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Eletrônica de Potência Conversores CC-CC Prof. Alessandro Batschauer 1 Prof. Cassiano Rech

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Eletrônica de Potência

Conversores CC-CC

Prof. Alessandro Batschauer

1 Prof. Cassiano Rech

Conversores CC-CC Não Isolados

• Buck (abaixador)

• Boost (elevador)

• Buck-boost (abaixador-elevador)

• Conversores em ponte

Reversível em corrente

Reversível em tensão e corrente

2

• 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

• contínua, a partir de uma fonte de corrente contínua

3

Introdução

Introdução

4

• 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

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

5

Conversor buck-boost:

Estrutura básica

Diferentes representações do conversor buck-boost

6

FORMAS DE ONDA

Conversor buck-boost:

Condução contínua

7

GANHO ESTÁTICO

Conversor buck-boost:

Condução contínua

Em regime permanente, o valor

médio da tensão no indutor é nulo:

𝑉𝑖𝑛𝐷𝑇 − 𝑉𝑜 1 − 𝐷 𝑇 = 0

8

CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO

INTERRUPTOR E NO DIODO

Corrente média no interruptor

** Equações válidas para pequenas ondulações

de corrente (I < 30%ILmed), onde ILmed = Iin

Corrente eficaz no interruptor**

Corrente eficaz no diodo**

Conversor buck-boost:

Condução contínua

Corrente média no diodo

Corrente média no indutor

=

9

ONDULAÇÃO DA CORRENTE

DE ENTRADA

Ao final da 1ª etapa (t = ton) io = Imax:

Conversor buck-boost:

Condução contínua

inVI D

Lf max min

inVI I DT

L

VALORES MÁXIMOS E

MÍNIMOS DE CORRENTE

max1 2

o inI DV

ID Lf

min1 2

o inI DV

ID Lf

max

inV DL

I f

10

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:

Dessa forma, pode-se determinar o valor do capacitor por:

o

C

I DC

V f

Co

on

VI C

t

11

CÁLCULO DA

INDUTÂNCIA CRÍTICA

1

2

in

crit

o

V D DL L

f I

ou:

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):

01 2

o inI DV

D Lf

12

Se o valor do indutor é menor que LCRIT o

conversor boost opera em condução descontínua

Conversor buck-boost:

Condução descontínua

13

GANHO ESTÁTICO EM

CONDUÇÃO DESCONTÍNUA

(**)

Ganho estático

em condução

descontínua

Em regime permanente, o valor médio da tensão no indutor é nulo:

Além disso, em condução descontínua a corrente média na saída é:

Usando (*) e (**):

Conversor buck-boost:

Condução descontínua

14

Conversor buck-boost:

Condução descontínua

CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO

INTERRUPTOR

Corrente média no interruptor

Corrente eficaz no interruptor

𝐼𝑠 =1

𝑇 𝑉𝑖𝑛𝑡

𝐿𝑑𝑡

𝐷𝑇

0

𝐼𝑠(𝑅𝑀𝑆) =1

𝑇

𝑉𝑖𝑛𝑡

𝐿

2

𝑑𝑡

𝐷𝑇

0

𝐼𝑠 =𝑉𝑖𝑛 𝐷

2

2𝐿𝑓

𝐼𝑠(𝑅𝑀𝑆) =𝑉𝑖𝑛𝐿𝑓

𝐷3

3

15

Conversor buck-boost:

Condução descontínua

CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO

DIODO

Corrente média no diodo

Corrente eficaz no diodo

𝐼𝐷 =1

𝑇 (𝑉𝑜)𝑡

𝐿𝑑𝑡

𝐷𝑇

0

𝐼𝐷(𝑅𝑀𝑆) =1

𝑇

𝑉𝑜𝑡

𝐿

2

𝑑𝑡

𝐷𝑇

0

𝐼𝐷 =𝑉𝑜 (𝑡𝑑

2 − (𝐷𝑇)2)

2𝐿𝑇

𝐼𝐷(𝑅𝑀𝑆) =𝑉𝑜𝐿

(𝑡𝑑3 − (𝐷𝑇)3)

3𝑇

16

CARACTERÍSTICA DE SAÍDA

Conversor buck-boost:

Condução descontínua

Bibliografia

17

• 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

Electronics”, Second edition.

• José A. Pomilio, “Eletrônica de Potência”, UNICAMP.

Disponível em:

<http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/>.