Conversores CC-CC Isolados
• Flyback
• Forward
• Conversores em ponte isolados
� Meia-ponte
� Ponte completa
• Push-pull
2Prof. Cassiano Rech
Conversor em meia-ponte (half-bridge):
Estrutura básica
• Aplicações de maior potência, quando comparado com o flyback e o forward
• Derivado do conversor buck
• Tensão do barramento CC deve ser dividida em duas tensões iguais
• Razão cíclica é limitada em 0,5
• Não existe necessidade de incluir um circuito para desmagnetização do núcleo
3Prof. Cassiano Rech
S1
L
S2 D2
iLR
Vin
2
Vin
2
C
D1
D4
D3
NP
NS
NS
+
vo
_+
vP
_
+
va
_
� 1ª etapa: O interruptor S1 é acionado e a tensão no enrolamento primário é igual à Vin/2. O diodo D3 está diretamente polarizado, ocorrendo a carga linear do indutor L e transferência de energia para a carga. O diodo D4 está reversamente polarizado e, portanto, bloqueado
Conversor em meia-ponte (half-bridge):
Etapas de operação
S1
L
S2 D2
iLR
Vin
2
Vin
2
C
D1
D4
D3
NP
NS
NS
+
vo
_+
vP
_
4Prof. Cassiano Rech
+
va
_
� 2ª etapa: Os dois interruptores estão abertos e a tensão no primário (e nos secundários) cai a zero. O diodo D4 é diretamente polarizado. Cada diodo, D3e D4, conduz metade da corrente do indutor nesta etapa de roda livre.
Conversor em meia-ponte (half-bridge):
Etapas de operação
5Prof. Cassiano Rech
S1
L
S2 D2
iLR
Vin
2
Vin
2
C
D1
D4
D3
NP
NS
NS
+
vo
_+
vP
_
+
va
_
Conversor em meia-ponte (half-bridge):
Etapas de operação
� 3ª etapa: O interruptor S2 é acionado e a tensão no enrolamento primário é igual à -Vin/2. O diodo D4 está diretamente polarizado, ocorrendo a carga linear do indutor L e transferência de energia para a carga. O diodo D3 está reversamente polarizado e, portanto, bloqueado
6Prof. Cassiano Rech
S1
L
S2 D2
iLR
Vin
2
Vin
2
C
D1
D4
D3
NP
NS
NS
+
vo
_+
vP
_
+
va
_
Conversor em meia-ponte (half-bridge):
Etapas de operação
� 4ª etapa: Os dois interruptores estão abertos e a tensão no primário (e nos secundários) cai a zero. O diodo D3 é diretamente polarizado. Cada diodo, D3e D4, conduz metade da corrente do indutor nesta etapa de roda livre.
7Prof. Cassiano Rech
S1
L
S2 D2
iLR
Vin
2
Vin
2
C
D1
D4
D3
NP
NS
NS
+
vo
_+
vP
_
+
va
_
Conversor em meia-ponte (half-bridge):
Ganho estático (condução contínua)
( )Lv t
t
DT
2Sin
o
P
NVV
N−
9Prof. Cassiano Rech
o S
in P
V ND
V N=
O valor médio da tensão na indutância L é nulo:
( )1 20
2 2Sin
o o
P
DNVV DT V T
N
− − − =
onde:D é a razão entre o tempo de condução ton e o período de comutação do interruptor (T).
