conversores dc-dc conversor boost projeto itasat claudinei de jesus donato

Conversores DC-DC

Conversor Boost

Projeto ITASATClaudinei de Jesus Donato

04/10/2006 Claudinei J. Donato 2

Conversor Elevador de Tensão (Step-Up ou Boost)

Diagrama básico:

Vi

L

CR

D

T

Vo

-

+Ii

ID

VT

IL IoIC

VC

VD

IT


Modos de Operação Se a corrente no indutor não zerar,

durante a condução do diodo, dizemos que o conversor está operando em modo de condução contínua;

Caso chegue a zero, opera em modo de condução descontínua;

A condução crítica ocorre quando a corrente chega a zero exatamente no final do período de condução do diodo.


Condução Contínua

(1)

..

.

0

1

L

TDVViI

TD

II

t

I

dt

dI

T

tD

Vdt

dILVi

TL

LminLmáx

c

LL

TL

Vi

L

CR

T

Vo

-

+Ii

VT

IL IoIC

VC

IT



(2) ).1).((

).1( 1

0

2

L

TDViVVoI

TD

II

t

I

dt

dI

T

tD

VoVdt

dILVi

DL

LminLmáx

o

LL

DL

Vi

L

CR

D

Vo

-

+IL IoIC

VC

VD



t1

T

t2 Time

V(T)

0V

10V

20V

SEL>>

I(D1) -I(R1)0A

1.0A

2.0AI(S1:3)

0A

1.0A

2.0AI(L1)

1.0A

1.5A

2.0A


Condução Contínua Ciclo de trabalho (D):

Igualando as equações 1 e 2:

Vo

ViVoDVV

VVVo

ViVVoD

DViDVDVoViVVoDVDViL

TDViVVo

L

TDVVi

TD

TD

D

DDT

DT

0

(3)

.....

).1).((

..


Condução Contínua Para indutância crítica, analisamos circuito em

modo de condução crítica, isto é, ILmin = 0:

(6) ..2

)1.().(

:5 e 4 3, Usando

(5) 2

1.Is

(4) ).1).((

:2 equação Da

2

fIo

DDVVVoL

DIIL

TDViVVoI

min

TDCR

LminLmáx

DLmáx


Condução Contínua Analisando a equação da indutância crítica (6),

para determinar o ponto de máximo, temos:

com valor máximo em:

Assim temos que a indutância crítica é:

(7) .

)(

27

2

fIo

VVVoL

min

TDCR

2)1.()( DDDf

3

1D


Condução Contínua Análise da indutância crítica:

Modo Descontínuo

000,0E+0

20,0E-6

40,0E-6

60,0E-6

80,0E-6

100,0E-6

120,0E-6

140,0E-6

160,0E-6

180,0E-6

200,0E-6

0

0,05 0,1

0,15 0,2

0,25 0,3

0,35 0,4

0,45 0,5

0,55 0,6

0,65 0,7

0,75 0,8

0,85 0,9

0,95 1

D

Lcr

Modo Contínuo

L

Lcr 3

1D


Condução Contínua Cálculo da Indutância:

L é definido a partir da ondulação de corrente devido a limitação de corrente das chaves.

(8) .

)1.().(

: temos3, equação a Com

.

)1).((

:2 equação Da

fI

DDVVVoL

fI

DViVVoL

Lmáx

TD

L

D



Cálculo da capacitância de saída:

(9) .

..

e .

fVo

DIoC

TD

VoCIo

VodVIoITDdtdt

dVCI

CC

CC


Condução Contínua A ondulação da tensão de saída é devido

duas componentes: Freqüência de chaveamento e capacitância de

saída; Resistência série equivalente (RSE) do capacitor

de saída. Geralmente a componente devido o RSE é

significativamente maior. Assim, é ela que normalmente define a capacitância;

Após cálculo da RSE, procura-se capacitor que atenda as duas especificações, C e RSE.



Cálculo simplificado da RSE:

(11) ..2

1..

