ELETRÔNICA DE POTÊNCIA II

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1 EETRÔNIA DE POTÊNIA II AUA 2 ONEROR BUK (sep-down) Prof. Marcio Kimpara UFM - Universidade Federal de Mao Grosso do ul FAENG Faculdade de Engenharias, Arquieura e Urbanismo e Geografia

2 Aula Anerior... Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 2 onversores - são ambém chamados de choppers; ão aplicados para fornecer às cargas uma ensão regulável a parir de um valor fixo da ensão de enrada; onversão por meio de chaveameno é mais eficiene + I D D Buck onverer I ou + ou Objeivo: P = P ou, o que significa.i = ou.i ou ou I I ou Equivalene do ransformador

3 onversor Abaixador I I ou + D D onverer + ou Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 3

4 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 4 Defições imporanes: Ton ervalo de condução do errupor conrolado (chave); Toff ervalo de bloqueio do errupor conrolado; Ts período de comuação (verso da frequência de chaveameno); D razão cíclica, defida como sendo a relação enre on e Ts; T T T off 1 f on DT. off 1 D. off T Duy icle ou Razão íclica D T on 0 D 1 D. T on

5 onversor Buck O conversor D-D abaixador (sep-down) é ambém conhecido como conversor buck have cc al gae D R OAD onsiderando: As ensões de enrada cc e de saída são consanes (desprezando as ondulações). Porano, as ensão de enrada e saída são valores médios. onsiderando que a carga seja consane, a correne de saída é consane e igual a seu valor médio. Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 5

6 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 6 onversor Buck Modos de condução Modo conuo - M i i Froneira enre modos (modo críico) - Mr i i Modo desconínuo - MD i i

7 Análise do onversor Buck M (regime permanene) Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 7 I() have Fechada I() 1 Io s Ic 1 ETAPA: = 0 1 D D R OAD o Em = 0: = ON e D= OFF TENÕE: have conduzdo (curo-circuio): 0 ORRENTE: Elemenos série: i i i ei de Kirchhoff malha 1: D 0 D Diodo bloqueado: i D 0 ei de Kirchhoff malha exerna: 0 o o ei de Kirchhoff nó 1: i i i O

8 Análise do onversor Buck M (regime permanene) I = 0 have Abera I() Io D D R ID() Ic() OAD o 2 ETAPA: = 1 2 Em = 1: = OFF e D= ON TENÕE: Diodo conduzdo (curo-circuio): ORRENTE: have abera: D 0 i i 0 ei de Kirchhoff malha 1: 0 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG o o D ei de Kirchhoff malha exerna: 0 Elemenos série: id i ei de Kirchhoff nó 1: i i i O 8

9 Prcipais formas de onda I () () I I o I 2 I o I () I I o () I () I D () I D () I on off Ts on off Ts 9

10 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 10 apacior e Induor com operação periódica em regime permanene + v i i I ou + i ou 1) Examando a correne elérica passando pelo capacior operando de forma periódica em regime permanene. dv( ) 1 o i( ) de onde, resula v ( ) v( o) i( ) d d omo o capacior opera de forma periódica em regime permanene, enão a ensão no empo o é a mesma ensão para um período T após, enão: v( o T) v( o), Assim, emos que: ou ot o o T i o o 1 v ( o T ) v( o) 0 ( ) d i( ) d 0 A correne média aravés de um capacior operando em regime permanene de forma periódica é ZERO

11 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 11 apacior e Induor com operação periódica em regime permanene + v i i I ou + i ou 2) Examando a ensão sobre o duor operando de forma periódica em regime permanene. di( ) 1 o v( ) de onde, resula i ( ) i( o) v( ) d d omo o duor opera de forma periódica em regime permanene, enão a correne no empo o é a mesma correne para um período T após, enão: i( o T) i( o), Assim, emos que: ou ot o v( ) d o o T v o 1 i ( o T ) i( o) 0 ( ) d 0 A ensão média sobre um duor operando em regime permanene de forma periódica é ZERO

12 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 12 Resumdo alores médios duor e capacior: + 0 i I ou I ou + 0 A ou I _ méd _ méd 0 0

13 Análise da TENÃO no duor álculo da ensão de saída A obenção da relação enrada/saída pode ser feia a parir do comporameno do elemeno que ransfere energia da enrada para a saída (duor). alor médio 1 _ méd v ( ). d T Ts 0 -o Tensão sobre o duor T on Ts 1 _ méd o o. T 0 on _ méd. d d 1 o. T Ts on o on -o on o off _ méd T on on. 0 ou T T ou. D 1 D. 0 ou ou D. D. D. ou ou ou D. ou D 13

14 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 14 A relação obida é conhecida como ganho esáico do conversor. A mesma expressão pode ser obida aravés da abordagem vols.segundos Balanço dos produos: OT.EGUNDO = 0. d. T. 1 d o ou d. ou. T 0

15 Examando a ORRENTE no duor álculo da duância have fechada v ou, v di d di d ou ariação da correne durane o empo de condução da chave have abera v ou, v di d di d ou ariação da correne durane o empo de bloqueio da chave Pela geomeria: I méd = I o é a méade I max i ou A/ sec enre I max e I m I méd = I o I m ou A/ sec ΔI Periódica DT (1 D)T T 15

16 Dimensionameno do duor i I max I m ou A/ sec ΔI DT T I I o. o. o. D I. f on o. D. T I f o Parâmero de projeo Parâmero de projeo Parâmero de projeo Parâmero de projeo 16

17 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 17 Efeio de elevar e abaixar I ou enquano, ou, f, e são manidos consanes i Aumena I ou ΔI ΔI Dimui I ou ΔI ΔI não se alera; Abaixando I ou ende a levar o circuio para o modo disconínuo

18 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 18 Efeio de elevar e abaixar f enquano, ou, I ou, e são manidos consanes i Dimui f Aumena f ubida de i não se alera; Abaixando-se f eleva-se ΔI e ende a levar o circuio para modo desconínuo.

