curso de fonte chaveada

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Sistemas de alimentaçãoSistemas de alimentação

Fontes primárias de Corrente Alternada (CA)

Fontes primárias

Frequência

Européia 50Hz Européia 50Hz

Amer./Jap. 60, 50Hz

Universal 50-60Hz

Aviação 400Hz

Fontes primárias de Corrente Alternada (CA)

ncia Tensão

50Hz 220, 230V (175-265V) 50Hz 220, 230V (175-265V)

60, 50Hz 110, 100V (85-135V)

60Hz 110-230V (85-265V)

400Hz 115V (80-165V)

Sistema de alimentação com reguladores lineares

☺ Poucos componentes.

☺ Robustos

☺ Não geram EMI e RFI

Sistema de alimentação com reguladores lineares

LPesados e volumosos

L Baixo rendimento

Comparação entre fontes lineares e chaveadas

Chaveada

Relação Potência/Peso

30 a 300W/kgPotência/Peso

Relação Potência/Volume

50 a 300W/l

“Ripple”da tensão de saída

1%

EMC Importante

Rendimento 65 a 90%

Comparação entre fontes lineares e chaveadas

Chaveada Linear

30 a 300W/kg 10 a 30W/kg

50 a 300W/l 20 a 50W/l

0,1%

Importante Desprezíveis

65 a 90% 35 a 55%

Revisão dos conversores c.c./c.c

Conversores sem isolamento1.Buck2.Boost3.Buck-Boost

Conversores com isolamento1.Flyback2.Duplo Flyback3.Forward4.Duplo Forward

Revisão dos conversores c.c./c.c

isolamento elétrico:

isolamento elétrico:

Revisão de Fundamentos de Circuitos

Como calcular a relação entreVamos recordar as propriedadescircuitos elétricos em regime permanente

• A tensão média em indutor é nula

• A corrente média em um capacitor

Circuito em

regime

permanente

Revisão de Fundamentos de Circuitos

entre as variáveis elétricas?propriedades dos indutores e capacitores em

permanente:

nula.

capacitor é nula.

Caso contrario, a correnteno indutor e a tensão nocapacitor cresceriamindefinidamente (nãoestaríamos em regimepermanente).

vL = 0

+

-

iC = 0

Revisão de Fundamentos de Circuitos

Na forma de onda da tensãoprodutos volts·segundos = 0”

Circuito em

regime

permanenteiL

Áreas iguais

Revisão de Fundamentos de Circuitos

tensão em um indutor “a soma dos

tComando

vL = 0

+

-

Td·T

t

t

iL

vLt

-+

Áreas iguais

1. Análise do conversor Modo de condução contínuo

Hipóteses:

• A tensão de saída Vo é constante durantechaveamento.

• A corrente no indutor é sempre maior que zero

iS= iL

iSiL

iDEVO

iD= i

E

Durante D·T

Durante (1

1. Análise do conversor BuckModo de condução contínuo

durante um ciclo de

zero.

