conversores buck boost

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Eletrônica de Potência II Capítulo 2 Prof. Cassiano Rech [email protected] 1 Prof. Cassiano Rech

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Page 1: Conversores Buck Boost

Eletrônica de Potência II

Capítulo 2

Prof. Cassiano [email protected]

1Prof. Cassiano Rech

Page 2: Conversores Buck Boost

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

Page 3: Conversores Buck Boost

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

Page 4: Conversores Buck Boost

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

Page 5: Conversores Buck Boost

Conversor buck-boost:

Estrutura básica

• Diferentes representações do conversor buck-boost

V

S D io _

V

iDiS

5Prof. Cassiano Rech

Vin RL

iL

Vo

+

C

Vin L

DS iS iD

Vo

iL

Page 6: Conversores Buck Boost

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

Page 7: Conversores Buck Boost

FORMAS DE ONDA

Conversor buck-boost:

Condução contínua

7Prof. Cassiano Rech

Page 8: Conversores Buck Boost

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

Page 9: Conversores Buck Boost

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

9Prof. Cassiano Rech

** 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

Page 10: Conversores Buck Boost

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

Page 11: Conversores Buck Boost

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

∆=

Page 12: Conversores Buck Boost

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:

Page 13: Conversores Buck Boost

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

Page 14: Conversores Buck Boost

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 (**):

Page 15: Conversores Buck Boost

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

Page 16: Conversores Buck Boost

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