Conversores Buck e Boost, Esquemas de Eletrônica de Potência

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Conversores CC/CC Buck e BoostConversores CC/CC Buck e Boost

Nikolas Libert

Eletrônica de Potência ET53B^ Aula 8B

Tecnologia em Automação Industrial

Conversor CC/CC Abaixador (Buck)

 (^) Pode-se ajustar a tensão média numa carga chaveando a fonte de alimentação.

 (^) Principais aplicações:

• (^) Abaixador de tensão em fontes de alimentação.
• (^) Acionamento de motores CC.
• (^) Carregadores de Bateria.

VE (^) RVS

VE R VS

L C VD

ich

iC iR

iL

R^ VS

L C VD

iL iD iC iR R^ VS

L C VD

• iC<0^ iR

Etapa 1 iL=

● ● Chave fechada.Corrente no indutor

● aumenta gradativamente.Fonte fornece corrente

para capacitor e carga.

Etapa 2

Etapa 3

● ● Chave aberta.Diodo entra em condução.

● Energia armazenada noindutor é transferida para

capacitor e carga.

● Extinção da correnteno indutor.

● Corrente na cargapassa a ser fornecida

por capacitor.

 (^) Condução Descontínua.

 (^) Condução Descontínua. (Etapa 1)^ iL

ich^ t id iC cmd

t t t Ton t

imax

VE R VS

L C VD

ich

iC iR

cmd iL

Considerando tensão constante na carga

vL = v (^) E − v (^) S = L di^ dtL ( t^ ) ( v (^) E − Lv (^) S )⋅Δ t =Δ i (^) L =( i (^) max − 0 ) i (^) max = ( v^ E − v L^ S^ )⋅ T^ on

 (^) Condução Descontínua. (Etapa 3)^ iL ich^ t iD iC cmd

t t t Ton t

imax

Td^ Toff

Considerando tensão constante na carga

iC =− RvS

R^ VS

L C VD

• iC<0^ iR

iL=

Circuito em regime:- Corrente média nula no capacitor.

• Tensão média nula no indutor.

 (^) Condução Descontínua. vD

vS^ t vL vch cmd

t t t Ton t

vE

Td^ Toff

vS

vDmed = vLmed + vSmed = vSmed

VE R VS

L C VD

cmd

vSmed = vS = vE^ T^ on T + (^) onvS +( TT (^) offoff^ − T^ d^ ) v (^) S = (^) 1 −( T (^) offv^ E ⋅− dT (^) d )/ T T = T (^) on + T (^) off d = T T^ on

VE R VS

L C VD

ich

iC iR

iL R^ VS

L C VD

iL iD iC iR

Etapa 1

● ● Chave fechada.Corrente no indutor

● aumenta gradativamente.Fonte fornece corrente

para capacitor e carga.

Etapa 2

● ● Chave aberta.Diodo entra em condução.

● Energia armazenada noindutor é transferida para

capacitor e carga.

 (^) Condução Contínua.

● Chave volta a ser fechadaantes da corrente se

extinguir.

 (^) Condução Contínua. (Etapa 1)^ iL

ich^ t id iC cmd

t t t Ton t

imax imin VE R VS

L C VD

ich

iC iR

cmd iL

Considerando tensão constante na carga

vL = v (^) E − v (^) S = L di^ dtL ( t^ ) ( v (^) E − Lv (^) S )⋅Δ t =Δ i (^) L =( i (^) max − i (^) min ) i (^) max − i (^) min =(^ v^ E^ − v L^ S^ )⋅ T^ on

 (^) Condução Contínua. vD

vS^ t vL vch cmd

t t t Ton t

vE

Toff

vDmed = vLmed + vSmed = vSmed

VE R VS

L C VD

cmd

vSmed = vS = (^) T vonE +^ TTon (^) off v (^) S = v (^) E ⋅ d T = T (^) on + T (^) off d = T T^ on

 (^) Condução Contínua. t

iL imax imin

imax − imin = v^ S ⋅ LT^ off

Corrente média nula no capacitor: i Lmed = i^ Cmed + i^ Rmed VE R VS

L C VD

ich

iC iR

cmd iL iLmed = iRmed = v RS

i (^) Lmed = i^ max^ + 2 i^ min

Logo:^2 ⋅ Rv^ S = i (^) max + i (^) min Como imax =^ v RS +^ 2 v^ LS ⋅ T^ off i^ min =^ v R^ S −^ 2 v^ LS ⋅ T^ off (ondulação de corrente) (corrente máximano indutor) (corrente mínimano indutor)

 (^) Fatores que interferem no modo de condução:

t

iL

t

t

iL

iL

• (^) Valor do Indutor.
• (^) Resistência de carga. (redução da corrente média)
• (^) Frequência.

 Cálculo do Capacitor e Indutor.

• (^) Indutor:
• (^) Capacitor:

Lc = R ⋅ T 2^ off t

iC^ ΔiL/ Ton Toff Δ i (^) L = i (^) max − i (^) min = v (^) S ⋅ T (^) off L

Δ Q = Δ 2^ i^ L ⋅( T 2^ on + T^ 2 off )⋅^12 = Δ^ i^ 8 L^ ⋅ T

Q = C ⋅ v Δ v = Δ C^ Q

Δ v = v^ S ⋅ 8 T L C^ off^ ⋅ T C = v^ S 8 ⋅ TL^ off Δ^ v ⋅ T

Conversor CC/CC Elevador (Boost)

Conversor CC/CC Elevador (Boost)  (^) Pode-se elevar a tensão de uma fonte tirando proveito da tensão induzida no chaveamento de um indutor.  (^) Principais aplicações:

• (^) Elevador de tensão em fontes de alimentação.
• (^) Retificadores com elevado fator de potência.
• (^) Acionamento de motores CC.
• (^) Interconexão entre painéis fotovoltaicos e barramentos CC.

VE (^) RVS

Conversor CC/CC Elevador (Boost)  (^) O capacitor C faz com que a oscilação da tensão na carga seja mínima.  (^) O indutor é responsável por elevar a tensão de saída por meio de uma tensão induzida pela variação da corrente.

VE R VS

L

• VD C

ich i C iR

iL Vch

+^ +

iD

• VL -