Eletrônica de Potência
Conversores CC-CC
Prof. Alessandro Batschauer
1 Prof. Cassiano Rech
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
D L iL iD
Vo
iS
S
D
IL
iD
Vo
iS
5
Conversor elevador (boost):
Condução contínua
1ª ETAPA: Carga do indutor
0 ≤ 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
D L iL iD
Vo
iS
2ª ETAPA: Descarga do indutor
ton ≤ 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
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 1 0
1
2
3
4
5
6
7
8
M
D
8
CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO
INTERRUPTOR E NO DIODO
S inI DI
Corrente média no interruptor
** Equações válidas para pequenas ondulações
de corrente (I < 30%ILmed), onde ILmed = Iin
( )s RMS inI D I
Corrente eficaz no interruptor**
( ) 1D RMS inI D I
Corrente eficaz no diodo**
Conversor elevador (boost):
Condução contínua
min max
2S
I I DI
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 max min
inVI I DT
L
VALORES MÁXIMOS E
MÍNIMOS DE CORRENTE
max1 2
o inI DV
ID Lf
max
2in
II I
min1 2
o inI DV
ID Lf
min
2in
II I
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
Co
on
VI C
t
11
CÁLCULO DA
INDUTÂNCIA CRÍTICA
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
2
2
incrit
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
D L iL iD
Vo
iS
Vin S
D L 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
(*)
(**)
Ganho estático
em condução
descontínua
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
DVou
Conversor elevador (boost):
Condução descontínua
14
Conversor elevador (boost):
Condução descontínua
CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO
INTERRUPTOR
Corrente média no interruptor
Corrente eficaz no interruptor
𝐼𝑠 =1
𝑇 𝑉𝑖𝑛𝑡
𝐿𝑑𝑡
𝐷𝑇
0
𝐼𝑠(𝑅𝑀𝑆) =1
𝑇
𝑉𝑖𝑛𝑡
𝐿
2
𝑑𝑡
𝐷𝑇
0
𝐼𝑠 =𝑉𝑖𝑛 𝐷
2
2𝐿𝑓
𝐼𝑠(𝑅𝑀𝑆) =𝑉𝑖𝑛𝐿𝑓
𝐷3
3
15
Conversor elevador (boost):
Condução descontínua
CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO
DIODO
Corrente média no diodo
Corrente eficaz no diodo
𝐼𝐷 =1
𝑇 (𝑉𝑖𝑛−𝑉𝑜)𝑡
𝐿𝑑𝑡
𝐷𝑇
0
𝐼𝐷(𝑅𝑀𝑆) =1
𝑇
(𝑉𝑖𝑛−𝑉𝑜)𝑡
𝐿
2
𝑑𝑡
𝐷𝑇
0
𝐼𝐷 =𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝑜 (𝑡𝑑
2 − (𝐷𝑇)2)
2𝐿𝑇
𝐼𝐷(𝑅𝑀𝑆) =𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝑜𝐿
(𝑡𝑑3 − (𝐷𝑇)3)
3𝑇
16
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 0.8 0
1
2
3
4
5
6
7
8
D = 0,1 D = 0,3
Conversor elevador (boost):
Condução descontínua
Bibliografia
17
• 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/>.