNCA ANAGEN: CNERRE RENANE peração a ala frequência Perdas de comuação são reduzidas (devido à exisência de Z ou de ZC). Comuação suave com geração de EM reduzida, conrariamene ao que aconece nas opologias comuadas (devido aos valores elevados de di/d e de dv/d). Redução de dimensões (volume e peso). Grande densidade de poência -DEEC 003

8 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE NCNENENE: Difícil previsão das grandezas elécricas Conrolo mais complexo Perdas de condução não desprezáveis -DEEC 003

9 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Conversores Quasi - Ressonanes Ala inegração de poência Ala frequência de operação Capacidades parasias dos ransisores M de poência (C ) nduâncias parasias dos ransformadores de poência ( ) opologias Quasi-Ressonanes emelhanes às àsopologias de de PWM com o mesmo princípio de de ransferência de de energia onde se se inclui um inerrupor ressonane (inerrupor que queengloba englobauma umabobina ( ( ) e um (C ) ) e um condensador (C ) adicionais) -DEEC 003

10 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE nerrupores ressonanes Z Meia onda Z C C nda complea ZC Meia onda ZC C C nda complea -DEEC 003

11 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Família de conversores quasi-ressonanes com comuação no Zero da Correne Reduor Ampliador Reduor-ampliador -DEEC 003

12 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Família de conversores quasi-ressonanes com comuação no Zero da ensão Reduor Ampliador Reduor-ampliador -DEEC 003

13 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Conversor quasi-ressonane reduor com Comuação no Zero da Correne ZC F s s i i s s v s C D C F v s C D Esquema elécrico Circuio equivalene -DEEC 003

14 EECRÓNCA DE PÊNCA Análise de regime permanene CNERRE RENANE NDA CMPEA Fase Carga da bobina 0 << N e D N i () s s i v s D 0 d i ()= vc ()= 0 i ( 0 ) = 0 e i ( ) = v C () G () = = d 0 -DEEC 003

15 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Fase Ressonane << N e D FF ZC s s i ( ) = o + sinω0 i Z v s C v C v () = ( sin ω ) C 0 i () Z i ( ) = 0 d d i ( ) = 0 d = = α Z ω = α arcsin v ( ) = = ( cos α) C CB v C () G () α ω Condição de comuação > Z Z = ω C 0 = C -DEEC 003

16 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Fase Descarga do condensador << 3 FF e D FF v s C i i () v ( ) = C vc ( ) = 3 0 CB C C CB C d 3 = 3 = = i ()= 0 ( cosα ) Fase Roda ivre 3 << 4 v C () G 0 () d d d 3 3 d 4 i FF e D N v s D = d4 d d d3 -DEEC 003

17 -DEEC 003 CNERRE RENANE EECRÓNCA DE PÊNCA A curva caracerisica on (fs/fo) é obida considerando o balanço energéico na enrada e na carga W W = A energia debiada pela fone é igual à energia recebida pela carga A energia debiada pela fone é igual à energia recebida pela carga + = 0 ) ( ) ( d i d i W d Z d W ) sin ( = ω ( ) ( ) [ ] + + = cos 0 0 Z W ω ω ( ) ( ) + + = 3 W d W = = 0 ( ) ( ) + + = 3 ( ) [ ] + + = 0 0 cos sin C Z ω ω Cálculo da energia debiada pela fone: Cálculo da energia debiada pela fone: Cálculo da energia absorvida pela carga: Cálculo da energia absorvida pela carga: () () gualando () e ():

18 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Ganho de ensão em função da frequência de operação = + ω 0 sin Z + C [ cosω ( )] 0 ZC M = R Q = Z = R f = N f f M f N M Q = + α + [ cosα ] π Q M Curvas Caracerísicas on / (f s /f o ) Quano maior é a correne de carga mais difícil é ober ZC -DEEC 003

19 EECRÓNCA DE PÊNCA ANÁE N PAN DE EAD: ZC CNERRE RENANE Esado i ()= v CN () vc () = = 0 rajecória no plano de esados i N (onda complea) Esado i ( ) = o + sinω0 Z ω 0 v () = ( sin ) C i Z Z + ( v ) = CN () (4) (3) () (, N ) v CN Esado 3 vc()= CB C Esado 4 in ()= 0 vcn ()= 0 i N i( ) ( ) = = Z 0 i N () (4) (meia onda) () (, N ) (3) v CN -DEEC 003

20 EECRÓNCA DE PÊNCA (operação em meia onda) i N () () (, N ) (4) CNERRE RENANE Quando ω ende para ω d4 ende para zero: froneira enre o Modo e o Modo (3) v CN MD condensador descarrega aé zero e a correne anula-se MD () () MD i N i N i N i N () MD () N () (, N ) R > R = N (, N ) R = N (, N ) R < N (, N ) R < R = (4) (3) condensador não chega a descarregar oalmene, ω (3) v v CN v CN v CN CN Froneira enre o MD e o MD A ensão anula-se ponualmene Perde-se ZC -DEEC 003

