EPOII Capitulo 2 a Buck, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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Eletrônica de Potência II

Capítulo 2

Prof. Cassiano Rech 1

Prof. Luís M. Nodari

[email protected]

Introdução

• Em certas aplicações é necessário transformar uma tensão contínua

em outra com amplitude regulada;

• Em sistemas CA a elevação ou redução da tensão é facilmente

realizada através de um transformador. Em sistemas CC a situação é

diferente, e requer o uso de conversores estáticos de potência;

• Conversores CC-CC: convertem uma tensão contínua em outra tensão

contínua com valor controlado.

 Não isolados: não apresentam isolação elétrica entre a entrada e a saída.

 Isolados: apresentam isolação elétrica entre a entrada e a saída,

normalmente através de transformadores em alta freqüência.

Introdução

Divisor de tensão

Vin

R 1

Ro Vo

I

o

in

P

P

o

in

V I

V I

o

in

V

V

Vin

S 1

Ro Vo

I

Regulador linear

BAIXA EFICIÊNCIA

Introdução

• A análise dos conversores CC-CC apresentados a

seguir será em REGIME PERMANENTE

 O valor médio da tensão nos indutores é NULO em um período

de comutação

 O valor médio da corrente nos capacitores é NULO em um

período de comutação

• Carga resistiva
• Carga RLE

 Condução contínua

 Condução descontínua

• Com filtro LC na saída

 Condução contínua

 Condução descontínua

• Com filtro LC na entrada e na saída

Carga resistiva

• Uma alternativa para reduzir a tensão de saída, com elevada

eficiência, é a utilização de um conversor CC-CC em alta freqüência

• O interruptor S opera com um período de comutação T, sendo que

permanece fechado (conduzindo) durante o intervalo ton e aberto

(bloqueado) durante o intervalo toff. Logo:

T  ton toff

f

T

Carga resistiva

• O valor médio da tensão de saída depende da tensão de entrada e da

razão cíclica. Uma vez definida a tensão de entrada, a tensão de

saída desse conversor é dependente exclusivamente da razão cíclica.

0

1 ton

Vo V dtin

T

 o^ in

V DV

• Como resultado da operação do interruptor S, a tensão de saída é

recortada, caracterizada pela presença de Vin durante ton e

ausência de Vin durante toff. O valor médio da tensão de saída (Vo) é

dado por:

2 ( ) 0

1 ton

Vo RMS Vin dt

T

Vo rms ( )  DVin

o

in

V

M D

V

GANHO ESTÁTICO

CONVERSOR BUCK

• Outro termo empregado é o ganho estático do conversor, que é

relação entre o valor médio da tensão de saída e o valor médio da

tensão de entrada do conversor.

Quando M < 1 , o conversor é chamado de abaixador;

Quando M > 1 , o conversor é chamado de elevador.

o

in

V

M

V

Carga resistiva

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0

1

M

D

Carga RLE – Condução contínua

Vin

S

DRL

R

L

Ec

iin io

iD

Vo

_

Vin

S

DRL

R

L

Ec

iin io

iD

Vo

_

1ª ETAPA

0 ≤ t ≤ ton

2ª ETAPA

ton ≤ t ≤ T (0 ≤ t ≤ toff )

in in in c

di V Ri L E dt

D D c

di Ri L E dt

   

^ ^ 

min 1

t t in c in

V E

i I e e R

   

max 1

t t c D

E

i I e e R

onde:  ^

L

R

Carga RLE – Condução contínua

FORMAS DE ONDA

Carga RLE – Condução contínua

ONDULAÇÃO DE

CORRENTE

Ao final da 1ª etapa (t = ton), io = I max :

Ao final da 2ª etapa (t = toff) io = I min :

 I Imax Imin

^ ^ ^    

 

 ^ ^ 

 ^ ^  

1

DT^ D T

in T

e e

V

I

R

e

max

DT

in c T

e V E I R R e

 

 

^1 

min

DT D T T

in c T

e e e V E I

R R e

 ^     

 

 ^ ^ 

 ^ ^  

Carga RLE – Condução contínua

ONDULAÇÃO DE

CORRENTE

Na maioria das aplicações a resistência R é

pequena em relação a L (  >> T )****. Nesses casos,

é possível realizar aproximações de 1ª ordem:

    

DT DT e

  (^)  1  

Vin I D D L f

   

  

1 1 1

D T D T e

Ponto de máxima ondulação:

    

I

D

D 0,5 ^ max 

in

V

I

L f^00 0.2 0.4 0.6 0.8 1

D



in

I L f V

Carga RLE – Condução descontínua

TENSÃO MÉDIA NA CARGA



(^1) on

on d

t T

Vo V dtin (^) t t E dtc

T

Vo  DVin  (^)  1 Dcd (^) Ec

  (^)      (^)  

 

on d o in c

T t t V DV E T

Definindo que:

 (^) on d cd

t t D T

CORRENTE MÉDIA NA CARGA

o c o

V E

I

R

in cd c o

DV D E

I

R

Carga RLE – Condução descontínua

RAZÃO CÍCLICA DE

CONDUÇÃO DESCONTÍNUA

Na condução descontínua tem-se que I min = 0 em t = td:

 

^ ^ 

max 1

DT Vin Ec I e

R

   

(^0) max 1

t d td Ec I e e R

 

^ ^ ^  

ln 1

DT in in cd c c

V V

D e D

T E E

 

ln 1

DT in in d c c

V V

t e

E E