T
DT
oV−
Conversor em meia-ponte (half-bridge):
Capacitor série
• Desigualdades nas fontes de tensão de entrada ou nos tempos de comutação dos interruptores podem provocar o aparecimento de uma componente contínua na tensão e, conseqüentemente, na corrente no primário
• Essa corrente contínua provocaria a saturação do núcleo e uma provável falha no conversor
• Assim, nos conversores half-bridge e full-bridge é comum empregar-se um capacitor em série com o primário do transformador para impedir a circulação de componentes
10Prof. Cassiano Rech
em série com o primário do transformador para impedir a circulação de componentes contínuas de corrente
• É importante que seja empregado um capacitor para tensão alternada de baixas perdas (polipropileno)
CS
NP
NS
NS2
2 2
4S
P
S
CN
f LN
=
π
Conversor em ponte completa (full-bridge):
Estrutura básica
• Também derivado do conversor buck
• Aplicações de maior potência, quando comparado com o half-bridge
• Possui um maior número de semicondutores, mas são submetidos a menores esforços de tensão ou corrente
• Razão cíclica é limitada em 0,5
• Não existe necessidade de incluir um circuito para desmagnetização do núcleo
11Prof. Cassiano Rech
S1
L
S2 D2
iLR
Vin
C
D1
D6
D5
NP
NS
NS
+
vo
_+
vP
_
S3
S4 D4
D3CS
+
va
_
� 1ª etapa: Os interruptores S1 e S4 são acionados e a tensão no enrolamento primário é igual à Vin. O diodo D5 está diretamente polarizado, ocorrendo a carga linear do indutor L e transferência de energia para a carga. O diodo D6está reversamente polarizado e, portanto, bloqueado
Conversor em ponte completa (full-bridge):
Etapas de operação
S1
L
S2 D2
iLR
Vin
C
D1
D6
D5
NP
NS
NS
+
vo
_+
vP
_
S3
S4 D4
D3CS
+
va
_
12Prof. Cassiano Rech
� 2ª etapa: Todos os interruptores estão abertos e a tensão no primário (e nos secundários) cai a zero. O diodo D6 é diretamente polarizado. Cada diodo, D5e D6, conduz metade da corrente do indutor nesta etapa de roda livre.
Conversor em ponte completa (full-bridge):
Etapas de operação
13Prof. Cassiano Rech
S1
L
S2 D2
iLR
Vin
C
D1
D6
D5
NP
NS
NS
+
vo
_+
vP
_
S3
S4 D4
D3CS
+
va
_
� 3ª etapa: Os interruptores S2 e S3 são acionados e a tensão no enrolamento primário é igual à -Vin. O diodo D6 está diretamente polarizado, ocorrendo a carga linear do indutor L e transferência de energia para a carga. O diodo D5está reversamente polarizado e, portanto, bloqueado
Conversor em ponte completa (full-bridge):
Etapas de operação
14Prof. Cassiano Rech
S1
L
S2 D2
iLR
Vin
C
D1
D6
D5
NP
NS
NS
+
vo
_+
vP
_
S3
S4 D4
D3CS
+
va
_
Conversor em ponte completa (full-bridge):
Etapas de operação
� 4ª etapa: Todos os interruptores estão abertos e a tensão no primário (e nos secundários) cai a zero. O diodo D5 é diretamente polarizado. Cada diodo, D5e D6, conduz metade da corrente do indutor nesta etapa de roda livre.
15Prof. Cassiano Rech
S1
L
S2 D2
iLR
Vin
C
D1
D6
D5
NP
NS
NS
+
vo
_+
vP
_
S3
S4 D4
D3CS
+
va
_
Conversor em ponte completa (full-bridge):
Ganho estático (condução contínua)
( )Lv t
t
DT
Sin o
P
NV V
N−
17Prof. Cassiano Rech
2o S
in P
V ND
V N=
O valor médio da tensão na indutância L é nulo:
( )1 20
2S
in o o
P
DNV V DT V T
N
− − − =
onde:D é a razão entre o tempo de condução ton e o período de comutação do interruptor (T).
T
DT
oV−
Bibliografia
• I. Barbi, “Conversores CC-CC Básicos Não Isolados”.
• I. Barbi, “Projetos de fontes chaveadas”
• R. W. Erickson, D. Maksimovic, “Fundamentals of Power
Electronics”, Second edition.
18
Electronics”, Second edition.
• Mohan et. all., “Power Electronics: Converters,
applications and design”, Second edition.
Prof. Cassiano Rech