t

t

iL

Comando

+

Td·T

t

t

tiS

iD

= iLVO-

+

VO

+-

Durante D·T

Durante (1-D)·T

2. Análise do conversor

• Tensão média nula no indutor

+ -vL

EiOiL

iC R

• Tensão média nula no indutor

(E- VO)·D·T - VO·(1-D)·T = 0 èèèè VO

• Corrente média nula no capacitor

IL = IO = VO/R

2. Análise do conversor Buck

indutort

t

iL

Comando

IO

vO

+

-R

indutor

TD·T

t

vL

t-

+E- VO

- VO

O = D·E

Corrente média nula no capacitor

3. Análise do conversor

ER

iS

iL

iD

+ -vS

vD

+

-

• Aplicação do balanço de potências

IS = IO·VO/E èèèè IS = IO·D

• Corrente média no diodo

ID = IL - IS èèèè ID = IO·(1

3. Análise do conversor Buck

VS max = VD max = EvO

+

-

iO

R

•Tensões máximas

potências

·D

·(1-D) TD·T

t

t

iS

iD

IS

ID

4. Análise do conversor

O conversor “buck” pode ser visto como um transformador de corrente contínua

is

Transformador ideal de corrente continua

E R

1 : D

4. Análise do conversor Buck

O conversor “buck” pode ser visto como um transformador de corrente contínua

VO = E·D+

iO

IO = Is/D

Transformador ideal de corrente continua

vO-

iL

E

1. Análise do conversor Modo de condução contínuo

E·D·T + (E- VO)·(1-D)·T = 0

• Balanço volts·segundos

VS max = VD max = VO= E• Tensões máximas

iD

iS vO

1. Análise do conversor BoostModo de condução contínuo

D)·T = 0 è è è è VO = E/(1-D)volts·segundos

= E/(1-D)

iL iD

iSE R

iO

2. Análise do conversor

IL = IO·VO/E èèèè IL = IO/(1-

• Corrente média por diodoID = IO = VO/R

• Corrente media no transistorIL = ID + IS èèèè Is = IO.D/(1

• Balanço de potência

vO

O

t

t

iL

Comando

IL

2. Análise do conversor Boost

TD·T

t

t

tiS

iD

IS

ID-D)

Corrente media no transistor.D/(1-D)

O curto-circuito e sobrecarga no conversor Boost

EE

Este caminho de circulaçãoser interrompido atuandoconversor não podeforma.

circuito e sobrecarga no conversor Boost

RR

circulação de corrente não podeatuando sobre o transistor. Opode ser protegido desta

E+ -

vS

vL

+

-

1. Análise do conversor BuckModo de condução contínuo

E·D·T - VO·(1-D)·T = 0 è è è è V• Balanço volts·segundos

VS max = VD max = E+VO= E• Tensões máximas

-

+ -vD

vO

+

-

R

+

1. Análise do conversor Buck-BoostModo de condução contínuo

VO = E·D/(1-D)volts·segundos

= E/(1-D)

+R

2. Análise do conversor Buck

E

IO

RiL

iDiS

• Corrente média por diodo

• Balanço de potênciaIS = IO·VO/E èèèè IS = IO·D/(1

• Corrente média por diodoID = IO = VO/R

• Corrente media no indutorIL = ID + IS èèèè IL = IO/(1

2. Análise do conversor Buck-Boost

vO

+

-

t

t

iL

Comando

IL

·D/(1-D)Corrente media no indutor

/(1-D) TD·T

t

t

iS

iD

IS

ID

O modo de condução nos três conversores básicos (I)

(somente um indutor e um diodo)

Conversor iO

iL

com indutor

e diodoE

IL = IO/(1-D) (boost e buck

IL = IO (buck)O valor médio de iL depende de I

O modo de condução nos três conversores básicos (I)

(somente um indutor e um diodo)

O

+t

iL IL

R vO

+

-

D) (boost e buck-boost)

TD·T

tComando

depende de IO:

O modo de condução nos três conversores básicos (II)

• Ao variar I

• Ao variar I(dependem de E e de V

t

iL IL

R1

R2 > R1

t

iL IL

iL ILt

Rcrit > R2

R2 > R1

Modo de condução crítico

Modo de condução contínuo

O modo de condução nos três conversores básicos (II)

Ao variar IO varía o valor médio de iLAo variar IO não varíam as derivadas de iL

(dependem de E e de VO)

Modo de condução crítico

Modo de condução contínuo

O modo de condução nos três conversores básicos (III)

t

iLIL

Rcrit

R > R

O que acontece se R > R

t

t

R3 > Rcrit iLIL

iL IL

R3 > Rcrit

O modo de condução nos três conversores básicos (III)

O que acontece se R > Rcrit ?

Modo contínuo

Modo descontínuo

Fatores que originam o modo de condução descontínuo do conversor:

t

iL

iL

• Diminuição

• Diminuição

t

t

L

iL

• Diminuiçãochaveamento

• Aumentocarga (diminuiçãocorrente

Fatores que originam o modo de condução descontínuo do conversor:

Diminuição do valor do indutor.

