Conversores CC-CC Não-Isolados (Estágio de Potência)

Transcrição

1 Institut Federal de Educaçã, Ciência e Tecnlgia de Santa Catarina epartament Acadêmic de Eletrônica Eletrônica de Ptência Cnversres CC-CC Nã-Islads (Estági de Ptência) Flrianóplis, abril de Prf. Clóvis Antôni Petry.

2 Bibligrafia para esta aula Capítul 9: Chppers C 1. Intrduçã as cnversres CC-CC.

3 Nesta aula Cnversres CC-CC: 1. Intrduçã; 2. Princípi geral; 3. Cnversr Buck; 4. Exercícis; 5. Cnversr Bst; 6. Cnversr Buck-Bst; 7. Outrs cnversres básics.

4 Intrduçã Exempl: Cm realizar esta cnversã?

5 Intrduçã Exempl: Cm realizar esta cnversã? Usand resistres.

6 Intrduçã Exempl: Cm realizar esta cnversã? Usand reguladres lineares.

7 Princípi geral S I i + i R i - T s Ts T s 1 F = n s = T T s

8 Princípi geral S I i + i R i - T s Ts Tensã média na saída: 1 = = T T [ ] med i s s T n = T s = i = i

9 Princípi geral S I i + i R i - T s Ts Ganh estátic: 1 = i 0,75 = i /i 0,5 0, ,25 0,5 0,75 1

10 Princípi geral S I i + I i i R I - T s Ts Crrente média na entrada: 1 I = I = I T T [ ] med i s s T n = T s I i = I = I I i

11 Princípi geral S I i + i R i - T s Ts Ptência na entrada e na saída: P = I i i i P i = P i Ii = I P = I i = I I i P i = P η

12 Princípi geral S I i + i R i - T s Ts Cm variar a tensã de saída? Alterand temp de cnduçã e blquei (PWM); Alterand a freqüência de cmutaçã (PFM). PWM: Mdulaçã pr largura de pulss; Pulse With Mdulatin. PFM: Mdulaçã pr freqüência variável; Pulse Frequency Mdulatin.

13 Princípi geral i i T s Ts T s Ts i i T s Ts T s Ts PWM PFM

14 Tarefas Exercíci 1) Cnsiderand circuit abaix, cm tensã de entrada de 12, ptência de saída de 5 W e tensã de saída de 5, determine: Razã cíclica de peraçã; Tensã máxima na saída; Crrente média na carga; Crrente média n interruptr; Crrente máxima n interruptr; Tensã máxima sbre interruptr; Ptência na fnte. I i S + i R -

15 Cnversr Buck S a L + i C R b -

16 Cnversr Buck Primeira etapa de funcinament: Interruptr cnduzind; id blquead; Energia send armazenada n indutr. S a L + i C R b 0 t< Ts -

17 Cnversr Buck Segunda etapa de funcinament: Interruptr blquead; id cnduzind; Energia armazenada n indutr send transferida para saída. S a L + i C R b T t< T s s -

18 Cnversr Buck S a L + i C R - b 1 = = T T [ ] med ab i s s ab i ab = i T s Ts

19 Cnversr Buck Tensã média sbre indutr: L i S a b L C R + 1 = T T T T + (( ) ) ( ) - ( ) L i s s s s ( ) ( 1 ) L = i [ ] = + L i i T s Ts L = 0

20 Cnversr Buck S a L + i C R - b T 1 n ab = ( i s ) = i Ts Ts T i ab = i T s Ts = ab = i = i

21 Cnversr Buck Ganh estátic em funçã da razã cíclica: 1 0,75 /i 0,5 0, ,25 0,5 0,75 1

22 Cnversr Buck Principais frmas de nda (circuit simulad):

23 Cnversr Buck Principais frmas de nda (transitóri de partida):

24 Cnversr Buck Principais frmas de nda (regime permanente):

25 Tarefas Exercíci 1) Cnsiderand circuit abaix determine: Tensã média na saída; Crrente média na carga; Crrente média n indutr; Crrente média n interruptr; Crrente média n did; Tensã máxima sbre interruptr; Tensã máxima sbre did; Ptência média na entrada e na saída.

26 Cnversr Buck Ondulaçã de crrente em L : S a L + i C R L Δ I = L ; L b L ΔI ΔT L L ΔT - Δ I = L ( ) ( ) T i s Δ = = L ( 1 ) i i i IL L Fs L Fs

27 Cnversr Buck Ondulaçã de crrente em L : Δ I = ( 1 ) L ΔI( )

28 Cnversr Buck Ondulaçã de crrente em L : Δ I = i L _max 1 L Fs Δ i I = L _max 0,5 1 0,5 L F s ( ) ( ) i Δ IL _max = 4 L F s

29 Cnversr Buck Ondulaçã de tensã em C : S a L + i C R - b

30 Cnversr Buck Ondulaçã de tensã em C : i C i CF t Δ i =Δi C L v C 0 T d s 2 T s 2 T s t Δv C Δ = i C _max 2 31 L C Fs C = i 2 C_max s 31 L Δ F

