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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
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Bibliografia para esta aula
www.ifsc.edu.br/~petry
Disciplina de Conversores Estáticos
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Nesta aula
Parte 2 – Fontes mistas:
1. Princípio geral;
2. Conversor Buck;
3. Conversor Boost;
4. Conversor Buck-Boost.
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Princípio geral
1s
s
TF
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s
TD
T
S
+
-
iV
iI
oVoR
oV
iV
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Princípio geral
0
1 onT
ono i i
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TV V dt V
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Tensão média na saída:
on sT D T
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i
VD
V
S
+
-
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iV
sD T sT
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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
+
-
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Princípio geral
0
1 onT
oni o o
s s
TI I dt I
T T
Corrente média na entrada:
on sT D T
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o
ID
I
S
+
-
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iI
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Princípio geral
S
+
-
iV
iI
oVoR
oV
iV
sD T sT
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Potência na entrada e na saída:
i oP P
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V I
V I
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i i o oV I V I
oi
PP
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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.
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Princípio geral
oV
iV
sD T sT
oV
iV
sD T sT
oV
iV
sD T sT
oV
iV
sD T sT
PWM PFM
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Conversor Buck
D
S a
b
+
-
iV
oL
oVoC oR
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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
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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
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Conversor Buck
D
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b
+
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![Page 15: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/15.jpg)
Tensão média sobre o indutor:
Conversor Buck
D
S a
b
+
-
iV
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oVoC oR
0
1 1on s
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![Page 16: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/16.jpg)
Conversor Buck
D
S a
b
+
-
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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:
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Conversor Buck
Ondulação de corrente em Lo:
D
S a
b
+
-
iV
oL
oVoC oR
Lo LoLo o o
di IV L L
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LoLo
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L
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V D V D VI D D
L F L F
![Page 19: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/19.jpg)
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
![Page 20: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/21.jpg)
Conversor Buck
Ondulação de tensão em Co:
D
S a
b
+
-
iV
oL
oVoC oR
![Page 22: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/22.jpg)
Conversor Buck
Ondulação de tensão em Co:
Co Loi I
2
4cosLo
Co s
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Loiov
oiCoi
oRoC
Coi
t
Cov
t
2
sT
d 2
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Co Loi i
Cov
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CoFi
0
_ max _ max
2
4
2
Co LoI I
Fundamental da série de Fourier:
Valor de pico para D=0,5:
![Page 23: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/23.jpg)
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
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2
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2
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_ max 231
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2
_ max31
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VC
L V F
Tensão sobre o capacitor será:
![Page 24: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/24.jpg)
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
![Page 25: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/25.jpg)
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
![Page 26: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/26.jpg)
Conversor Buck
Demo
Demo:
• Princípio de funcionamento.
![Page 27: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/27.jpg)
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.
![Page 28: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/28.jpg)
Conversor Boost
a
b
+
-
iV
iL
oVoC oR
D
S
![Page 29: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/29.jpg)
Conversor Boost
Primeira etapa de funcionamento:
• Interruptor conduzindo;
• Diodo bloqueado;
• Energia sendo armazenada no indutor.
0 st D T
a
b
+
-
iV
iL
oVoC oR
D
S
![Page 30: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/30.jpg)
Conversor Boost
Segunda etapa de funcionamento:
• Interruptor bloqueado;
• Diodo conduzindo;
• Energia armazenada no indutor sendo transferida para saída.
s sD T t T
a
b
+
-
iV
iL
oVoC oR
D
S
![Page 31: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/31.jpg)
Conversor Boost
1 s
s
T
s s
ab o o
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a
b
+
-
iV
iL
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S
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![Page 32: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/32.jpg)
Conversor Boost
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VV
D
1 i
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VD
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oV
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s
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a
b
+
-
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![Page 33: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/33.jpg)
Conversor Boost
Ganho estático em função da razão cíclica:
0 0,25 0,5 0,75 10
25
50
75
100
D
Vo/Vi
![Page 34: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/34.jpg)
Conversor Boost
Demo
Demo:
• Princípio de funcionamento.
![Page 35: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/35.jpg)
Conversor Boost
Exercício 2) Faça o projeto de um conversor Boost considerando:
• Tensão de entrada de 5 V;
• Tensão de saída de 12 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.
![Page 36: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/36.jpg)
Conversor Buck-Boost
DS a
b
-
+
iV oVoC oRoL
![Page 37: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/37.jpg)
Conversor Buck-Boost
Primeira etapa de funcionamento:
• Interruptor conduzindo;
• Diodo bloqueado;
• Energia sendo armazenada no indutor.
0 st D T
DS a
b
-
+
iV oVoC oRoL
![Page 38: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/38.jpg)
Conversor Buck-Boost
Segunda etapa de funcionamento:
• Interruptor bloqueado;
• Diodo conduzindo;
• Energia armazenada no indutor sendo transferida para saída.
s sD T t T
DS a
b
-
+
iV oVoC oRoL
![Page 39: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/39.jpg)
Conversor Buck-Boost
0
1 1s s
s
D T T
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V V dt V dtT T
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s
V D T V T D TV
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DS a
b
-
+
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iV
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1ab i oV V D V D
![Page 40: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/40.jpg)
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
![Page 41: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/41.jpg)
Conversor Buck-Boost
Ganho estático em função da razão cíclica:
Conversor Buck-Boost
0 0,25 0,5 0,75 10
2,5
5
7,5
10
D
Vo/Vi
![Page 42: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/42.jpg)
Conversor Buck-Boost
Demo
Demo:
• Princípio de funcionamento.
![Page 43: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/43.jpg)
Conversor Buck-Boost
Exercício 3) Faça o projeto de um conversor Buck-Boost considerando:
• Tensão de entrada de 5 V;
• Tensão de saída de 24 V;
• Carga resistiva de 25 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.
![Page 44: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/44.jpg)
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
![Page 45: Apresentacao_Aula_06](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022042713/5467175caf795997368b53c8/html5/thumbnails/45.jpg)
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.
www.ifsc.edu.br/~petry