Diminuição da freqüência deDiminuição da freqüência dechaveamento.

Aumento do valor do resistor de(diminuição do valor médio da

corrente no indutor).

Existem 3 estados distintos:• Condução do transistor (D·T)

• Condução do diodo (D’·T)

• Transistor e diodo bloqueados (1

Exemplo

Modo descontínuo de condução

IL

tiL

Comando

tiD

I Exemplo

E

VE(D·T)

vL

T

D·Tt

D’·T

+-

t

ID

VO

E

Existem 3 estados distintos:Condução do transistor (D·T)

Condução do diodo (D’·T)

Transistor e diodo bloqueados (1-D-D’)·T

Exemplo

Modo descontínuo de condução

Exemplo

VOE

VOE E VOVO

(1-D-D’)·T(D’·T)

E

(D·T)

iL

t

IL

iDID

iLmax

iLmax

Relação de transformação no modo descontinuo (p.e. buck

E(D’·T)

vL

T

D·Tt

D’·T

+-

t

ID

VO

E

Relação de transformação M=V

M =D/(k)

VO

(D·T)

E = L·iLmax/(D·T)

Relação de transformação no modo (p.e. buck-boost)

V = L·i /(D’·T)

VO

(D’·T)

Relação de transformação M=VO/E :

M =D/(k)1/2 , sendo: k =2·L / (R·T)

VO = L·iLmax/(D’·T)

ID = iLmax·D’/2

ID = VO/R

• Relação transformação modo descontinuo, M:

M = D / (k)1/2 , sendo: k = 2·L / (R·T)

• Relação transformação modo continuo, N:

N = D / (1-D)

Fronteira entre modos de condução(buck-

N = D / (1-D)

• Na fronteira: M = N, R = Rcrit

kcrit = (1-D)2

• Modo contínuo: k > kcrit

• Modo descontínuo: k < kcrit

Relação transformação modo descontinuo, M:

k = 2·L / (R·T)

Relação transformação modo continuo, N:

Fronteira entre modos de condução-boost)

t

iLiL

Rcrit

crit , k = kcrit

t

N = D

2M =

Buck

Extensão a outros conversores

M =

1 + 1 + 4·kD2

kcrit = (1-D)

kcrit max = 1

M =

kcrit

kcrit max

D

DN =

1-D

1 + 1 + 4·D2

1N =

1-D

Buck-Boost

Boost

Extensão a outros conversores

DM =

k

kcrit = (1-D)2

kcrit max = 1

2

1 + 1 + 4·D2

k

crit = D(1-D)2

crit max = 4/27

1. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck

Muito fácil incorporar o

1. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck-boost

Muito fácil incorporar o isolamento galvânico

2. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck

O indutor e o transformadorintegrados em ummagnético. Este dispositivocalcula como um indutor,transformador.

• Deve armazenar energia

• Normalmente tem entreferro

2. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck-boost

Conversor Flyback

transformador podem serum único dispositivo

dispositivo magnético seindutor, e não como um

energia.

entreferro

Análise do conversor Flyback Modo de condução contínuo

vO

+

-vS

+

-

E

+

-vD

n1 n2 VD max

“Soma dos produtos (volts/espiras)·segundos = 0”

D·T·E/n1 - (1-D)·T·VO/n2 = 0

èèèè VO = E·(n2/n1)·D/(1-D)

Análise do conversor Flyback Modo de condução contínuo

D max = E·n2/n1 + VO= E·(n2/n1)·/(1-D)

VS max = E+VO·n1/n2 = E/(1-D)

Máximas tensões

En1 : n2

S1

D1

D2

S2

Conversor Duplo Flyback

VO = E·(n2/n1)·d/(1-D) (em m.c.)

Dmax = 0.5

VS1 max = vS2 max = E

VD1 max = vD2 max = E

VD3 max = E·(n2/n1)·/(1-D)

D3

VO

Conversor Duplo Flyback

L Dois transistores

K Baixas tensões nos semicondutores

(em m.c.)

