conversores buck boost

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Eletrnica de Potncia II

Captulo 2

Prof. Cassiano Rech cassiano@ieee.org

Prof. Cassiano Rech

1

Conversores CC-CC No Isolados Buck (abaixador) Boost (elevador) Buck-boost (abaixador-elevador) Conversores em ponteReversvel em corrente Reversvel em tenso e corrente

Prof. Cassiano Rech

2

Introduo Os conversores buck e boost so tambm denominados de conversores CC-CC diretos, pois existe transferncia direta de potncia da entrada para a sada do conversor O conversor buck alimenta uma carga com caractersticas de fonte de corrente contnua, a partir de uma fonte de tenso contnua O conversor boost alimenta cargas com caracterstica de fonte de tenso contnua, a partir de uma fonte de corrente contnuaBUCK BOOST

S

D

Vin

D

Io

IL

S

Vo

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3

Introduo O conversor buck-boost combina as caractersticas de entrada de um conversor buck e as caractersticas de sada de um conversor boost No conversor buck-boost, a tenso mdia de sada pode ser maior, igual ou menor que a tenso de entrada, porm com a polaridade invertida O conversor buck-boost (abaixador-elevador) apresenta caracterstica de fonte de tenso tanto na entrada quanto na sada No pode ocorrer a transferncia direta de energia da entrada para a sada, sendo necessria a incluso de um componente acumulador (com caracterstica de fonte de corrente) para transferir a energia da entrada para a sada Devido isso, o conversor buck-boost pertence a classe de conversores CC-CC indiretos

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4

Conversor buck-boost: Estrutura bsica Diferentes representaes do conversor buck-boostiS D iD io

S Vin

_ Vo + S iS D iD

L iL

C

R

Vin iLProf. Cassiano Rech

L

Vo

5

Conversor buck-boost: Conduo contnua1 ETAPA: Carga do indutor 0 t ton S iS D iD 2 ETAPA: Descarga do indutor ton t T (0 t toff) S iS D iD

Vin iL

L

Vo

Vin iL

L

Vo

diL Vin = L dt Vin i L = Imin + t LProf. Cassiano Rech

L

di L = Vo dt Vo t L6

i L = Imax

Conversor buck-boost: Conduo contnuaFORMAS DE ONDA

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7

Conversor buck-boost: Conduo contnuaGANHO ESTTICOEm regime permanente, o valor mdio da tenso no indutor nulo:10 9 8 7 6 M ( D) 5 4 3 2 1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 D 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Vin DT Vo (1 D )T = 0

D < 0,5 D > 0,5Prof. Cassiano Rech

Conversor abaixador Conversor elevador8

Conversor buck-boost: Conduo contnuaCORRENTES MDIA E EFICAZ NO INTERRUPTOR E NO DIODOCorrente mdia no interruptor Corrente mdia no diodo

IS = IinCorrente mdia no indutor

ILmd = Iin + Io

Corrente eficaz no interruptor**

Corrente eficaz no diodo**

** Equaes vlidas para pequenas ondulaes de corrente (I < 20%ILmd)Prof. Cassiano Rech 9

Conversor buck-boost: Conduo contnuaONDULAO DA CORRENTE DE ENTRADAAo final da 1 etapa (t = ton) io = Imax:

Imax

Vin = Imin + DT L

VALORES MXIMOS E MNIMOS DE CORRENTE

Imax = ILmd Imin = ILmdProf. Cassiano Rech

I + 2 I 210

Conversor buck-boost: Conduo contnuaDETERMINAO DO VALOR DO CAPACITORSeja Vc a ondulao da tenso no capacitor, que igual ondulao da tenso na sada do conversor Vo, uma vez que o capacitor conectado em paralelo com a carga. Durante a primeira etapa o capacitor est sendo descarregado pela ao da corrente de carga (Io). Assim:

VC Io = C tonDessa forma, pode-se determinar o valor do capacitor por:

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Conversor buck-boost: Conduo contnuaCLCULO DA INDUTNCIA CRTICAPara garantir a operao em conduo contnua, o mnimo valor da corrente no indutor deve ser maior do que zero. Pode-se determinar o mnimo valor de indutor que garante esta condio, fazendo-se a corrente mnima igual a zero (conduo crtica):

ou:

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12

Conversor buck-boost: Conduo descontnuaS Vin iL S Vin iL S Vin iLProf. Cassiano Rech 13

iS

D L

iD Vo

Se o valor do indutor menor que LCRIT o conversor opera em conduo descontnua

iS

D L

iD Vo

iS

D L

iD Vo

Conversor buck-boost: Conduo descontnuaGANHO ESTTICO EM CONDUO DESCONTNUAEm regime permanente, o valor mdio da tenso no indutor nulo:

Vin DT Vo td = 0

Vo DT = Vin td

(*)

Alm disso, em conduo descontnua a corrente mdia na sada :

Io =

IL max td 2T

Vo td 2 = 2LT

td =

2LT R

(**)

Usando (*) e (**): Ganho esttico em conduo descontnuaProf. Cassiano Rech 14

Conversor buck-boost: Conduo descontnuaCARACTERSTICA DE SADAVo Vin12

10

D = 0,9

D = 0,6

8

6

D = 0,4 D = 0,8

4

D = 0,22

0

0

2

4

6

8

10

12

14

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R 2f L

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Bibliografia Ivo Barbi, Conversores CC-CC Bsicos No Isolados. Muhammad H. Rashid, Eletrnica de Potncia: Circuitos, Dispositivos e Aplicaes. R. W. Erickson, D. Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, Second edition. Jos A. Pomilio, Eletrnica de Potncia, UNICAMP. Disponvel em: .

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