31 Cnversr Buck Filtr de saída (freqüência de ressnância): S a L + i C R - b F = 2π 1 L F F s C 10

32 Cnversr Buck Filtr de saída (resistência série equivalente d capacitr): i S a b L C R C - + R - C I RSE Δ RSE =ΔIC _max RSE

33 Cnversr Buck Filtr de saída (resistência série equivalente d capacitr): Exempl: C = 1, 25 µ F Calculad em funçã da ndulaçã de tensã C = 47 µ F Esclhid devid a RSE=2,47 Ω

34 Cnversr Buck Cnduçã cntínua (MCC) e descntínua (CM): MCC 1 a etapa 2 a etapa

35 Cnversr Buck Cnduçã cntínua (MCC) e descntínua (CM): CM 1 a etapa 2 a etapa 3 a etapa

36 Cnversr Buck Cnduçã cntínua (MCC) para descntínua (CM): iminuiçã da carga; Indutr d filtr de saída muit baix; Alteraçã da freqüência de cmutaçã; Alteraçã da tensã de entrada.

37 Cnversr Buck Filtr de entrada (crrente na fnte sem filtr):

38 Cnversr Buck Filtr de entrada (crrente na fnte cm filtr):

39 Tarefas Exercíci 2) Cnsiderand circuit abaix determine: Ondulaçã de crrente n indutr; Crrente máxima n indutr; Crrente máxima n interruptr e n did; Ondulaçã de tensã n capacitr; Freqüência de ressnância d filtr de saída.

40 Tarefas Exercíci 4) Faça prjet de um cnversr Buck cnsiderand: Tensã de entrada de 12 ; Tensã de saída de 5 ; Carga resistiva de 50 W; Ondulaçã de crrente de 10%; Ondulaçã de tensã de 1%; Freqüência de cmutaçã de 50 khz. etermine: Indutância d filtr de saída; Capacitr d filtr de saída; Interruptr; id; issipadres, se necessári.

41 Cnversr Bst L i a + i S C R b -

42 Cnversr Bst Primeira etapa de funcinament: Interruptr cnduzind; id blquead; Energia send armazenada n indutr. L i a + i S C R b 0 t< Ts -

43 Cnversr Bst Segunda etapa de funcinament: Interruptr blquead; id cnduzind; Energia armazenada n indutr send transferida para saída. L i a + i S C R b - T t< T s s

44 Cnversr Bst L i a + i S C R b - 1 ab = Ts T T s ( ( )) ab ab ( 1 ) = T s Ts

45 Cnversr Bst L i a + i S C R b - 1 ab = Ts T T s ( ( )) ab ab ( 1 ) = T s Ts ab = i i i = = 1 1

46 Cnversr Bst Ganh estátic em funçã da razã cíclica: /i ,25 0,5 0,75 1

47 Cnversr Bst Elements passivs: Δ i I = Li Li F s I Li i = R 1 ( 1 ) 2 I Δ C = C F i s

48 Tarefas Exercíci 4) Faça prjet de um cnversr Bst cnsiderand: Tensã de entrada de 5 ; Tensã de saída de 12 ; Carga resistiva de 50 W; Ondulaçã de crrente de 10%; Ondulaçã de tensã de 1%; Freqüência de cmutaçã de 50 khz. etermine: Indutância d filtr de saída; Capacitr d filtr de saída; Interruptr; id; issipadres, se necessári.

49 Cnversr Buck-Bst S a - i L C R b +

50 Cnversr Buck-Bst Primeira etapa de funcinament: Interruptr cnduzind; id blquead; Energia send armazenada n indutr. S a - i L C R b + 0 t< Ts

51 Cnversr Buck-Bst Segunda etapa de funcinament: Interruptr blquead; id cnduzind; Energia armazenada n indutr send transferida para saída. S a - i L C R + b T t< T s s

52 Cnversr Buck-Bst S a - i L C R 1 = T T T T + ( ) ( ) ( ) ab i s s s s b L = ab i + ab ( 0) ( ) T T T = T i s s s s ( 1 ) = ab i T s Ts

53 Cnversr Buck-Bst S a - i L C R b L = ab + ( ) = 1 = 0 ab i i ( 1 ) = i T s Ts = i 1 = + 1 i

54 Cnversr Buck-Bst Ganh estátic em funçã da razã cíclica: 10 7,5 /i 5 2, ,25 0,5 0,75 1

55 Tarefas Exercíci 4) Faça prjet de um cnversr Buck-Bst cnsiderand: Tensã de entrada de 2 ; Tensã de saída de 5 ; Carga resistiva de 1 W; Ondulaçã de crrente de 10%; Ondulaçã de tensã de 1%; Freqüência de cmutaçã de 50 khz. etermine: Indutância d filtr de saída; Capacitr d filtr de saída; Interruptr; id; issipadres, se necessári.

56 Outrs cnversres básics - Cuk

57 Outrs cnversres básics - Sepic

58 Outrs cnversres básics - Zeta

59 Tabela cmparativa ds cnversres CC-CC Cnversr Ganh estátic Característica Buck Bst Buck-Bst Cuk Sepic Zeta = i 1 i i i i i = 1 = 1 = 1 = 1 = 1 Abaixadr Elevadr Abaixadr/Elevadr Abaixadr/Elevadr Abaixadr/Elevadr Abaixadr/Elevadr

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