epartamento de ngenharia létrica Aula 1.2 Conversor CC-CC Prof. João Américo Vilela
Bibliografia BARBI, Ivo. & MARTINS enizar Cruz. Conversores CC-CC Básicos Não-Isolados. 1ª edição, UFSC, 21. MOHAN Ned; UNLAN Tore M.; ROBBINS William P. Power lectronics Converters, Applications and esign. 2 ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1995. BARBI, Ivo. & MARTINS enizar Cruz. Introdução ao studo dos Conversores CC-CA. 1ª edição, UFSC. MUHAMMA, Rashid. letrônica de Potência. ditora: Makron Books, 1999.
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 3
Modo de operação: 1º) Com o interruptor fechado Conversores Boost 2º) Com o interruptor aberto 4
Forma de onda em detalhe Conversores Boost i Le Ie i Cs Ie-Is T Is (1-) T 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 1 1 1 1 G 6 5 4 3 2 1,2,4,6,8 1 T Is (1-) T Intervalo T (1 - ) T Tensão aplicada - (V ) 6
Indutor de entrada - Conversores Boost 7 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.
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
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
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.
Conversores Buck-Boost Acumulação Indutiva Ch Característica de fonte de tensão La Cs Rc Característica de fonte de tensão
Conversores Buck-Boost Modo de operação: 1º) Com o interruptor fechado 2º) Com o interruptor aberto 12
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 4 3 2 1,2,4,6,8 1,5 Intervalo T (1 - ) T Tensão aplicada V 13
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.
Conversores Cúk Modo de operação: 1º) Com o interruptor fechado 2º) Com o interruptor aberto 15
Conversores Cúk Acumulação Capacitiva O conversor Cúk pode ser analisando dividindo em dois inversores independentes. Conversor Boost Conversor Buck
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
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.
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 =
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
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 21
Conversores ZTA Característica de fonte de tensão Ch La Ca + Ls Característica de fonte de corrente Cs Rc
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
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