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Unidade II
Conversores CC-CC
•^
Em
certas
aplicações,
algumas
vezes
é
necessário
transformar
uma
tensão
cc
em
outra
com
magnitude
diferente, seja em trens ou metrôs onde uma tensão decerca de 4000V do sistema de distribuição é transformadaem 300V na alimentação de um motor cc, ou um inversor,ou então, a partir de 12V alimentar um equipamento de120V.
-^
Em sistemas de corrente alternada esta operação de baixarou
elevar
a^
tensão
é^
facilmente
feita
com
um
transformador.
Em
sistemas
em
cc
a
situação
é
bem
diferente, e requer o uso de um conversor chaveado.
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Unidade II
Conversores CC-CC
•^
Estruturas estáticas feitas de chaves ativas e idealmentesem perdas que convertem uma tensão contínua em umaoutra com certa magnitude.
-^
O dispositivo semicondutor opera a uma freqüência alta,quando comparado com variações na tensão de entrada.
-^
É possível o uso de filtros passa-baixa para retirarcomponentes indesejáveis na tensão devido aochaveamento.
cc
cc
V^
V^0
=^
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Conversores CC-CC
•^
O valor médio da tensão de saída é dado por:
Princípio de Operação
kV
fVt
t VT
dtv
T
V
t
=^
∫^
1 1
0
0
0
1
V
<^
V
k
V
t
t^1
T
v^0 R
S
V
i
i
t^ on^
t^ off
(t)
T
t
t^
+^
2 1
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kV V^0
=
R
S
V^
1
(t) v V
t
T
v^0
t^ on^
t^ off (t) V^0
t^1 V
t
t^1
T
v^0
t^ on^
t^ off
v V (t) V^0
t
T
0
t^ on
t^ off
(t) V^0
t^1
k=0,9 k=0,
V
t
t^1
T
0
t^ on^
t^ off
V^0
k=0,5 k=0,
Unidade II
Conversores CC-CC
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Unidade II
Conversores CC-CCPrincípio de Operação R
S
V
i
i
V
t
t^1
T
0
t^ on^
t^ off
V^0
k=0,
kV fVt t VT dtv T V
t
=
=
=^
∫^
1 1 (^00) 0
(^11)
Vk^ R kV R V R I^
=
=^
0 0
Vk R
vdtR (^1) T dti v (^1) T P
2
t^0 2 0
t^0
(^00)
0
1
1
=
=
=^
∫
∫
•A potência da saída variaproporcionalmente ao quadrado do ciclo detrabalho k.•Controlando-se o valor de k controla-se apotência fornecida à carga
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Unidade II
Conversores CC-CC Resistência vista pela fonte.
R
S
V
i
i
R
V
i
médio
i
R k R V kV V I R
medio i^
=
=^
/
-^
A operação da chave faz comque a tensão de entrada veja oconversor como uma resistênciavariável, e inversamenteproporcional a k.
120 100 80 60 40 20 0 0
20
40
60
80
100
Cilco de trabalho, k (%)
Ri (%)
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Unidade II
Conversores CC-CC
- Idealmente o conversor apresenta tensão e corrente sem ripple• Há uma queda de tensão no elemento série• A diferença entre as correntes de entrada e de saída éproporcionada pelo elemento paralelo.• Os elementos são sem perdas - A potência absorvida peloelemento série é fornecida pelo elemento paralelo.
O Conversor Genérico V^
V^0
ElementoSérie
ElementoParalelo
I=15A
Io=20A I=5A
=200V
=150V
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V^
V^0
I
in^
I^0 Ish
•^
Quais dispositivos podem estar sob tensãomédia ou corrente média não nula sem dissiparor armazenar energia?
Unidade II Chaves
Conversores CC-CC
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Unidade II
Conversores CC-CC
•^
Um filtro capacitivo (C) ideal elimina o ripple na tensão.
-^
Um filtro indutivo (L) ideal elimina o ripple na corrente.
Unidades de Filtro
V^
V^0
I=15A
Io=20A I=5A
=200V
=150V
S^1
S^2
+^
+^
-^
C^
L
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Unidade II
Conversores CC-CC
•^
O fluxo de energia pode ser em ambas as direçõesdependendo da estratégia de controle das chaves.
-^
S^1
e S
operam de maneira complementar. 2
•^
O arranjo S
, S 1
e L (ligadas a um ponto comum) forma 2
uma célula canônica.
Topologia Generalizada V
V^0
S
Iin^
I^0 Ish
1
S^2
L
C
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Conversores CC-CC
•^
V^0
= kV , 0 [email protected]
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Após t
(quando a corrente atinge 1 Imax), a chave abre. O valor deImax é: A^
energia
armazenada
na
indutância em t= t
é 1
A indutância L absorveenergia (volts-segundos)durante o tempo t
em que a 1
chave está ligada. A correnteatravés da indutância crescea uma taxa constante dadapor :
Unidade II
Conversores CC-CC L
t) V V( i^
0 − =
t^ L V V I^
1 0
max^
) (^
−
Conversor Abaixador - Princípio de Funcionamento
t^1
t^2 A+
A-
V-V^0
V^0
I max 0
(^2) LImax 1 2 W^
=
i Chave S conduzindo s^
i L D
V
L
V^0
S^
+^
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Chave em condução
t
V i s
t
t^ on^
T
vD
t
T i I maxImin
Son
S off Tensão de saída L
Corrente na indutância S^ on T
Corrente da fonte
Diodo em condução
Unidade II
Conversores CC-CC
Conversor Buck - Operação em Alta Freqüência
L
D
V^
V^0
S^
+^
V^
V^0
D s
S^
-^
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-^
A chave operando em alta freqüência,a corrente na indutância varia entreI^ max
para I
, com valor médio:min
-^
Enquanto a corrente de carga écontínua variando em torno de umvalor médio, a corrente da fonte écomposta pulsos. O valor médio dospulsos de entrada é:
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Conversores CC-CC
I
I(
I^
min max 0
Conversor Buck - Operação em Alta Freqüência
i^
i
L D V
s^
0 + V^0 -
i
0 +L V^0 -
Chave S ligada
Chave S desligada
v V
t
t^1
t^2
0
S on^
S^ off
Tensão de saída
t
T i^0 I maxI min
Corrente de saída
t
i s
Son T
Corrente na chave
I^0
t I T I^
(^10)
smed
=
