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FACULDADE DE CARIACICA – UNIEST
DENILTON RIBEIRO DOS SANTOS
MAYARA GOMES SOBREIRO
RAFAEL FRAGOSO RODRIGUES
ROBISON PINHEIRO PARDIM
THADEU SADUJ PIGNATON
CONVERSORES CC-CC Topologias Não Isoladas
CARIACICA
2014
DENILTON RIBEIRO DOS SANTOS
MAYARA GOMES SOBREIRO
RAFAEL FRAGOSO RODRIGUES
ROBISON PINHEIRO PARDIM
THADEU SADUJ PIGNATON
CONVERSORES CC-CC Topologias Não Isoladas
CARIACICA
2014
Trabalho apresentado para a disciplina de Eletrônica de Potência, do professor Ronaldo Alvarenga, para a obtenção de nota no 9º semestre.
3
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4
2 CONVERSORES ESTÁTICOS ................................................................................ 5
3 TOPOLOGIAS NÃO ISOLADAS ............................................................................. 7
3.1 CONVERSOR ABAIXADOR DE TENSÃO (STEP-DOWN OU BUCK) .............. 7
3.1.1 Modo de condução contínua (MCC) ..................................................... 9
3.1.2 Modo de condução descontínua (MCD) ............................................... 9
3.1.3 Dimensionamento de L e de C ............................................................ 12
3.2 CONVERSOR ELEVADOR DE TENSÃO (STEP-UP OU BOOST) ................. 13
3.2.1 Modo de condução contínua (MCC) ................................................... 13
3.2.2 Modo de condução descontínua (MCD) ............................................. 14
3.2.3 Dimensionamento de L e de C ............................................................ 16
3.3 CONVERSOR ĆUK ......................................................................................... 16
3.3.1 Dimensionamento de C1 ...................................................................... 19
3.3.2 Dimensionamento de L1 ...................................................................... 20
3.3.3 Cálculo de L2 ........................................................................................ 20
3.3.4 Cálculo de C (capacitor de saída) ....................................................... 20
3.4 CONVERSOR SEPIC ...................................................................................... 21
3.5 CONVERSOR ZETA ........................................................................................ 21
3.5 CONVERSOR ABAIXADOR / ELEVADOR DE TENSÃO (BUCK-BOOST) ..... 22
4 APLICAÇÃO .......................................................................................................... 25
4.1 GERAÇÃO A CÉLULA A COMBUSTÍVEL ....................................................... 25
4.2 VEÍCULOS ELÉTRICOS .................................................................................. 26
5 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 27
REFERÊNCIAS......................................................................................................... 28
4
1 INTRODUÇÃO
Em engenharia elétrica, um conversor CC/CC (ou DC/DC) é um circuito eletrônico
que converte uma tensão ou corrente contínua que tem uma determinada amplitude,
em outra tensão ou corrente contínua com outra amplitude diferente.
Existem alguns métodos de conversão utilizados, que são divididos em conversores
lineares e conversores chaveados ou estáticos.
O método linear é simples que converte uma tensão contínua em outra conhecida
como divisor de tensão. Esta técnica utiliza resistores em série com a fonte de
alimentação fornecendo uma tensão baixa. No entanto, este método possui sérias
desvantagens: não promove a regulação de tensão; requer conhecimento da
resistência da carga utilizada; baixa eficiência, o que leva ao excesso de dissipação
de potência; impossibilidade de gerar tensões mais elevadas que fonte de
alimentação e também de tensões negativas.
Neste trabalho, abordaremos a topologias não isoladas utilizadas nos conversores
estáticos no qual consegue resolver os dois primeiros problemas apresentados pelo
método linear, aplicando qualquer tipo de regulador de tensão.