Incorporação do isolamento galvânico ao conversor Boost

••Não é possivel Não é possivel incorporar o isolamento

galvânico com um único transistor

•Com vários transistores em corrente

Incorporação do isolamento galvânico ao conversor Boost

incorporar o isolamento

galvânico com um único transistor

Com vários transistores èèèè pontes alimentadas

1. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck

Não pode ser feito porquepode ser desmagnetizado

1. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck

porque o transformador nãodesmagnetizado

Lm

2. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck

Não pode ser feito porquedesmagnetizado instantaneamente

2. Incorporação do isolamento galvânico ao

D

porque o transformador éinstantaneamente (sobretensão infinita).

Lm

D2

D1

3. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck

Esta é a solução

3. Incorporação do isolamento galvânico ao

Lm

Dipolo de tensão constante

Operação em regimeelemento magnético com

Circuito em regime

permanente

+ +

n1 : n2

v1 v2

+

-

+

-

Se se excita o elemento magnético com ondas quadradas:

“soma dos produtos (volts/espiras)·segundos

regime permanente de umcom dois enrolamentos

vi = ni · dΦΦΦΦ/dt

∆Φ ∆Φ ∆Φ ∆Φ = ΦΦΦΦB - ΦΦΦΦA = (vi/ni)·dt∫∫∫∫B

A

Lei de Faraday:

Em regime permanente:

(vi /ni) = 0

Em regime permanente:

(∆Φ∆Φ∆Φ∆Φ)em um período =0

Logo:

magnético com ondas quadradas:

(volts/espiras)·segundos = 0”

Operação em regime permanente de um elemento magnético com vários enrolamentos:

E n1

V

“Soma dos produtos (volts/espiras)·segundos

(E/n1)·D1·T - (V2/n2)·D2·T = 0

Para assegurar a desmagnetização

V2

n2

Operação em regime permanente de um elemento magnético com vários enrolamentos: exemplo

ΦΦΦΦ

tvi/ni

t+

-

V1/n1

ΦΦΦΦmax

V1

(volts/espiras)·segundos = 0”

·T = 0 èèèè D2 = D1·n2·E/(n1·V2)

T

D1·Tt

D2·T-

V2/n2

desmagnetização: D2 < 1 - D1

1. O conversor Forward

V1

n2

n1

Levando em conta:

D’ = D·n2/n1 D’ < 1 - D

obtemos:

D < n1/(n1 + n2) èèèè Dmax = n

E

V2

n2

1. O conversor Forward

Desmagnetização baseada na tensão de entrada

V1 = V2 = E

= n1/(n1 + n2)

n2

n1

2. O conversor Forward

n2:n3

n1

+

-vD2

vS

+

+

-EvS

-

VS max = E+E·n1/n2 = E/(1-Dmax

VD1 max = E·n3/n1

VD2 max = E·n3/n2

Dmax = n1/(n1 + n2)

VO = D·E·n(modo contínuo)

2. O conversor Forward

VOvD1

+

-

E·n3/n1 VO

+-

max)

E·n3/n1 VO-

Durante D·T

VO-+

Durante (1-D)·T= D·E·n3/n1(modo contínuo)

3. O conversor Forward

iD2

E n2:n3

n1

iS

iL

iD1

iD3

iS

ID2 = IO·D ID1 = IO·(1-D)

Im = E·T·D2/(2·Lm) (ref. ao primário)

IS = IO·D·n3/n1 + Im ID3

3. O conversor Forward

VOD1

iOt

iL iO

iD2

iD1

i

t

t

iD2·n3/n1

TD·T

tComando

D’·T

iD3

iS

t

t

D)

(ref. ao primário)

D3 = Im

Variação de EvD2

V

n2:n3

n1

+

-

vS

+

-

vD1

+

-E

ΦΦΦΦ ΦΦΦΦΦΦΦΦ

vi/ni

+-

E/n1

ΦΦΦΦmax

E/n

Tensão alimentação

VO

ΦΦΦΦ

t

vi/ni

t+ -

E/n1

ΦΦΦΦmax

E/n2E mínimo

ΦΦΦΦ

t

vi/ni

t+-

E/n1

ΦΦΦΦmax

E/n2E máximo

t

t

n2

mínima

Existem outras formas de desmagnetizar o transformador?

