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

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Page 1: Eletrônica de Potência Conversores CC-CC · • Ivo Barbi, “Conversores CC-CC Básicos Não Isolados”. • Muhammad H. Rashid, “Eletrônica de Potência: Circuitos, Dispositivos

Eletrônica de Potência

Conversores CC-CC

Prof. Alessandro Batschauer

1 Prof. Cassiano Rech

Page 2: Eletrônica de Potência Conversores CC-CC · • Ivo Barbi, “Conversores CC-CC Básicos Não Isolados”. • Muhammad H. Rashid, “Eletrônica de Potência: Circuitos, Dispositivos

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

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• No conversor boost, a tensão média de saída é maior

que a tensão de entrada.

Condução contínua

Condução descontínua

3

Conversor elevador (boost):

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Conversor elevador (boost):

Estrutura básica

4

• Diferentes representações do conversor boost

iL io

Vin S

D

R

L

+

Vo

_

C

iD

iS

Vin S

D L iL iD

Vo

iS

S

D

IL

iD

Vo

iS

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5

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

1ª ETAPA: Carga do indutor

0 ≤ t ≤ ton

Lin

diV L

dt L

in o

diV L V

dt

minin

L

Vi I t

L max

in oL

V Vi I t

L

Vin S

D L iL iD

Vo

iS

2ª ETAPA: Descarga do indutor

ton ≤ t ≤ T (0 ≤ t ≤ toff)

L iL iD

Vin S

D

Vo

iS

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FORMAS DE ONDA

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

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7

GANHO ESTÁTICO

1

1o

in

V

V D

Teoricamente, quando D tende à unidade,

a tensão de saída tende a um valor infinito

1 0in in oV DT V V D T

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

Em regime permanente, o valor

médio da tensão no indutor é nulo:

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0

1

2

3

4

5

6

7

8

M

D

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CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO

INTERRUPTOR E NO DIODO

S inI DI

Corrente média no interruptor

** Equações válidas para pequenas ondulações

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

( )s RMS inI D I

Corrente eficaz no interruptor**

( ) 1D RMS inI D I

Corrente eficaz no diodo**

Conversor elevador (boost):

Condução contínua

min max

2S

I I DI

1D inI D I

Corrente média no diodo

min max 1

2D

I I DI

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ONDULAÇÃO DA CORRENTE

DE ENTRADA

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

Conversor elevador (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

max

2in

II I

min1 2

o inI DV

ID Lf

min

2in

II I

max

inV DL

I f

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DETERMINAÇÃO DO

VALOR DO CAPACITOR

Conversor elevador (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

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CÁLCULO DA

INDUTÂNCIA CRÍTICA

1

2

in

crit

o

V D DL L

f I

ou:

Conversor elevador (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

2

2

incrit

o

V DL L

P f

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Se o valor do indutor é menor que LCRIT o

conversor boost opera em condução descontínua

Conversor elevador (boost):

Condução descontínua

Vin S

D L iL iD

Vo

iS

Vin S

D L iL iD

Vo

iS

Vin S

D

Vo

iS

L iL

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GANHO ESTÁTICO EM

CONDUÇÃO DESCONTÍNUA

o d

in d

V DT t

V t

max

2

L on d

L méd in

I t tI I

T

2in

in d

V DI DT t

L

2 ind

o

LIt

DV

2

12

o in

in o

V V D

V f LI

(*)

(**)

Ganho estático

em condução

descontínua

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

0in in o dV DT V V t

Além disso, em condução descontínua a corrente média no indutor é:

Usando (*) e (**):

2 od

in

LIt

DVou

Conversor elevador (boost):

Condução descontínua

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Conversor elevador (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

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Conversor elevador (boost):

Condução descontínua

CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO

DIODO

Corrente média no diodo

Corrente eficaz no diodo

𝐼𝐷 =1

𝑇 (𝑉𝑖𝑛−𝑉𝑜)𝑡

𝐿𝑑𝑡

𝐷𝑇

0

𝐼𝐷(𝑅𝑀𝑆) =1

𝑇

(𝑉𝑖𝑛−𝑉𝑜)𝑡

𝐿

2

𝑑𝑡

𝐷𝑇

0

𝐼𝐷 =𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝑜 (𝑡𝑑

2 − (𝐷𝑇)2)

2𝐿𝑇

𝐼𝐷(𝑅𝑀𝑆) =𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝑜𝐿

(𝑡𝑑3 − (𝐷𝑇)3)

3𝑇

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CARACTERÍSTICA DE SAÍDA

D = 0,8

D = 0,7

D = 0,5

o

in

V

V

2o

in

LI

TV

Região de

condução

descontínua

Região de

condução

contínua

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0

1

2

3

4

5

6

7

8

D = 0,1 D = 0,3

Conversor elevador (boost):

Condução descontínua

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Bibliografia

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• 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/>.