5
2 CONVERSORES ESTÁTICOS
Os conversores estáticos, também conhecidos como conversores chaveados são
conversores eletrônicos de tensão. Estes circuitos, que fazem parte de uma fonte
chaveada, geralmente realizam a conversão aplicando tensão contínua pulsada em
um indutor ou transformador com determinada freqüência e/ou período (usualmente
na faixa de 100 kHz a 5 MHz), que faz com que o fluxo de corrente gere energia
magnética armazenada, que é então aproveitada em uma saída. Ajustando-se o
ciclo de trabalho, a tensão na saída pode ser alterada, ou preferencialmente,
mantida estável, através de um controle adequado (realimentação), mesmo que
ocorram alterações de carga e corrente. Este método de conversão é mais eficiente
do que conversores lineares. Uma desvantagem de conversores chaveados é o
ruído eletrônico gerado a altas frequências, que muitas vezes precisam ser filtradas.
As principais topologias de conversores estáticos CC para CC são:
Figura 2.1 – Conversores Estáticos CC/CC
6
Conversores estáticos CC/CC se destinam a condicionar um nível de tensão e
corrente contínuo a outro nível de tensão e corrente contínuo, obedecendo às leis de
conservação de energia (idealmente a energia média transferida não sofre
alteração). Como não se poder utilizar de transformadores para níveis de corrente
contínua, pois não haveria variação de fluxo magnético neste caso, o circuito
necessita do uso de interrupções controladas, transistores, (MOSFET, IGBT, BJT,
GTO e etc.) trabalhando em alta frequência de comutação. Também faz uso de
interruptores não controlados, (diodos), além de componentes passivos como
indutores e capacitores.
Existem topologias isoladas (com o uso de um transformador para alta frequência) e
não isoladas. As topologias básicas não isoladas são Buck (abaixador de tensão) e
Boost (elevador de tensão). As demais topologias não isoladas são Buck-Boost,
Cúk, Zeta e SEPIC e são derivadas da associação das duas topologias básicas. As
principais topologias isoladas são o Forward (buck isolado), Flyback (buck-boost
isolado), Push-Pull, Half-Bridge (meia ponte) e Full-Bridge (ponte completa).
7
3 TOPOLOGIAS NÃO ISOLADAS
As análises que se seguem consideram que os conversores não apresentam perdas
de potência (rendimento 100%). Os interruptores (transistores e diodos) são ideais, o
que significa que, quando em condução, apresentam queda de tensão nula e
quando abertos, a corrente por eles é zero. Além disso, a transição de um estado a
outro é instantânea.
Serão apresentadas estruturas circuitais básicas que realizam a função de, a partir
de uma fonte de tensão fixa na entrada, fornecer uma tensão de valor variável na
saída. Neste caso existe um filtro capacitivo na saída, de modo a manter, sobre ele,
uma tensão estabilizada e de ondulação desprezível.
Quando uma variação topológica (surgida em função da condução dos interruptores)
provocar a conexão entre a fonte de entrada e um capacitor (ou entre dois
capacitores), tal caminho sempre deverá conter um elemento que limite a corrente.
Este elemento, por razões de rendimento, será um indutor.
Os circuitos serão estudados considerando que os interruptores comutam a uma
dada frequência (cujo período será designado por τ), com um tempo de condução
do transistor igual a tT. A relação δ=tT/τ é chamada de largura de pulso, ciclo de
trabalho, razão cíclica (duty-cycle).
A obtenção das características estáticas (relação entre a tensão de saída e a tensão
de entrada, por exemplo) é feita a partir da imposição de condições de regime
permanente. Em geral esta análise será feita impondo-se a condição de que, em
cada período de comutação, a tensão média em um indutor é nula, ou ainda de que
a corrente média em um capacitor é nula.
3.1 CONVERSOR ABAIXADOR DE TENSÃO (STEP-DOWN OU BUCK)
A tensão de entrada (E) é recortada pela chave T. Considere-se Vo praticamente
constante, por uma ação de filtragem suficientemente eficaz do capacitor de saída.
Assim, a corrente pela carga (Ro) tem ondulação desprezível, possuindo apenas um
nível contínuo. A figura 2.2 mostra a topologia.
Com o transistor conduzindo (diodo cortado), transfere-se energia da fonte para o
indutor (cresce io) e para o capacitor (quando io >Vo/R).