Snubber RCD

VC

E

L Baixo rendimento

☺ Integração de componente parasitas

☺ Útil para retificador sincrono autoexc.

Lm

LdE

Existem outras formas de desmagnetizar o transformador?

ΦΦΦΦ

t

vi/ni

t+-

E/n1

ΦΦΦΦmax

Snubber RCDt+

-VC/n1

Baixo rendimento

Integração de componente parasitas

Útil para retificador sincrono autoexc.

Outras formas de desmagnetizar o transformador: Desmagnetização ressonante

vT

+

-E

L Pequena variação de E

☺ Integração de componentes parasitas

☺ Útil para retificador sincrono autoexc.

LmLd

E

Outras formas de desmagnetizar o transformador: Desmagnetização ressonante

vT

t+-

(Resonant reset)

Pequena variação de E

Integração de componentes parasitas

Útil para retificador sincrono autoexc.

-

Outras formas de desmagnetizar o transformador:

VC = E·D/(1

VC

E

L Dois transistores

☺ Integração de componentes parasitas

☺ Útil para retificador sincrono autoexc.

☺ Fluxo médio nulo

Lm

LdE

ΦΦΦΦt

vi/niE/n

Outras formas de desmagnetizar o transformador: Snubber ativo

(Active clamp)

= E·D/(1-D)

t+-

E/n1

VC/n1

Dois transistores

Integração de componentes parasitas

Útil para retificador sincrono autoexc.

Fluxo médio nulo

Outras formas de desmagn. o transf.: Forward com dois transistores

En1 : n2

S1D4

D3

D

D2

S2

Dmax = 0.5

VO = D·E·n2/n1 (en modo continuo)

VS1 max = VS2 max =E

VD1 max = VD2 max = E

VD3 max = VD4 max = E·n2/n1

n1 : n2D1

Outras formas de desmagn. o transf.: Conversor Forward com dois transistores

ΦΦΦΦ

t

vi/niE/n

ΦΦΦΦmaxVO

L Dois transistores

☺ Tensão máxima no transistor igual a E

vi/ni

t+-

E/n1

E/n1(en modo continuo)

Fonte com múltiplascontrolando o chaveamentooutras com regulador linear

múltiplas saídas: Uma saídachaveamento do transistor e as

linear

Pos-reguladores lineares

☺ Eficiente

L Caro

L Complexo

Fontes com múltiplas saídas baseados em um único conversor (regulação cruzada

Importanteassociadamenor

Fontes com múltiplas saídas baseados em um regulação cruzada)

• Regula-se apenas uma saída

• As outras ficam parcialmente • As outras ficam parcialmente reguladas

Importante: a impedância parasitaassociada a cada saída deve ser amenor possível

Os conversores “flyback” e “forward” com regulação cruzada

Funcionaestiver

Pior:1.Presença do indutor de filtro.2.Os modos de condução de cadasaída podem ser diferentes.

Os conversores “flyback” e “forward” com regulação cruzada

Funciona bem se o transformadorestiver bem feito

Melhorando a regulação cruzada em o conversor “forward”

n2

n4

n1

n3

Melhorando a regulação cruzada em o conversor “forward”

Os dois enrolamentosoperam no mesmomodo de conduçãomodo de condução

Condição de projeto:n1/ n2 = n3/ n4

Revisão dos conversores c.c./c.a./c.c.

Conversores com isolamento1.Push-Pull2.Meia Ponte2.Meia Ponte3.Ponte Completa

Revisão dos conversores c.c./c.a./c.c.

isolamento elétrico:

Conv. cc/cc “push-pull”

Ret. com transf. “tap” central

1. Conversor Push

Conv. cc/cc “push-pull”

Ret. com dois indutores

Conv. cc/cc “push

Ret. com transf.

