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Eletrônica de Potência II

Capítulo 3

Prof. Cassiano Rech

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1Prof. Cassiano Rech

Conversores CC-CC Isolados

• Flyback

• Forward

• Conversores em ponte isolados

� Meia-ponte

� Ponte completa

• Push-pull


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


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


Etapas de operação

S1

L

S2 D2

iLR

Vin

2

Vin

2

C

D1

D4

D3

NP

NS

NS

+

vo

_+

vP

_


+

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.




S1

L

S2 D2

iLR

Vin

2

Vin

2

C

D1

D4

D3

NP

NS

NS

+

vo

_+

vP

_

+

va

_



� 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


S1

L

S2 D2

iLR

Vin

2

Vin

2

C

D1

D4

D3

NP

NS

NS

+

vo

_+

vP

_

+

va

_



� 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.


S1

L

S2 D2

iLR

Vin

2

Vin

2

C

D1

D4

D3

NP

NS

NS

+

vo

_+

vP

_

+

va

_


Formas de onda



Ganho estático (condução contínua)

( )Lv t

t

DT

2Sin

o

P

NVV

N−


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−


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


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


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



S1

L

S2 D2

iLR

Vin

C

D1

D6

D5

NP

NS

NS

+

vo

_+

vP

_

S3

S4 D4

D3CS

+

va

_


� 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.




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




S1

L

S2 D2

iLR

Vin

C

D1

D6

D5

NP

NS

NS

+

vo

_+

vP

_

S3

S4 D4

D3CS

+

va

_



� 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.


S1

L

S2 D2

iLR

Vin

C

D1

D6

D5

NP

NS

NS

+

vo

_+

vP

_

S3

S4 D4

D3CS

+

va

_


Formas de onda



Ganho estático (condução contínua)

( )Lv t

t

DT

Sin o

P

NV V

N−


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.

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