8
Quando T desliga, o diodo conduz, dando continuidade à corrente do indutor. A
energia armazenada em L é entregue ao capacitor e à carga. Enquanto o valor
instantâneo da corrente pelo indutor for maior do que a corrente da carga, a
diferença carrega o capacitor. Quando a corrente for menor, o capacitor se
descarrega, suprindo a diferença a fim de manter constante a corrente da carga (já
que estamos supondo constante a tensão Vo). A tensão a ser suportada, tanto pelo
transistor quanto pelo diodo é igual à tensão de entrada, E.
Figura 2.2 – Conversor abaixador de tensão
Se a corrente pelo indutor não vai a zero durante a condução do diodo, diz-se que o
circuito opera no modo contínuo. Caso contrário tem-se o modo descontínuo. Via de
regra prefere-se operar no modo contínuo devido a haver, neste caso, uma relação
bem determinada entre a largura de pulso e a tensão média de saída. A figura 2.3
mostra as formas de onda típicas de ambos os modos de operação.
Figura 2.3 – Formas de onda típicas nos modos de condução contínua e descontínua
9
3.1.1 Modo de condução contínua (MCC)
A obtenção da relação entrada/saída pode ser feita a partir do comportamento do
elemento que transfere energia da entrada para a saída. Sabe-se que a tensão
média sobre uma indutância ideal, em regime, é nula, como mostrado na figura 2.4.
�1 = �2
�� ∙ �� = � ∙ (τ − ��)
Figura 2.4 – Tensão sobre uma indutância em regime
No caso do conversor abaixador, quanto T conduz, vL=E-Vo, e quando D conduz,
vL=-Vo.
(� − ��) ∙ �� = �� ∙ (τ − ��)
��
�=
��
τ≡ �
3.1.2 Modo de condução descontínua (MCD)
A corrente do indutor será descontínua quando seu valor médio for inferior à metade
de seu valor de pico (Io<ΔIo/2). A condição limite é dada por:
10
Com a corrente sendo nula durante o intervalo tx, tem-se:
Escrevendo em termos de variáveis conhecidas, tem-se:
(corrente média de entrada)
Supondo a potência de entrada igual à potência de saída, chega-se a:
Definindo o parâmetro K, que se relaciona com a descontinuidade, como sendo:
K =L ∙ ��
E ∙ τ
A relação saída/entrada pode ser reescrita como:
��
�=
�
� + 2 ∙ �
11
O ciclo de trabalho crítico, no qual há a passagem do modo de condução contínuo
para o descontínuo é dado por:
����� =1 ± √1 − 8 ∙ �
2
A figura 2.5 mostra a característica estática do conversor para diferentes valores de
K. Na figura 2.6 tem-se a variação da tensão de saída com a corrente de carga.
Note-se que a condução descontínua tende a ocorrer para pequenos valores de Io,
levando à exigência da garantia de um consumo mínimo. Existe um limite para Io
acima do qual a condução é sempre contínua e a tensão de saída não é alterada
pela corrente, ou seja, tem-se uma boa regulação, mesmo em malha aberta. Este
equacionamento e as respectivas curvas consideram que a carga tem um
funcionamento de consumo de corrente constante. Caso a carga tenha um
comportamento diverso (impedância constante ou potência constante), deve-se
refazer este equacionamento.
Figura 2.5 – Característica de controle do conversor abaixador de tensão nos modos contínuo e
descontínuo
Figura 2.6 – Característica de saída do conversor abaixador de tensão nos modos contínuo e descontínuo
12
3.1.3 Dimensionamento de L e de C
Da condição limite entre o modo contínuo e o descontínuo (ΔI=2.Iomin) , tem-se:
Se deseja operar sempre no modo contínuo deve-se ter:
Quanto ao capacitor de saída, este pode ser definido a partir da variação da tensão
(ripple) admitida. Enquanto a corrente pelo indutor for maior que Io (corrente na
carga, suposta constante) o capacitor se carrega e, quando for menor, o capacitor se
descarrega, levando a uma variação de tensão ΔVo.