1

:5 e 2 De

(10)

. .

fL

DDVVVo

D

IoI

I

VoR

IIoIoII

IRVoIRV

TDLmáx

LmáxSE

LmáxLmáxC

CSECSERSE


Condução Contínua Corrente de entrada (Ii):

(12)

2

.DIIIi LminLmáx


Condução Contínua Valores de tensão e corrente para as chaves,

ainda devem ser consideradas as sobretensões e sobrecorrentes do circuito:

(17)

(16)

(15) 2

.

(14)

(13)

, LmáxTmáxD

Dmed

LmínLmáxTmed

TD

DT

II

IoI

DIII

VVoV

VVoV


Condução Descontínua

(18)

..

: temos1, equação Da

1

11

L

TDVViI

T

tD

TLmáx

Vi

L

CR

T

Vo

-

+Ii

VT

IL IoIC

VC

IT



(19) .).(

: temos2, equação Da

2

22

L

TDViVVoI

T

tD

DLmáx

Vi

L

CR

D

Vo

-

+IL IoIC

VC

VD



TimeI(L1)

0A

8.0A

SEL>>

I(D1) -I(R1)0A

8.0AI(S1:3)

0A

8.0AV(T)

0V

25V

t1 t2 t3T


Condução Descontínua Ciclo de trabalho do diodo:

(21) ...2

:20 e 19 equações Das

(20) 2

.

:saída de Corrente

2

2

ViVVo

fLIoD

DIIo

D

Lmáx


Condução Descontínua Ciclo de trabalho do transistor:

(23) ).(...21

:22 e 21 De

(22) .

:19 e 18 Igualando

1

21

21

ViVVofLIoVVi

D

)V(Vi

DVi)V(VoD

L

.TVi).DV(Vo

L

.T).DV(Vi

DT

T

D

DT


Condução Descontínua A indutância crítica é calculada conforme a

equação 6, mas utilizamos agora, a corrente máxima de saída para sua definição:

Torna-se necessário a análise do gráfico L x D, para confirmar se o indutor escolhido permitirá que o conversor opere em modo descontínuo, para toda faixa de D1.

(24) ..2

)1.().(

:6 equação Da2

11

fIo

DDVVVoL

máx

TDCR


Condução Descontínua A partir da indutância critica, podemos

escolher um valor para nosso indutor e calcular a corrente máxima que circulará pelo indutor e chaves;

A corrente máxima pode ser calculada a partir da equação 20;

(25) .2

2mínLmáx D

IoI



Cálculo da capacitância de saída:

(10)

(26) .

.

:9 equação dapartir A

1

Lmáx

CSE I

ΔVR

fVo

DIoC


Condução Descontínua Para as chaves temos as equações já

apresentadas com uma pequena mudança na corrente média do transistor:

(27) 2

.

(17)

(16)

(14)

(13)

1

,

DII

II

IoI

VVoV

VVoV

LmáxTmed

LmáxTmáxD

Dmed

TD

DT


Referências BARBI, Ivo; MARTINS, Denizar Cruz. Eletrônica de

Potência: Conversores CC-CC Básicos não Isolados. Florianópolis: UFSC, 2000. 377 p.

MELLO, Luiz F. P.. Análise e Projetos de Fontes Chaveadas. São Paulo, Ed. Érica, 1996. 487 p.

SEVERNS, Rudolf P.; BLOOM, Gordon (Ed). Modern DC-TO-DC Switchmode Power Converter Circuits. New York: Van Nostrand Reinhold, 1985. 342 p. (Van Nostrand Reinhold Electrical/Computer Science and Engineering Series).

ERICKSON, R. W.; MAKSIMOVIC, D.. Fundamentals of Power Electronics. 2th ed. Boulder, Usa: Springer, 2001. 912 p.

POMILIO, José Antenor. Fontes Chaveadas. Apostila. Disponível em http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/ . Acesso em 04 out. 2006.

conversores dc-dc conversor boost projeto itasat claudinei de jesus donato

Documents