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AULA 01: Choppers
Professor: Fernando Csar P. Gomes
1 Introduo
Conversor de fonte CC fixa em uma fonte CC varivel. Um CHOPPER converte diretamente de CC para CC e conhecido com um conversor CC-CC.
Os CHOPPERS so amplamente utilizados: controle de trao de motores em automveis eltricos, trolebus, guindastes, empilhadeiras, transporte em minas, na frenagem regenerativa de mquinas CC, para devolver energia para sistemas de transporte com paradas frequentes (Metr) Eles fornecem controle de acelerao suave, alta eficincia e resposta dinmica rpida.
2. Circuito Bsico
Figura 1
3. Funcionamento Bsico
Uma chave ligada a uma fonte DC (Vi) em srie ou em paralelo. A chave S pode ser um transistor de potncia, um SCR ou um tiristor GTO, que quando acionada (ton) permite um caminho alternativo de corrente e quando aberta (toff) cessa este caminho, alterando assim o perodo de alimentao da carga.
Figura 2
4. Tcnicas de Controle
O controle da tenso de sada (Vo) e realizada atravs do chaveamento que pode ocorrer de duas formas:
Modulao por largura de pulso (PWM pulse width modulation)
Modulao por frequncia de pulso (PFM pulse frequency modulation)
PWM Pulse Width ModulationNeste mtodo de controle, a largura do pulso ligado (ton) varia enquanto o perodo de chaveamento total (T) constante.
Figura 3
PFM Pulse-Frequency Modulation
Neste mtodo de controle, a largura do pulso ligado (ton) constante enquanto o perodo (frequncia) de chaveamento total (T) varia.
Figura 4
Tcnicas de Controle
No mtodo PFM necessrio reduzir a frequncia de chaveamento do chopper para obter um tenso de sada mais baixa, isto pode resultar em descontinuidade nas baixas frequncias; sendo que a reduo na frequncia aumenta a ondulao na sada e consequentemente aumento das perdas na carga (potencia e calor). O mtodo PWM tem a vantagem da baixa ondulao, o que significa menores componentes para o filtro.
5. Topologias de CHOPPERSBsicamente os Chopper seguintes topologias:
podem
apresentar
as
Choppers step-down (Buck). Choppers step-up (Boost). Choppers Buck-Boost ou ainda Ck
6. Choppers step-down (Buck)
Um arranjo prtico do Buck mostrado na figura 5 que inclui um indutor L e um diodo D (FWD) para eliminar as pulsaes de corrente. Este circuito fornece uma corrente DC linear para cargas prticas como um motor DC.
Figura 5
6. Buck : Chave fechada
O diodo D ficar polarizado reversamente durante todo o tempo, a corrente cresce exponencialmente devido ao indutor L e da carga R, a tenso de sada (Vo) igual a Vi, a chave fica ligada durante o tempo ton.
Figura 6
6. Buck : Chave aberta
A corrente no indutor comea a cair (no ocorre de forma instantnea), isto provoca uma tenso induzida no indutor de polaridade reversa o diodo (FWD) fornece caminho para a corrente e a energia transferida para a carga sob uma tenso nula na carga.
Figura 7
6. Buck : Modo contnuoA corrente de sada (Io) na carga no atinge zero, oscilando entre Imax e Imin .
Figura 8
6. Buck : Modo contnuoTon d TVo d .ViCiclo de TrabalhoTenso Mdia Sada Corrente Mdia Sada
Ii Io d
Vo( rms ) Vi . d
Tenso Eficaz Sada
6. Buck : Modo contnuoI max I min Vo Vo .TOFF R 2L Vo Vo .TOFF R 2LCorrente Mxima de Sada
Corrente Mnima de Sada
I pico pico
Vo TOFF L
Corrente de Ondulao
TOFF . I o ID T
Corrente Mdia Diodo
6. Buck : Modo descontnuoPara valores de d baixo, em especial com indutncia baixa, a corrente de sada na carga pode atinge zero.
Figura 9
TLimite Modo Contnuo