A variação da corrente é:
Observe que ΔVo não depende da corrente.Substituindo ΔIo em ΔQ tem-se:
Logo,
13
3.2 CONVERSOR ELEVADOR DE TENSÃO (STEP-UP OU BOOST)
Quando T é ligado, a tensão E é aplicada ao indutor. O diodo fica reversamente
polarizado (pois Vo>E). Acumula-se energia em L, a qual será enviada ao capacitor
e à carga quando T desligar. A figura 2.7 mostra esta topologia. A corrente de saída,
Io, é sempre descontínua, enquanto Ii (corrente de entrada) pode ser contínua ou
descontínua. Tanto o diodo quanto o transistor devem suportar uma tensão igual à
tensão de saída, Vo.
Também neste caso tem-se a operação no modo contínuo ou no descontínuo,
considerando a corrente pelo indutor. As formas de onda são mostradas na figura
2.8.
Figura 2.7 – Conversor elevador de tensão
3.2.1 Modo de condução contínua (MCC)
Quando T conduz: vL=E (durante tT)
Quando D conduz: vL=-(Vo-E) (durante τ-tT)
ΔIi =E ∙ ��
L=
(V& − �) ∙ (τ − ��)
L
V& =E
1 − δ
Teoricamente, quando o ciclo de trabalho tende à unidade a tensão de saída tenda
para infinito. Na prática, os elementos parasitas e não ideais do circuito (como as
resistências do indutor e da fonte) impedem o crescimento da tensão acima de certo
14
limite, no qual as perdas nestes elementos resistivos se tornam maiores do que a
energia transferida pelo indutor para a saída.
Figura 2.8 - Formas de onda do conversor abaixador-elevador de tensão operando em condução
contínua e descontínua
3.2.2 Modo de condução descontínua (MCD)
Quando T conduz: vL = E, (durante tT)
Quando D conduz: vL = -Vo, durante (τ-tT-tx)
Escrevendo em termos de variáveis conhecidas, e sabendo que a corrente máxima
de entrada ocorre ao final do intervalo de condução do transistor:
Seu valor médio é:
Do balanço de potência tem-se:
15
O que permite escrever:
Uma interessante característica do conversor abaixador-elevador quando operando
no modo descontínuo é que ele funciona como uma fonte de potência constante.
A relação saída/entrada pode ser reescrita como:
O ciclo de trabalho crítico, no qual há a passagem do modo de condução contínuo
para o descontínuo é dado por:
����� =1 ± √1 − 8 ∙ �
2
A figura 2.9 mostra a característica estática do conversor para diferentes valores de
K.
Figura 2.9 - Característica estática do conversor abaixador-elevador de tensão nos modos de
condução contínua e descontínua, para diferentes valores de K
Na figura 2.10 tem-se a variação da tensão de saída com a corrente de carga. Note-
se que a condução descontínua tende a ocorrer para pequenos valores de Io,
levando à exigência da garantia de um consumo mínimo. Existe um limite para Io
acima do qual a condução é sempre contínua e a tensão de saída não é alterada
pela corrente. Este equacionamento e as respectivas curvas consideram que a
16
carga tem um funcionamento de consumo de corrente constante. Caso a carga
tenha um comportamento diverso (impedância constante ou potência constante),
deve-se refazer este equacionamento.
Figura 2.10 - Característica de saída do conversor abaixador-elevador de tensão, normalizada em
relação a (E.τ/L)
3.2.3 Dimensionamento de L e de C
O limiar entre as situações de condução contínua e descontínua é dado por:
Io =ΔI) ∙ (τ − t+)
2 ∙ τ=
V& ∙ (τ − t+) ∙ (1 − δ)
2 ∙ L=
V& ∙ τ ∙ (1 − δ)²
2 ∙ L
L-./ =E ∙ τ ∙ δ ∙ (1 − δ)
2 ∙ Io-./
Quanto ao capacitor, como a forma de onda da corrente de saída é a mesma do
conversor elevador de tensão, o cálculo também segue a expressão:
Co =Io-12 ∙ τ ∙ δ
ΔVo
3.3 CONVERSOR ĆUK
Diferentemente dos conversores anteriores, no conversor Ćuk, cuja topologia é
mostrada na figura 2.11, a transferência de energia da fonte para a carga é feita por
17
meio de um capacitor, o que torna necessário o uso de um componente que suporte
correntes relativamente elevadas.
