Deparameno de ngenharia lérica Aula 1.1 onversor - Prof. João Américo Vilela
Bibliografia BARB, vo. & MARNS Denizar ruz. onversores - Básicos Não-solados. 1ª edição, UFS, 21. MOHAN Ned; UNDAND ore M.; ROBBNS William P. Power lecronics onverers, Applicaions and Design. 2 ed. New York: John Wiley & Sons, nc., 1995. BARB, vo. & MARNS Denizar ruz. nrodução ao sudo dos onversores -A. 1ª edição, UFS. MUHAMMAD, Rashid. lerônica de Poência. diora: Makron Books, 1999.
onversores - O conversor - é responsável por conrolar o fluxo de poência da fone 1 para a fone 2. - A carga represenada por 2 poderia ser um resisor, um moor, um banco de baerias ou ouro conversor esáico. 1 2 1 onversor - 2 Represenação simplificado de um conversor -. 1 pode ser maior ou menor que a ensão 2 dependendo da opologia de conversor uilizada.
onversores - onsiderando o conversor ideal, sem perdas, pode-se considerar a poência de enrada igual a de saída. 1 1 2 2 A relação enre a ensão de enrada e de saída do conversor é denominada de ganho esáico do conversor. G 1 2 2 1 1 onversor - 2 Represenação simplificado de um conversor -.
onversores - Vanagens do conversor chaveado sobre o regulador linear v, i R R c r h R c p() = v() i() No caso ideal: poência dissipada nula. Na práica: de 7% a 98%.
onversores - Relação enre ensão média na carga e razão cíclica. i i v Vs V () Vs S + V R v () Vs on off - V V 1 1 v d D 1 on V s DV s v Vs V v () () Vs on on off off D 1 V V s V on off
xercício A chave ideal S fecha e abre periodicamene, com frequência f, e com razão cíclica igual a D. a) Deerminar as expressões dos valores médio e eficaz da ensão de carga; b) Deermine o ganho esáico desse conversor; c) Deerminar a expressão da poência média ransferida ao resisor R; d) Demosre que a poência dissipada na chave é igual a zero. e) Se Vs = 1V; R = 2Ω e D =,5. alcule a ensão média, eficaz e poência no resisor. Vs i S i + V - R
onversores BUK Na figura abaixo a ensão aplicada na saída é Vg ou zero, semelhane a analise anerior. Assim, a ensão média v s é: v S med DV g
onversores BUK olocando um filro na saída, emos um sinal conínuo na carga devido ao capacior. Se o conversor esiver operando em regime permanene a ensão média no induor é zero e a ensão média na carga é igual a ensão v s média. v med v S med DV g
onversores BUK As duas posições da chave podem ser obidas com um inerrupor e um diodo conforme o circuido do conversor Buck apresenado abaixo.
Modo de Operação do onversores BUK Modo de operação: 1º) om o inerrupor fechado (ransferencia direa de energia para a saída). -V v D (1-D) -V 2º) om o inerrupor abero. i i méd D V (1 D V V D )
i D V 1 Projeo do nduor do onversores BUK A inegral da ensão no induor fornece o valor da correne v d Dessa forma a variação da correne no período D será: Onde: V = D. D 1 D D 1 D f c máx mín 12 i D (1-D) D 1 D f c méd
Projeo do nduor do onversores BUK Ondulação de correne no induor considerando a frequência a ensão de alimenação e o valor do induor consane. D 1 D f A ondulação máxima ocorre quando D (1-D) se maximiza, ou seja, com D =,5 máx 4 c f c,3 D (1-D),25,2,15,1,5,25,5,75 1 D 13 Observação: ouros esquemas de acionameno podem ser empregados, nos quais a frequência se orna variável. Por exemplo, pode-se maner fixo o empo de condução do inerrupor e variável o empo em que permanece abero.
Projeo do apacior do onversores BUK A ensão no capacior é a inegral da correne nesse componene. O capacior é o elemeno dual do induor: v 1 i d Um capacior em regime permanene não supora correne média. Porano: méd = s. Somene a ondulação da correne i circula no capacior. h i D Rc s 14
i méd i Projeo do apacior do onversores BUK A correne que circula pelo capacior é a parcela da correne que oscila no induor, conforme apresenado na figura abaixo: Δi No gráfico a área que represena a correne posiiva no capacior, produz uma oscilação de ensão ΔV no capacior. i i s Área v 1 i d 1 Area
i méd i 2 2 2 h b Area c f V 8 8 c f V 8 i Projeo do apacior do onversores BUK A correne que circula pelo capacior é a parcela da correne que oscila no induor, conforme apresenado na figura abaixo: Δi 8 2 2 2
Projeo do apacior do onversores BUK ságio de saída Um problema adicional: a resisência equivalene em série do capacior i i V s v V R se s 8 V f c R se V 17
onversores BUK Um limie imporane: limiar de coninuidade mín = s ondição críica D (1-D) D d s Modo de condução desconínua 18
onversores BUK Ouros parâmeros para o projeo méd h méd D ef máx méd 2 2 12 2 S méd (1 D) D máx ef ef D D S máx 1 D D VS rev VD rev 2 19
onversores BUK - Simulação O circuio que será simulado é apresenado na figura abaixo. Dados do circuio: Vin = 5V; = 1mH; = 47uF; R carga = 5Ω; D =,5. Frequência de comuação = 2kHz;
onversores BUK - Simulação A figura abaixo apresena a forma de onda da correne no induor e a ensão no capacior e na carga. 8 1 6 4 2 3 25 2 15 1 5 Vo.1.2.3.4.5 ime (s)
Aividade Monar o circuio de simulação apresenado aneriomene e verificar a influência da variação de alguns parameros: a) Verificar a influência da razão cíclica no comporameno do conversor. Simular com razão,3 e,7; b) Verificar a influência do valor do induor no comporameno do conversor. Simular com induor de,5mh e 2mH; c) A variação da carga para 2Ω ou 1Ω produz alguma varação na ensão de saída? d) A redução do capacior para 1μH apresena qual influência sobre o comporameno do conversor?