21 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE i N MD () i N () i N MD () i N MD () N () (, N ) R > R = N (, N ) R = N (, N ) R < N (, N ) R < R = (4) (3) condensador não chega a descarregar oalmene (3) v CN Froneira enre o MD e o MD ZC ponualmene A ensão anula-se ponualmene, perde-se ZC N N CN MD D sempre no core ( i ) ( v ) Froneira enre o MD e o MD MD v CN v CN + > ( i ) ( v ) N N CN + = v CN Perde-se ZC condensador não descarrega aé zero Froneira enre o MD e o MD N = a rajecória é angene aos dois eixos MDE N > > ZC perde-se Zn -DEEC 003

22 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE ariação da correne de saída com a frequência (operação em meia onda) N MD MD MD f s /f 0 -DEEC 003

23 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE (operação em onda complea) i N N () () (, N ) R = i N N () () (, N ) R = R > i N N () R = (, N ) R < i N N () (, N ) R = R < (4) (3) v CN (3) v CN v CN v CN MD MD MD MD condensador descarrega aé zero e a correne anula-se e ornase negaiva condensador não chega a descarregar oalmene, ω A ensão anula-se ponualmene Perde-se ZC -DEEC 003

24 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Curva Caracerisica on (f s /f o ) (ganho de ensão em função da frequência de operação) ariação da correne de saída com a frequência (operação em onda complea) MD N N =0 N = N MD MD 0.40 N f s /f f s /f 0 -DEEC 003

25 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE -DEEC 003

26 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE -DEEC 003

27 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Conversor quasi-ressonane reduor com Comuação no Zero da ensão Z s F s C D i i s s v s C F v s C D Esquema elécrico Circuio equivalene -DEEC 003

28 EECRÓNCA DE PÊNCA Análise de regime permanene Fase Carga do condensador 0 << s CNERRE RENANE MEA NDA FF e D FF v s s v s i i i () 0 d vc ( ) = C i ( ) = v C () v C ( 0 ) = 0 v ( ) = C i = e ( 0 ) i ( ) = G () = d = 0 C -DEEC 003

29 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Fase Ressonane << D s FF, D FF D N Z s v s s v C D i s v s v C s D i i () i = cosω ( ) v ( ) = + Z sinω ( ) ( ) o 0 C 0 0 v ( ) = ( ) = 0 C v C d d v C () Z d = = α ω i ( ) = cosα G () α ω Condição de comuação < Z n Z = ω C 0 = C -DEEC 003

30 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Fase Carga da bobina << 3 D s s s v i C v s D N ou D N D N i () d d d 3 s v s s D i v C () v C ( ) = 0 G () α ω i ( ) = + ( ) cosα -DEEC 003

31 EECRÓNCA DE PÊNCA Fase ransferência de energia 3 << 4 CNERRE RENANE Z N e D FF i () s v s s i 0 d d d v C = 0 v C () d 4 i = G () α ω -DEEC 003

32 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE A curva caracerisica on (fs/fo) é obida considerando o balanço energéico na enrada e na carga W W = W Cálculo da energia debiada pela fone: Cálculo da energia debiada pela fone: 3 4 () d + i () d + i () d i () d = i A energia energia debiada debiada pela pela fone fone é igual à energia recebida pela é igual à energia recebida pela carga carga W = + C sinω0 3 sin 3 3 ( ) + ( ) + α( ) + ( ) W Q M α M M = cosα cos α Mω0 R ω0 R R () Cálculo da energia absorvida pela carga: Cálculo da energia absorvida pela carga: W = d = 0 () gualando () e (): -DEEC 003

33 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Ganho de ensão em função da frequência de operação Z M = R Q = Z = R f = N f f M f N M Q = + α + [ cosα ] π Q M Curvas Caracerísicas on / (f s /f o ) Quano menor é a correne de carga mais difícil é ober Z -DEEC 003

34 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE ZC Comuação no zero da correne Para garanir ZC a carga se /Z > elevada em que se verificar a condição /Z > logo Z erá que diminuir. e e Z diminui, aumena o pico de de correne no no disposiivo ii Qpico Qpico = /Z /Z + + Z Comuação no zero da ensão Para garanir Z a se carga baixa em que se verificar a condição Z > logo Z erá que aumenar e e Z aumena, aumena o pico de de ensão no no disposiivo v Dpico Dpico = Z + -DEEC 003

35 EECRÓNCA DE PÊNCA CNERRE RENANE Conrolo ensão no disposiivo Correne no disposiivo Gama de variação da carga M aumena quando M aumena quando nda complea Meia onda CNCUÕE ZC empo de condução consane Aprox. recangular Quase-sinusoidal Rmin a azio A frequência aumena R aumena Diodo em ani-paralelo com Diodo em série com Z empo de core consane Quase-sinusoidal Aprox. recangular 0 a Rmax A frequência diminui R diminui Diodo em série com Diodo em ani-paralelo com -DEEC 003