19 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 19 Efeio de elevar e abaixar enquano, ou, I ou e f são manidos consanes i Dimui Aumena Abaixando eleva-se ΔI e o circuio ende para o modo desconínuo.

20 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 20 Induância críica alor de para que o conversor opere no modo de condução críica I no modo de condução críica (Mr) i I max I o ΔI/2 ΔI/2 ΔI Nesa condição, observa-se: I cr 2. I o o 2. I. f o. D DT T Para que o conversor opere no M, é necessário que: cr

21 Análise da ORRENTE no capacior álculo da capaciância Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 21 I I() Io Io I ( ). d d I Ic() OAD A parcela da correne que circula pelo capacior é apenas a ondulação I o Enquano o valor sanâneo da correne pelo duor for maior do que a correne da carga, a diferença carrega o capacior. Quando a correne for menor, o capacior se descarrega, suprdo a diferença a fim de maner consane a correne da carga.

22 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 22 Dimensionameno do apacior I ( ). I ( ) d d. A equação ao lado pode ser simplificada endo em visa que a ensão () possui uma variação conhecida em um ervalo de empo ambém conhecido. omo I I (slide anerior) I. on Parâmero de projeo I. on I. D. T I. D. f

23 al de conrole Disparo (ondução) Desligameno G (15) 0 Aplica-se uma ensão enre gae e source (valor ípico: 15) Reira-se a ensão enre gae e source. Tensão Gae 15 Tensão Gae Tensão Gae 15 on 0 off on off 23

24 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 24 al de conrole al pulsado aplicado à chave: variável de conrole ariando o empo de condução (on) a ensão na carga é variada Técnica PWM (Pulse Widh Modulaion) Modulação por largura de pulso Pode ser implemenada por circuios discreos ou egrados; R onrolando o nível de, a largura do pulso pode ser ajusada. GERADOR DE RAMPA - + OMPARADOR R R saída 1 saída 0 on Ts Noe que, nese caso, a largura do pulso represena D (duy cicle)

25 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 25 al de conrole ircuio Inegrado

26 al de conrole Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG! 26 Necessia isolação Transformador de pulso Opoacopladores Fone auxiliar TERRA POTÊNIA = TERRA ONTROE URTO- IRUITO FONTE DE ENTRADA have cc IRUITO DE ONTROE D R OAD (TERRA DIFERENTE)

27 al de conrole Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 27 EXEMPO: D have cc G G D R OAD TERRA POTÊNIA Fone auxiliar INA PWM Opoacoplador Ese circuio será melhor rabalhado nas aulas de laboraório TERRA ONTROE

28 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 28 PROJETO DO ONEROR 1) Especificar : Tensão de enrada Tensão de saída Poência de saída Freqüência de haveameno Ondulação (ripple) de correne ( I) Quano maior, menor os elemenos duor e capacior imiada pela capacidade da chave, diodo e circuio de conrole Ondulação (ripple) na ensão de saída ( o)

29 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 29 I _ máx I _ méd I _ mín I 2 I O valor médio da correne no duor é igual ao valor médio da correne de saída _ máx _ méd _ mín 2 O valor médio da ensão sobre o capacior é igual ao valor médio da ensão de saída on off

30 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 30 EXEMPO Faça o projeo de um conversor Buck considerando: Tensão de enrada de 12 ; Tensão de saída de 5 ; arga resisiva de 50 W; Ondulação de correne de 10%; Ondulação de ensão de 1%; Frequência de comuação de 50 khz.

31 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 31 EXEMPO: 1) alcular D (duy cicle) e Io (correne de saída) D D saída enrada P I o o. I o P o o A 2) alcular (duância) e (apaciância) o I. f. D ,416 0, ,6H I. D. f 0,1 10.0,416 0, ,6F 3) elecionar os semiconduores adequadamene (caracerísicas operacionais Tensão reversa orrene direa ec

32 have REA - daashee Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 32

33 have REA - daashee Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 33 Parâmeros para especificação da chave: Máxima ensão reversa (bloqueio) alor máximo da ensão aplicada ao gae Máxima correne direa (condução)

34 have REA - daashee Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 34 Parâmeros imporanes na defição da frequência de chaveameno NOTA: Todos os parâmeros combados defem o preço da chave!

35 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 35 Diodo REA - daashee Parâmeros imporanes na escolha do diodo

36 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 36 onversor Buck no Psim Tensão de saída:

37 Prof. Marcio Kimpara UFM/FAENG 37 OBRIGADO PEA ATENÇÃO DIA: Faça o rabalho de simulação 1 para melhor enendimeno do conversor imulador Onle: hp:// hp:// /dee/docenes/flavio/lepjava/dex.php?id1=1&id2=0