Como vantagem, existe o fato de que tanto a corrente de entrada quanto a de saída
podem ser contínuas, devido à presença dos indutores. Além disso, ambos indutores
estão sujeitos ao mesmo valor instantâneo de tensão, de modo que é possível
construí-los num mesmo núcleo. Este eventual acoplamento magnético permite, com
projeto adequado, eliminar a ondulação de corrente em um dos enrolamentos. Os
interruptores devem suportar a soma das tensões de entrada e saída.
A tensão de saída apresenta-se com polaridade invertida em relação à tensão de
entrada.
Figura 2.11 - Conversor Ćuk
Em regime, como as tensões médias sobre os indutores são nulas, tem-se:
VC1=E+Vo. Esta é a tensão a ser suportada pelo diodo e pelo transistor.
Com o transistor desligado, iL1 e iL2 fluem pelo diodo. C1 se carrega, recebendo
energia de L1. A energia armazenada em L2 alimenta a carga.
Quando o transistor é ligado, D desliga e iL1 e iL2 fluem por T. Como VC1>Vo, C1 se
descarrega, transferindo energia para L2 e para a saída. L1 acumula energia
retirada da fonte.
A figura 2.12 mostra as formas de onda de corrente nos modos de condução
contínua e descontínua. Note-se que no modo descontínuo a corrente pelos
indutores não se anula, mas sim ocorre uma inversão em uma das correntes, que irá
se igualar à outra. Na verdade, a descontinuidade é caracterizada pelo anulamento
da corrente pelo diodo, fato que ocorre também nas outras topologias já estudadas.
18
Figura 2.12 - Formas de onda do conversor Ćuk em condução contínua e descontínua
Assumindo que iL1 e iL2 são constantes, e como a corrente média por um capacitor é
nula (em regime), tem-se:
I) ∙ t+ = I)� ∙ (τ − t+)
I)� ∙ E = I) ∙ V&
V& =E ∙ δ
1 − δ
Uma vez que a característica estática do conversor Ćuk é idêntica à do conversor
abaixador-elevador de tensão, as mesmas curvas características apresentadas
anteriormente são válidas também para esta topologia. A única alteração é que a
indutância presente na expressão do parâmetro de descontinuidade K é dada pela
associação em paralelo dos indutores L1 e L2.
A relação saída/entrada pode ser reescrita como:
V&
E=
δ²
2 ∙ K3
19
Definindo o parâmetro K, que se relaciona com a descontinuidade, como sendo:
K3 =L3 ∙ I&
E ∙ τeL3 =
L� ∙ LL� + L
O ciclo de trabalho crítico, no qual há a passagem do modo de condução contínuo
para o descontínuo é dado por:
δ56.7 =1 ± √1 − 8 ∙ K
2
3.3.1 Dimensionamento de C1
C1 deve ser tal que não se descarregue totalmente durante a condução de T.
Considerando iL1 e iL2 constantes, a variação da tensão é linear. A figura 2.13 mostra
a tensão no capacitor numa situação crítica (ripple de 100%). Caso se deseje uma
ondulação de tensão de 10%, basta utilizarmos um capacitor 10 vezes maior do que
o dado pela equação C1min.
Figura 2.13 – Tensão no capacitor intermediário numa situação crítica
V8� = E + V&
Na condição limite:
I& = I) = C� ∙2 ∙ E + V&
t+eC�-./ =
I&-12 ∙ δ ∙ 1 − δ ∙ τ
2 ∙ E
20
3.3.2 Dimensionamento de L1
Considerando C1 grande o suficiente para que sua variação de tensão seja
desprezível, L1 deve ser tal que não permita que iL1 se anule. A figura 2.14 mostra a
corrente por L1 numa situação crítica.
E =L� ∙ I)�-12
t+eI. = I)� =
I)�-122
Figura 2.14 – Corrente por L1 em situação crítica
Quando T conduz:
L� =E ∙ t+2 ∙ I.
