apresentacao_aula_06

Florianópolis, março de 2009.

Prof. Clóvis Antônio Petry.

Parte 2 – Fontes MistasConversores CC-CC Não-Isolados

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina

Departamento Acadêmico de Eletrônica

Projeto de Fontes Chaveadas

Bibliografia para esta aula

www.ifsc.edu.br/~petry

Disciplina de Conversores Estáticos

Nesta aula

Parte 2 – Fontes mistas:

1. Princípio geral;

2. Conversor Buck;

3. Conversor Boost;

4. Conversor Buck-Boost.

Princípio geral

1s

s

TF

on

s

TD

T

S

+

-

iV

iI

oVoR

oV

iV

sD T sT

Princípio geral

0

1 onT

ono i i

s s

TV V dt V

T T

Tensão média na saída:

on sT D T

o iV D V o

i

VD

V

S

+

-

iV

iI

oVoR

oV

iV

sD T sT

Princípio geral

Ganho estático:

o iV D V

o

i

VD

V

0 0,25 0,5 0,75 10

0,25

0,5

0,75

1

D

Vo/Vi

S

+

-

iV

iI

oVoR

oV

iV

sD T sT

Princípio geral

0

1 onT

oni o o

s s

TI I dt I

T T

Corrente média na entrada:

on sT D T

i oI D I i

o

ID

I

S

+

-

iV

iI

oVoR

iI

oI

sD T sT

Princípio geral

S

+

-

iV

iI

oVoR

oV

iV

sD T sT

i i iP V I

Potência na entrada e na saída:

i oP P

i o

o i

V I

V I

o o oP V I

i i o oV I V I

oi

PP

Princípio geral

S

+

-

iV

iI

oVoR

oV

iV

sD T sT

Como variar a tensão de saída?

• Alterando o tempo de condução e bloqueio (PWM);

• Alterando a freqüência de comutação (PFM).

PWM:

• Modulação por largura de pulsos;

• Pulse WiDth Modulation.

PFM:

• Modulação por freqüência variável;

• Pulse Frequency Modulation.

Princípio geral

oV

iV

sD T sT

oV

iV

sD T sT

oV

iV

sD T sT

oV

iV

sD T sT

PWM PFM

Conversor Buck

D

S a

b

+

-

iV

oL

oVoC oR

Conversor Buck

Primeira etapa de funcionamento:

• Interruptor conduzindo;

• Diodo bloqueado;

• Energia sendo armazenada no indutor.

D

S a

b

+

-

iV

oL

oVoC oR

0 st D T

Conversor Buck

Segunda etapa de funcionamento:

• Interruptor bloqueado;

• Diodo conduzindo;

• Energia armazenada no indutor sendo transferida para saída.

s sD T t T

D

S a

b

+

-

iV

oL

oVoC oR

Conversor Buck

D

S a

b

+

-

iV

oL

oVoC oR

abV

iV

sD T sT

0

1 onT

onab i i

s s

TV V dt V

T T

ab iV D V

Tensão média sobre o indutor:

Conversor Buck

D

S a

b

+

-

iV

oL

oVoC oR

0

1 1on s

on

T T

Lo i o o

s s T

V V V dt V dtT T

1

Lo i o on o s on

s

V V V T V T TT

on s onLo i o o

s s s

T T TV V V V

T T T

1Lo i o oV V V D V D

Lo i o o oV V D V D V V D

LoV

i oV V

sD T sT

oV

0LoV

Conversor Buck

D

S a

b

+

-

iV

oL

oVoC oR

0

1 onT

onab i i

s s

TV V dt V

T T

ab iV D V

o abV Vo iV D V o

i

VD

V

oV

iV

sD T sT

Conversor Buck

0 0,25 0,5 0,75 10

0,25

0,5

0,75

1

D

Vo/Vi

Ganho estático em função da razão cíclica:

Conversor Buck

Ondulação de corrente em Lo:

D

S a

b

+

-

iV

oL

oVoC oR

Lo LoLo o o

di IV L L

dt T

LoLo

o

V TI

L

i o s

Lo

o

V V D TI

L

1

i i iLo

o s o s

V D V D VI D D

L F L F

Conversor Buck

Ondulação de corrente em Lo: 1LoI D D

0 0.2 0.4 0.6 0.80

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

I D( )

D

Conversor Buck

Ondulação de corrente em Lo:

_ max 0,5 1 0,5iLo

o s

VI

L F

_ max 1iLo

o s

VI D D

L F

_ max4

iLo

o s

VI

L F

Conversor Buck

Ondulação de tensão em Co:

D

S a

b

+

-

iV

oL

oVoC oR

Conversor Buck

Ondulação de tensão em Co:

Co Loi I

2

4cosLo

Co s

Ii t

Loiov

oiCoi

oRoC

Coi

t

Cov

t

2

sT

d 2

sT

Co Loi i

Cov

sT

CoFi

0

_ max _ max

2

4

2

Co LoI I

Fundamental da série de Fourier:

Valor de pico para D=0,5:

Conversor Buck

Ondulação de tensão em Co:Coi

t

Cov

t

2

sT

d 2

sT

Co Loi i

Cov

sT

CoFi

0

CoCo Co Co

s o

iv i X

C

3

4cos 90

2

oLoCo s

s o

Iv t

F C

3

2

2

Co Lo

s o

V I

F C

_ max _ max

3

2

2

Co Lo

s o

V I

F C

_ max 231

iCo

o o s

VV

L C F

2

_ max31

io

o Co s

VC

L V F

Tensão sobre o capacitor será:

Conversor Buck

Filtro de saída (freqüência de ressonância):

D

S a

b

+

-

iV

oL

oVoC oR

1

2o

o o

FL C

10

so

FF

Conversor Buck

Filtro de saída (resistência série equivalente do capacitor):

D

S a

b

+

-

iV

oL

oVoC oR

R

RSE

V

C I

VC+ - + -RV

VCV

_ maxRSE CoV I RSE

Conversor Buck

Demo

Demo:

• Princípio de funcionamento.

Conversor Buck

Exercício 1) Faça o projeto de um conversor Buck considerando:

• Tensão de entrada de 12 V;

• Tensão de saída de 5 V;

• Carga resistiva de 10 W;

• Ondulação de corrente de 10%;

• Ondulação de tensão de 1%;

• Freqüência de comutação de 20 kHz.

Determine:

• Indutância do filtro de saída;

• Capacitor do filtro de saída;

• Interruptor;

• Diodo;

• Dissipadores, se necessário.

Conversor Boost

a

b

+

-

iV

iL

oVoC oR

D

S

Conversor Boost





0 st D T

a

b

+

-

iV

iL

oVoC oR

D

S

Conversor Boost





s sD T t T

a

b

+

-

iV

iL

oVoC oR

D

S

Conversor Boost

1 s

s

T

s s

ab o o

s sD T

T D TV V dt V

T T

1ab oV V D

a

b

+

-

iV

iL

oVoC oR

D

S

abV

oV

sD T sT

Conversor Boost

ab iV V1

io

VV

D

1 i

o

VD

V

abV

oV

sD T sT

1 s

s

T

s s

ab o o

s sD T

T D TV V dt V

T T

1ab oV V D

a

b

+

-

iV

iL

oVoC oR

D

S

Conversor Boost


0 0,25 0,5 0,75 10

25

50

75

100

D

Vo/Vi

Conversor Boost

Demo

Demo:


Conversor Boost

Exercício 2) Faça o projeto de um conversor Boost considerando:







Determine:



• Interruptor;

• Diodo;


Conversor Buck-Boost

DS a

b

-

+

iV oVoC oRoL






0 st D T

DS a

b

-

+

iV oVoC oRoL






s sD T t T

DS a

b

-

+

iV oVoC oRoL


0

1 1s s

s

D T T

ab i o

s s D T

V V dt V dtT T

0i s o s s

ab

s

V D T V T D TV

T

DS a

b

-

+

iV oVoC oRoL

Lo abV V

iV

sD T sT

oV

1ab i oV V D V D

Conversor Buck-BoostConversor Buck-Boost

1o i

DV V

D

1 o

i

VD

V

DS a

b

-

+

iV oVoC oRoL

Lo abV V

iV

sD T sT

oV

0

1 1s s

s

D T T

ab i o

s s D T

V V dt V dtT T

1 0ab i oV V D V D

1i oV D V D




0 0,25 0,5 0,75 10

2,5

5

7,5

10

D

Vo/Vi


Demo

Demo:



Exercício 3) Faça o projeto de um conversor Buck-Boost considerando:







Determine:



• Interruptor;

• Diodo;


Tabela comparativa dos conversores CC-CC

Conversor Ganho estático Característica

Buck Abaixador

Boost Elevador

Buck-Boost Abaixador/Elevador

Cuk Abaixador/Elevador

Sepic Abaixador/Elevador

Zeta Abaixador/Elevador

o

i

VD

V

1

1

o

i

V

V D

1

o

i

V D

V D

1

o

i

V D

V D

1

o

i

V D

V D

1

o

i

V D

V D

Próxima aula

Parte 2 – Fontes mistas:

1. Operação em ccm e dcm;

2. CIs para implementação de conversores cc-cc;

3. Acionamento dos interruptores;

4. Modulação.

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