Ret. em ponte

1. Conversor Push-Pull

Ret. com dois indutores

“push-pull”

Conv. cc/cc “push-pull”

Conversor “forward”

2. Conversor Push

Conversor “push-pull”

Conversor “forward”

2. Conversor Push-Pull

∆∆∆∆B

B

H

∆∆∆∆B

B

H

n1 : n2

n1

n1n2

n2

E

L

3. Conversor Push

S2 S1

n2E

O que acontece quando nenhum dos transistores conduz?

VO

• Circuito equivalente quando conduz S1:

E·n2/n1

L VO

3. Conversor Push-Pull

• Circuito equivalente quando conduz S2:

E·n2/n1

L VOO que acontece quando nenhum

L

VO

iL

D1

iL1

4. Conversor Push

D2 iL2

• Circuito equivalente quando não conduzem nem S

• Conduzem ambos diodos èèèè a tensão no transformador é zero

• As correntes iL1 e iL1devem ser tais que:

i + i = i

4. Conversor Push-Pull

Circuito equivalente quando não conduzem nem S1 nem S2:

iL1 + iL2 = iLiL1 - iL2 = iLm (sec. trans.)

VOL

S2

n1

n1

n2

n2

E

LvD

+

-S1

+

-vD1

++

D1

DD

5. Tensões no conversor “

• A tensão vD é a mesma que em um conv. “forward” com uma razão cíclica 2

èèèè VO = 2·D·E·n2/n1 (en modo continuo)

• vsmax = 2·E vD1max = vD2max = 2·E·n

E

+

-vD2

vS1

+

-

+

-vS2

D2

vS2

t

tComando

tvS1 2·E

2·E

S1 S2

VO

L

Dmax = 0.5

5. Tensões no conversor “push-pull”

é a mesma que em um conv. “forward” com uma razão cíclica 2·D

(en modo continuo)

= 2·E·n2/n1

t

t

Td·T

t

vD1

vD2

vD E·n2/n1

2·E·n2/n1

2·E·n2/n1

n1 : n2

n1

n1n2

n2

L

iL

D1

iD1

iS2

6. Correntes no conversor “

Correntes médias:

IS1 = IS2 = IO·D·(n2/n1) ID1 = ID2

S2 S1

n2E

iS1D2

iD2

D

t

tiL

Comando

iS1

t

S1 S2

VO

iO

6. Correntes no conversor “push-pull”

D2 = IO/2

t

iS2

t

iD1

t

Td·T

t

iD2

Dmax = 0.5

n1

n1E iS2

7. Conversor Push

S2 S1

iS1

• No controle por “modotransformador por assimetríascondução dos transistores

• Ideal utilizar-se o controle por

VO

∆∆∆∆B

B

H

7. Conversor Push-Pull

tensão” pode-se saturar oassimetrías na duração dos tempos de

por “modo corrente”

∆∆∆∆B

S2

n1

n2

n2E

L

vD

+

-

S1

+

-vD1

+

+

-vS2

D1

D2

E/2

E/2 D

1. Conversor em Meia Ponte (“

• A tensão vD é a metade daquela que ocorre no conversor “push-pull”èèèè VO = D·E·n2/n1 (modo contínuo)

• vsmax = E vD1max = vD2max = 2.E·n

S1

+

-vD2

vS1

+

-

D2E/2 Dmax

vS2

t

tComando

tvS1 E

E

S1 S2VOL

D

= 0.5

1. Conversor em Meia Ponte (“half bridge”)

é a metade daquela que pull”

(modo contínuo)

= 2.E·n2/n1

t

t

Td·T

t

vD1

vD2

vD E·0.5·n2/n1

2.E·n2/n1

2.E·n2/n1

max = 0.5

2. Correntes no Conversor em Meia Ponte

iD1 iL

S2

n1

n2

n2E

L

S1 i

iS2D1

D2

E/2

E/2 D

Correntes médias:

IS1 = IS2 = IO·D·(n2/n1) ID1 = ID2 = I

S1

iD2

iS1D2E/2 D

2. Correntes no Conversor em Meia Ponte

t

tiL

Comando

iS1

t

S1 S2

L

iO

VO

D = 0.5

= IO/2

t

iS2

t

iD1

t

Td·T

t

iD2

Dmax = 0.5

1. O Conversor em Ponte Completa (“bridge”)

S3

n1

n2

n2E

L

vD

+

-

S4

+

-vD1

+

+

-vS3

D1

D2

S1

S Dmax

• A tensão vD é igual aquela do conversor “push-pull”èèèè VO = 2·D·E·n2/n1 (modo contínuo)

• vsmax = E vD1max = vD2max = 2·E·n

S4

+

-vD2

vS4-

D2S2Dmax

1. O Conversor em Ponte Completa (“full

vS2, vS3

t

Comando

tvS1, vS4 E

Et

S1, S4S2, S3VO

max = 0.5

é igual aquela do conversor

(modo contínuo)

= 2·E·n2/n1

t

t

t

Td·T

t

vD1

vD2

vD E·n2/n1

2·E·n2/n1

2·E·n2/n1

max = 0.5

2. Correntes no conversor em Ponte Completa

iD1 iL

i

S3

n1

n2

n2E

L

S4

D1

D2

S1

S

iS3

Correntes médias:

IS3 = IS4 = IO·D·(n2/n1) ID1 = ID2 = I

iD2

iS4S4

D2S2 D

2. Correntes no conversor em Ponte Completa

iO

VO

t

tiL

Comando

iS1, iS4

t

S2, S3S1, S4

= IO/2

t

iS2, iS3

t

iD1

Td·T

t

iD2

Dmax = 0.5

Problemas de saturação do transformador do conversor em ponte completa

• No controle por “modotransformador por assimetríascondução dos transistores

• Soluções:

• Colocar um capacitor

• Usar controle por “modo

S2

S1CS

E

S3

S4

Problemas de saturação do transformador do conversor em ponte completa

tensão” pode-se saturar oassimetrías na duração dos tempos de

capacitor em série CSS

“modo corrente”

VO

Conversores com Barramento tipo Fonte de Corrente

Conversor c.c./c.c. “Push-Pull” alimentado em corrente

Conversores com Barramento tipo Fonte de Corrente

Conversor c.c./c.c. em ponte alimentado em corrente

n1

n1

n2

n2ES2S1

+

-vD1

v+ Dmin

1. Conversor “push-pull” alimentado em corrente

E

+-E

VO·n1/n2

E

Conduzem S1 e S2

S1 está bloqueado

Sbloqueado

+

-vD2

vS2-

t

Comando de S1

t

Comando de S2

v

tvS1 2·VO·n1/n2

VO

min = 0.5

pull” alimentado em corrente

t

vS2

t

Td·T

t

vD1 2·VO

2·VO·n1/n2

VO

vD2 2·VO

VO

VO·n1/n2

+-

S2 está bloqueado

E

Conduzem S e S

+-E

VO·n1/n2

S1 bloqueado

2. Conversor “push-pull” alimentado em corrente

S1 e S2

Aplicando o balanço “volts·segundos”

èèèè VO = E·(n2/n1)/2(1-D)

d·T

dura t1 dura t2

VO·n1/n2

+-E

S2 bloqueado

E

Conduzem S e S

pull” alimentado em corrente

S1 e S2

Aplicando o balanço “volts·segundos”

D) (modo contínuo)

(1-d)·T

dura t1 dura t2

iL

iO

n1

n1

n2

n2ES2S1

iD1

iDmin

iS1

3. Correntes no “push-pull” alimentado em corrente

iD2

iS2

IS1 = IS2 = IO·(n2/n1)/4(1-D)

ID1 = ID2 = IO/2

min = 0.5t

iL

t

Comando de S1

t

Comando de S2

pull” alimentado em corrente

Td·T

t

iD1

t

iS2

t

tiS1

iD2

E èèèè

VOèèèè

D èèèè

1-D èèèè

Modificações

VO = E·D

E VO

Buck

Conversores alimentados em tensão vs. alimentados em corrente

E èèèèn1èèèèn2èèèè

“Push-pull” alimentado em tensão

VO = 2·D·E·n2/n1

EVO

n1

n1

n2

n2

èèèè VO

èèèè E

èèèè 1-D

èèèè D

Modificações

VO = E/(1-D)