L�-./ =E ∙ τ ∙ δ
2 ∙ I&-./
3.3.3 Cálculo de L2
Analogamente à análise anterior, obtém-se para L2:
L-./ =E ∙ τ ∙ δ
2 ∙ I&-./
3.3.4 Cálculo de C (capacitor de saída)
C& =E ∙ δ ∙ τ²
8 ∙ L ∙ ΔV&
21
3.4 CONVERSOR SEPIC
O conversor SEPIC (Single Ended Primary Inductance Converter) é mostrado na
figura 2.15. Possui uma característica de transferência do tipo abaixadora-elevadora
de tensão. Diferentemente do conversor Ćuk, a corrente de saída é pulsada. Os
interruptores ficam sujeitos a uma tensão que é a soma das tensões de entrada e de
saída e a transferência de energia da entrada para a saída se faz via capacitor.
O funcionamento no modo descontínuo também é igual ao do conversor Ćuk, ou
seja, a corrente pelo diodo de saída se anula, de modo que as correntes pelas
indutâncias se tornam iguais. A tensão a ser suportada pelo transistor e pelo diodo é
igual a Vo+E.
Figura 2.15 – Topologia do conversor SEPIC
3.5 CONVERSOR ZETA
O conversor Zeta, cuja topologia está mostrada na figura 2.16, também possui uma
característica abaixadora-elevadora de tensão. Na verdade, a diferença entre este
conversor, o Ćuk e o SEPIC é apenas a posição relativa dos componentes.
Aqui a corrente de entrada é descontínua e a de saída é continua. A transferência de
energia se faz via capacitor. A operação no modo descontínuo também se
caracteriza pela inversão do sentido da corrente por uma das indutâncias. A posição
do interruptor permite uma natural proteção contra sobre-correntes. A tensão a ser
suportada pelo transistor e pelo diodo é igual a Vo+E.
22
Figura 2.16 – Topologia do conversor ZETA
3.5 CONVERSOR ABAIXADOR / ELEVADOR DE TENSÃO (BUCK-BOOST)
Nesta topologia de conversor é possível obter na saída (Vo) uma tensão maior ou
menor que a tensão de entrada (E). Porém, a tensão de saída apresenta uma
polaridade oposta à tensão de entrada.
Quando a chave (T) está conduzindo, o indutor recebe toda a tensão da fonte. O
diodo neste momento não conduz e o capacitor (Co) alimenta a carga (Ro) mantendo
a tensão de saída constante. No momento em que a chave (T) deixa de conduzir, a
corrente no indutor passa a circular pelo diodo e a energia armazenada no indutor é
transferida para o capacitor e para a carga.
Figura 2.17 – Conversor Buck-Boost
No conversor buck-boost tanto a corrente de entrada quanto a corrente de saída são
descontínuas e a corrente no indutor pode ser contínua ou descontínua,
caracterizando os modos de condução contínua ou descontínua de corrente.
23
Figura 2.18 – (a) Formas de onda do modo de condução contínua de corrente; (b) Formas de onda do
modo de condução descontínua de corrente
No modo de condução descontínua, a tensão média sobre a indutância, em regime,
é nula. Com isso é possível determinar a relação entrada/saída do conversor. A
figura 2.19 apresenta a forma de onda da tensão no indutor.
Figura 2.19 – Forma de onda de tensão no indutor
A relação entre a tensão de entrada do conversor (E) e a tensão de saída (Vo) pode
ser obtida utilizando-se o critério das áreas iguais na figura 2.19. Como a tensão
média no indutor é nula em regime permanente, a área acima do eixo de tensão
zero (A1) deve ser igual à área abaixo do eixo (A2)
A� = E ∙ t:/eA = V& ∙ T − t:/
24
Igualando-se A1 e A2 e utilizando-se a equação D =7=>+
, obtém-se a expressão do
ganho do conversor boost:
G =V&E=
1
1 − D
25
4 APLICAÇÃO
4.1 GERAÇÃO A CÉLULA A COMBUSTÍVEL
O sistema de geração a célula a combustível é uma fonte alternativa que já é
utilizado em pequenas centrais de geração de energia instaladas quase sempre
perto das áreas consumidores, fazendo parte de um movimento crescente no mundo
que é a geração distribuída. Sua utilização desta forma acarreta em uma grande
economia na implementação, pois como é instalada próxima de centros
consumidores não há necessidade da construção de linhas de transmissão. Isto
resulta na redução com gastos com proteção de linhas, outros equipamentos
necessários a linhas de transmissão (compensação, bobinas de bloqueio e sistemas
de operação de linhas de alta tensão, entre outros) e na redução nos gastos com
manutenção. O princípio de funcionamento é similar a o de uma bateria que
transforma energia química em energia elétrica e térmica, através de reações
eletroquímicas entre hidrogênio e oxigênio, veja na figura 2.20 a estrutura básica.
