Eletrônica de Potência II

Capítulo 2

1Prof. Cassiano Rech

Prof. Luís M. Nodariluisnodari@gmail.com

Conversores CC-CC Não Isolados

• Buck (abaixador)

• Boost (elevador)

• Buck-boost (abaixador-elevador)

• Conversores em ponte

� Reversível em corrente

� Reversível em tensão e corrente

2

• No conversor boost, a tensão média de saída é maior que a tensão de entrada.

� Condução contínua

� Condução descontínua

3

Conversor elevador (boost):

Conversor elevador (boost):

Estrutura básica

4

• Diferentes representações do conversor boost

iL io

Vin S

D

R

L

+

Vo

_

C

iD

iS

Vin S

DL iL iD

Vo

iS

S

D

IL

iD

Vo

iS

5

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

1ª ETAPA: Carga do indutor0 ≤ t ≤ ton

Lin

diV L

dt= L

in o

diV L V

dt= +

minin

L

Vi I t

L= + max

in oL

V Vi I t

L

−= +

Vin S

DL iL iD

Vo

iS

2ª ETAPA: Descarga do indutorton ≤ t ≤ T (0 ≤ t ≤ toff)

L iL iD

Vin S

D

Vo

iS

6

FORMAS DE ONDA

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

7

GANHO ESTÁTICO

1

1o

in

V

V D=

−

1

1o

in

V

V D=

−

Teoricamente, quando D tende à unidade, a tensão de saída tende a um valor infinito

( )( )1 0in in oV DT V V D T+ − − =

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

Em regime permanente, o valor

médio da tensão no indutor é nulo:

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

1

2

3

4

5

6

7

8

M

D

8

CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO INTERRUPTOR E NO DIODO

S inI DI=S inI DI=

Corrente média no interruptor

** Equações válidas para pequenas ondulações

de corrente (∆I < 20%ILmed), onde ILmed = Iin

( )s RMS inI D I=( )s RMS inI D I=

Corrente eficaz no interruptor**

( ) 1D RMS inI D I= −( ) 1D RMS inI D I= −

Corrente eficaz no diodo**

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

( )min max

2S

I I DI

+= ( )1D inI D I= −( )1D inI D I= −

Corrente média no diodo

( )( )min max 1

2D

I I DI

+ −=

9

ONDULAÇÃO DA CORRENTE DE ENTRADA

Ao final da 1ª etapa (t = ton) io = Imax:

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

inVI D

Lf∆ = inV

I DLf

∆ == +max mininV

I I DTL

VALORES MÁXIMOS E MÍNIMOS DE CORRENTE

= +−

max1 2

o inI DVI

D Lf= +

−max

1 2o inI DV

ID Lf

∆= +max

2in

II I

= −−

min1 2

o inI DVI

D Lf= −

−min

1 2o inI DV

ID Lf

∆= −min

2in

II I

max

inV DL

I f=

∆ max

inV DL

I f=

∆

10

DETERMINAÇÃO DO VALOR DO CAPACITOR

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

Seja ∆∆∆∆Vc a ondulação da tensão no capacitor, que é igual à ondulação da tensão na saída do conversor ∆∆∆∆Vo, uma vez que o capacitor é conectado em paralelo com a carga. Durante a primeira etapa o capacitor está sendo descarregado pela ação da corrente de carga (Io). Assim:

Dessa forma, pode-se determinar o valor do capacitor por:

=∆

o

C

I DC

V f=

∆

o

C

I DC

V f

Co

on

VI C

t

∆=

11

CÁLCULO DA INDUTÂNCIA CRÍTICA

( )1

2

in

crit

o

V D DL L

f I

−≥ =

( )1

2

in

crit

o

V D DL L

f I

−≥ =

ou:

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

Para garantir a operação em condução contínua, o mínimo valor da corrente no

indutor deve ser maior do que zero. Pode-se determinar o mínimo valor de indutor que garante esta condição, fazendo-se a corrente mínima igual a zero (condução crítica):

01 2

o inI DV

D Lf= −

−0

1 2o in

I DV

D Lf= −

−

2

2in

crit

o

V DL L

P f≥ =

2

2in

crit

o

V DL L

P f≥ =

12

Se o valor do indutor é menor que LCRIT o conversor boost opera em condução descontínua

Conversor elevador (boost):

Condução descontínua

Vin S

DL iL iD

Vo

iS

Vin S

DL iL iD

Vo

iS

Vin S

D

Vo

iS

L iL

13

GANHO ESTÁTICO EM CONDUÇÃO DESCONTÍNUA

o d

in d

V DT t

V t

+=

( )+= =

max

2

L on d

L méd in

I t tI I

T( )

2in

in d

V DI DT t

L= +

2 ind

o

LIt

DV=

2

12

o in

in o

V V D

V f LI= +

2

12

o in

in o

V V D

V f LI= +

(*)

(**)

Ganho estáticoem conduçãodescontínua

Em regime permanente, o valor médio da tensão no indutor é nulo:

( ) 0in in o dV DT V V t+ − =

Além disso, em condução descontínua a corrente média no indutor é:

Usando (*) e (**):

2 od

in

LIt

DV=ou

Conversor elevador (boost):

Condução descontínua

14

CARACTERÍSTICA DE SAÍDA

D = 0,8

D = 0,7

D = 0,5

o

in

V

V

2o

in

LI

TV

Região de condução

descontínua

Região de condução contínua

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

1

2

3

4

5

6

7

8

D = 0,1D = 0,3

Conversor elevador (boost):

Condução descontínua

Bibliografia

15

• Ivo Barbi, “Conversores CC-CC Básicos Não Isolados”.

• Muhammad H. Rashid, “Eletrônica de Potência:

Circuitos, Dispositivos e Aplicações”.

• R. W. Erickson, D. Maksimovic, “Fundamentals of Power

Electronics”, Second edition.

• José A. Pomilio, “Eletrônica de Potência”, UNICAMP.

Disponível em:

<http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/>.