E VO

Boost

Conversores alimentados em tensão vs. alimentados em corrente

èèèè VOèèèè n2èèèè n1

“Push-pull” alimentado em corrente

VO = E·(n2/n1)/2(1-D)

EVO

n1

n1

n2

n2

Problema do desligamento do conversor “push-pull” alimentado em corrente

SS

iL

S2S1

iL

Problema do desligamento do conversor alimentado em corrente

Temos que garantir que ofluxo no indutor não seanule quando sãobloqueados S1 e S2 nomomento de desligamentomomento de desligamentodo conversor

Outro modo de desmagnetizar o indutor de entradaOutro modo de desmagnetizar o indutor de entrada

Desmagnetização em direção a

entrada

Desmagnetizaçãoem direção a

saída

A ponte completa alimentada em correnteA ponte completa alimentada em corrente

Desmagnetização em direção a entrada

Se comporta como un “push-pull”alimentado em corrente, exceto a

Desmagnetização em direção a saída

alimentado em corrente, exceto atensão máxima no transistor (queé Vo

*)

Retificador em ponte na saída

“Push-pull” alimentado em corrente“Push-pull” alimentado em corrente

Ponte completa alimentada em corrente

Retificador em ponte na saída

alimentado em correntealimentado em corrente

Ponte completa alimentada em corrente

d

i1Entrada

Como devem ser as correntes na entrada e na saída de um conversor?

i1

1 : Nt

i1

Situação ideal

1-d

i2 Saída

Como devem ser as correntes na entrada e na saída de um conversor?

i2

1 : N t

i2

Situação ideal

i1

t

i1

Buck

i1

descontínua

Corrente de entrada em cada conversor

t

i1

i1

t

Buck

i1Boostcontínua

descontínua

i

t

i2

i2

i2

contínua

Corrente de entrada em cada conversor

t

i2

t

i2

Buck-boost

i2Boost

descontínua

descontínua

Filtrando a corrente descontínua de um conversor

Boost

Buck-Boost

Buck

Filtrando a corrente descontínua de um conversor

V1 V2< V1

Conversores reversíveis

Fluxo de potência

Redutor / elevador

V1 V

Conversores reversíveis

Fluxo de potência

Red.-elev. / Red.-elev.

V1 V2

Retificador síncrono

• Em conversores com tensãoe correntes muito elevadas (>diodo retificador, vis a vis datorna difícil o controle da tensão

• A queda de tensão de umenquanto que a do diodo Schotky

• Solução: Retificador síncronotensão inferior a 0,1V

Retificador síncrono

tensão de saída baixa (≈ 1,2 a 5V)>20A), a queda de tensão no

da tensão de saída, é elevada etensão de saída.

diodo PIN é da ordem de 1,0VSchotky é de 0,5V.

síncrono apresenta queda de

FontePorta

pn-

Curto circuito n+p

Diodo parasita

Retificador Síncrono

Dreno

n+n-

O transistor MosFet é utilizado como diodo, graças a pequena r

Curto circuito p

Diodo parasita

Retificador Síncrono

O transistor MosFet é utilizado como diodo, graças a pequena rdson

Retificador Síncrono autoexcitado (V

Retificação convencional

Retificador Síncrono autoexcitado (Vsaida < 5V)

Retificação convencional Retificação síncrona

Retificador Síncrono autoexcitado (VRetificadores de meia onda

Retificação convencional

Retificador Síncrono autoexcitado (Vsaida < 5V) Retificadores de meia onda

Retificação síncrona

Conversor Meia Ponte assimétrico

1-D

D

D·E

(1-D)·E

E

(1-D)·E D

1-DE

D·E

Conversor Meia Ponte assimétrico

Meia ponte com controle Meia ponte com controle complementar

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