conversores cc-cc buck 2013

A análise em regime estático serve para dimensionar os componentes do circuito, tais como indutores, capacitores,transformadores, diodos, transistores, entre outros.

Essa análise supõe o funcionamento sem variação de tensão de entrada, corrente de saída e largura de pulso fixa.

Também é suposto que a ondulação provocada pelo chaveamento dos semicondutores é muito menor que a tensão de saída.

Prof: Me Emerson Martins

Os conversores Buck, Boost e Buck-Boost são os mais simples e conhecidos.

Os transistores são chamados chaves ativas, e os diodos chaves passivas.

Outros conversores são oriundos dos citados acima, tais como forward, half-bridge e full-bridge.


CONVERSÃO BUCK

É utilizado quando deseja-se redução de tensão na saída em ralação da tensão de entrada.


CONVERSÃO BUCK

A tensão de saída é de mesma polaridade.

O circuito L1 C1 forma um filtro passa baixa, assim a tensão de ondulação de saída é atenuada.

A tensão de entrada tem alto índice de ruído.


CONVERSÃO BUCK

Quando o transistor T1 satura, a tensão de entrada Ve é conectada diretamente ao circuito L1, C1 e Rs.

Durante esse período, o diodo está inversamente polarizado, não influenciando no circuito.

O transistor permanece conduzindo por um período D.Ts.

Onde D é a largura de pulso dado por:

A frequência de saída = Fs=(1/Ts)


Ts

TonD

CONVERSÃO BUCK

Quando T1 corta, o diodo passa a conduzir e a tensão Ve se desliga do circuito.


CONVERSÃO BUCK

A tensão Vce (sat) só pode ser desprezada se for muito menor que Ve.

A tensão Vf (diodo) só pode ser desprezada se for muito menor que a tensão de saída.

A forma de onda da corrente no indutor tem formato triangular, e o valor médio dessa corrente é a corrente de saída.


CONVERSÃO BUCK

Como a tensão em um indutor é dada por:

A tensão no indutor durante o tempo Ton é:

A tensão no indutor durante o tempo Toff é:


TsDVVVV SSATCEeL .).( )(1

TsDVVV FSL ).1).((1

dt

diLVL .11

CONVERSÃO BUCK

Logo podemos igualar a variação de corrente máxima com a corrente mínima (sinais opostos).

Logo temos:

Desprezando VCESAT e Vf: [x]


1

)( .).(

L

TsDVVVII

SSATCEe

mM

1

).1).((

L

TsDVVII FS

Mm

es VDV .

))1(().().( VfDDVVeDV cesatS

CONVERSÃO BUCK

Como na equação anterior não temos corrente, teoricamente a corrente de saída não influencia na largura de pulso.

Na prática, a variação de corrente na saída altera mesmo que em pequeno valor a largura do pulso, pois Vf e Vce(sat), podem variar com a variação de corrente.

Se a corrente nas chaves for nula simultaneamente, dizemos que o conversor está funcionando no modo descontínuo de corrente.


CONVERSÃO BUCK

Pode se calcular a corrente mínima de saída para que o conversor opere em modo contínuo, fazendo Im=0 na equação a seguir.

Dizemos que um conversor está operando em modo contínuo quando a soma das correntes nas chaves é diferente de zero.


CONVERSÃO BUCK

Se puder desprezar VCE(SAT) e Vf temos.

[y]

Substituindo x em y, temos:

Para manter o conversor no modo contínuo, ou seja, o valor de D na equação acima deve ser calculado quando a tensão de entrada for mínima, isto é, com D máximo e a corrente não poderá ser menor que Ismin.


FsL

VDDI e

s.2

)).1.(

1

min

FsL

DVI S

s.2

)1(

1

min

CONVERSÃO BUCK

Exercícios

1) Calcule a variação de largura de pulso para um conversor BUCK, no modo contínuo de corrente, onde a tensão de entrada varie de 10 à 20V, e a tensão de saída desejada é de 5V.

Calcule também o valor do indutor para que o conversor opere em modo contínuo.

Dados:


AI

VsatVce

VVf

KHz

S 1

8,0)(

6,0

20ochaveament de freq

min

CONVERSÃO BUCK

Exercícios

2) Calcule a variação de largura de pulso para um conversor BUCK, no modo contínuo de corrente, onde a tensão de entrada varie de 15 à 25V, e a tensão de saída desejada é de 5V.

Calcule também o valor do indutor para que o conversor opere em modo contínuo.

Dados:


mAI

VsatVce

VVf

KHz

S 500

8,0)(

6,0


min

CONVERSÃO BUCK (capacitor de filtro)

O capacitor C1, serve para diminuir a ondulação sobre a carga, causada pela componente alternada do indutor.

Definindo a ondulação na carga, pode-se calcular o capacitor por:


2

1

(max)

.1.8

.min1.min

FsCL

VeDDVc

CONVERSÃO BUCK

Exercícios

3) Para o exercício 1 calcule o valor do capacitor para que a ondulação na carga seja de +/- 1%.

4) Para o exercício 2 calcule o valor do capacitor para que a ondulação na carga seja de +/- 1%.

5) projetar o indutor para a seguinte aplicação:


EE TIPO FERRITE DE NÚCLEO

30

50

3

25

20

0CT

KHZf

AI

AI

HL

ACPICO

DC

6) Efetuar o projeto do indutor para o exercício 2, com os dados:

7) Efetuar o projeto do conversor BUCK para os seguintes dados:


)calculado ja(125

1

500

8,0)(

6,0


)(

HL

AI

mAI

VsatVce

VVf

KHz

PICOAC

DC

%112

30 20

5

5,0

1)(

5,0


VV

VàV

AI

AI

VsatVce

VVf

KHz

S

E

S

SMIN

conversores cc-cc buck 2013

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