Figura 2.20 – Esquema geral da célula a combustível
Em condições normais de operação, uma célula a combustível apresenta na saída
tensões de 0,5 a 0,9 V. Para aplicações viáveis algumas células são ligadas em
série podendo o conjunto apresentar na saída tensões na casa de 30 V. Esta tensão
é muito pequena para a entrada do inversor, sendo a amplitude do sinal de saída
proporcional ao nível de tensão contínua na entrada. A saída do inversor poderia ser
26
ligada a um transformador para elevar o nível de tensão ao nível de distribuição,
mas isto aumentaria muito o custo do sistema. Uma solução viável é a utilização de
um conversor CC-CC para elevar o nível de tensão ainda em corrente contínua. A
figura 2.21 apresenta o diagrama de blocos de um sistema de geração a célula a
combustível.
Figura 2.21 – Sistema de geração a célula a combustível
4.2 VEÍCULOS ELÉTRICOS
O subsistema que forma a parte elétrica de um veículo elétrico são os elementos
armazenadores de energia como as baterias, os conversores de acionamento e o
motor de tração elétrico. È necessário um conversor que atenda ao estágio de
elevação do nível de tensão das baterias para o fornecimento confiável de um
barramento CC para acionamento de um motor elétrico e proporcionar o fluxo de
energia do motor banco de baterias quando este funcionar como gerador em um
momento de desaceleração ou de frenagem. A potência usada para tracionar um
veículo é relativamente elevada, portanto a construção de um conversor CC-CC
deve prever o processamento dessa potência em um espaço físico reduzido e
considerar as mínimas perdas para um bom rendimento.
A figura 2.22, mostra o diagrama de blocos do sistema de acionamento
representativo de um veículo elétrico (VE), tal sistema contempla um conjunto de
baterias, um estágio elevador de tensão compreendido por um conversor CC-CC,
um segundo estágio compreendido por um conversor de acionamento do motor
elétrico (driver) e um motor elétrico responsável pela tração do veículo.
Figura 2.20 - Diagrama de blocos do sistema elétrico de um VE
27
5 CONCLUSÃO
As fontes chaveadas são atualmente muito empregadas nos mais variados sistemas
eletrônicos, principalmente devido às suas características de baixo volume e peso
em comparação com as fontes com regulação linear. No entanto, são circuitos
complexos que demandam um maior cuidado para o projeto e implementação
prática. A evolução das fontes chaveadas dá-se tanto sob o aspecto do oferecimento
de componentes com melhores características como pelo desenvolvimento da
técnica de projeto e construção. Comparativamente às outras áreas da eletrônica,
muito há a ser feito, principalmente nos aspectos de integração de componentes e
de melhoria da confiabilidade. Apesar desses desafios, as fontes chaveadas
permanecem como uma alternativa extremamente interessante para todos os
sistemas eletrônicos.
28
REFERÊNCIAS
1 J. A. Pomilio,Topologias básicas de conversores CC-CC não-isolados. Fontes
Chaveadas. Disponível em
<http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/CAP1.pdf>. Acessado em 24 de
Outubro de 2014.
2 T. F. Viana,Conversores CC-CC não isolados para aplicações em sistemas de
geração elétrica a célula a combustível. Disponível em
<http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10003749.pdf>. Acessado em
19 de Novembro de 2014.
3 F. E. O. Barrozo,Conversor CC-CC Bidirecional em corrente para aplicação em
veículos elétricos. Disponível em
<http://www.gpec.ufc.br/inicio/trabalhos/Conversor%20CC-
CC%20Bidirecional%20para%20Aplica%C3%A7%C3%A3o%20em%20Ve%C3%AD
culos%20Eletricos.pdf>. Acessado em 19 de Novembro de 2014.
