conversores buck boost
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Conversores CC-CC Não Isolados
• Buck (abaixador)
• Boost (elevador)
• Buck-boost (abaixador-elevador)
• Conversores em ponte
� Reversível em corrente
� Reversível em tensão e corrente
2Prof. Cassiano Rech
Introdução
• Os conversores buck e boost são também denominados de conversores
CC-CC diretos, pois existe transferência direta de potência da entrada para
a saída do conversor
• O conversor buck alimenta uma carga com características de fonte de
corrente contínua, a partir de uma fonte de tensão contínua
• O conversor boost alimenta cargas com característica de fonte de tensão • O conversor boost alimenta cargas com característica de fonte de tensão
contínua, a partir de uma fonte de corrente contínua
3Prof. Cassiano Rech
S
D
IL Vo
BOOST
S
DVin Io
BUCK
Introdução
• O conversor buck-boost combina as características de entrada de um
conversor buck e as características de saída de um conversor boost
• No conversor buck-boost, a tensão média de saída pode ser maior, igual ou menor que a tensão de entrada, porém com a polaridade invertida
• O conversor buck-boost (abaixador-elevador) apresenta característica de
4Prof. Cassiano Rech
• O conversor buck-boost (abaixador-elevador) apresenta característica de
fonte de tensão tanto na entrada quanto na saída
• Não pode ocorrer a transferência direta de energia da entrada para a saída,
sendo necessária a inclusão de um componente acumulador (com
característica de fonte de corrente) para transferir a energia da entrada para
a saída
• Devido à isso, o conversor buck-boost pertence a classe de conversores
CC-CC indiretos
Conversor buck-boost:
Estrutura básica
• Diferentes representações do conversor buck-boost
V
S D io _
V
iDiS
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Vin RL
iL
Vo
+
C
Vin L
DS iS iD
Vo
iL
Conversor buck-boost:
Condução contínua
1ª ETAPA: Carga do indutor0 ≤ t ≤ ton
2ª ETAPA: Descarga do indutorton ≤ t ≤ T (0 ≤ t ≤ toff)
V L
DS iS iD
V V L
DS iS iD
V
6Prof. Cassiano Rech
Lin
diV L
dt= = −L
o
diL V
dt
minin
L
Vi I t
L= + = −max
oL
Vi I t
L
Vin L Vo
iL
Vin L Vo
iL
FORMAS DE ONDA
Conversor buck-boost:
Condução contínua
7Prof. Cassiano Rech
GANHO ESTÁTICO
( )− − =1 0in oV DT V D T
Conversor buck-boost:
Condução contínua
Em regime permanente, o valor
médio da tensão no indutor é nulo:
7
8
9
10
8Prof. Cassiano Rech
D < 0,5 ���� Conversor abaixadorD > 0,5 ���� Conversor elevador
( )− − =1 0in oV DT V D T
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
1
2
3
4
5
6
7
M D( )
D
CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO INTERRUPTOR E NO DIODO
Corrente média no interruptor
Conversor buck-boost:
Condução contínua
=S inI I
Corrente média no diodo
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** Equações válidas para pequenas
ondulações de corrente (∆I < 20%ILméd)
Corrente eficaz no interruptor** Corrente eficaz no diodo**
S in
Corrente média no indutor
= +Lméd in oI I I
ONDULAÇÃO DA CORRENTE DE ENTRADA
Ao final da 1ª etapa (t = ton) io = Imax:
Conversor buck-boost:
Condução contínua
= +max mininV
I I DTL
10Prof. Cassiano Rech
= +max minI I DTL
VALORES MÁXIMOS E MÍNIMOS DE CORRENTE
∆= +max
2Lméd
II I
∆= −min
2Lméd
II I
DETERMINAÇÃO DO VALOR DO CAPACITOR
Conversor buck-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:
11Prof. Cassiano Rech
Dessa forma, pode-se determinar o valor do capacitor por:
Co
on
VI C
t
∆=
CÁLCULO DA INDUTÂNCIA CRÍTICA
Conversor buck-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):
12Prof. Cassiano Rech
ou:
Se o valor do indutor é menor que LCRIT o conversor opera em condução descontínua
Conversor buck-boost:
Condução descontínua
Vin L
DS iS iD
Vo
iL
DS iS iD
13Prof. Cassiano Rech
Vin L
DS iS iD
Vo
iL
Vin L
DS iS iD
Vo
iL
GANHO ESTÁTICO EM CONDUÇÃO DESCONTÍNUA
=o
in d
V DT
V t
(*)
Em regime permanente, o valor médio da tensão no indutor é nulo:
− = 0in o dV DT V t
Conversor buck-boost:
Condução descontínua
14Prof. Cassiano Rech
in dV t
Além disso, em condução descontínua a corrente média na saída é:
= =
2max
2 2
L d o do
I t V tI
T LT=
2d
LTt
R(**)
Ganho estáticoem conduçãodescontínua
Usando (*) e (**):
CARACTERÍSTICA DE SAÍDA
D = 0,6
o
in
V
V
10
12
D = 0,9
Conversor buck-boost:
Condução descontínua
15Prof. Cassiano Rech2
R
f L
D = 0,2
D = 0,4
0 2 4 6 8 10 12 140
2
4
6
8
D = 0,8
Bibliografia
• 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
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• 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/>.
Prof. Cassiano Rech