EPOII___Capitulo_2___Buck_Boost

Prévia do material em texto

Eletrônica de Potência II
Capítulo 2
Prof. Cassiano Rech
cassiano@ieee.org
1Prof. Cassiano Rech
Conversores CC-CC Não Isolados
• Buck (abaixador)
• Boost (elevador)
• Buck-boost (abaixador-elevador)
• Conversores em ponte
� Reversível em corrente
� Reversível em tensão e corrente
2Prof. Cassiano Rech
Introdução
• Os conversores buck e boost são também denominados de conversores 
CC-CC diretos, pois existe transferência direta de potência da entrada para 
a saída do conversor
• O conversor buck alimenta uma carga com características de fonte de 
corrente contínua, a partir de uma fonte de tensão contínua
• O conversor boost alimenta cargas com característica de fonte de tensão • O conversor boost alimenta cargas com característica de fonte de tensão 
contínua, a partir de uma fonte de corrente contínua
3Prof. Cassiano Rech
S
D
IL Vo
BOOST
S
DVin Io
BUCK
Introdução
• O conversor buck-boost combina as características de entrada de um 
conversor buck e as características de saída de um conversor boost
• No conversor buck-boost, a tensão média de saída pode ser maior, 
igual ou menor que a tensão de entrada, porém com a polaridade 
invertida
• O conversor buck-boost (abaixador-elevador) apresenta característica de 
4Prof. Cassiano Rech
• O conversor buck-boost (abaixador-elevador) apresenta característica de 
fonte de tensão tanto na entrada quanto na saída
• Não pode ocorrer a transferência direta de energia da entrada para a saída, 
sendo necessária a inclusão de um componente acumulador (com 
característica de fonte de corrente) para transferir a energia da entrada para 
a saída
• Devido à isso, o conversor buck-boost pertence a classe de conversores 
CC-CC indiretos
Conversor buck-boost:
Estrutura básica
• Diferentes representações do conversor buck-boost
V
S D io
_
V
iDiS
5Prof. Cassiano Rech
Vin RL
iL
Vo
+
C
Vin L
DS iS iD
Vo
iL
Conversor buck-boost:
Condução contínua
1ª ETAPA: Carga do indutor
0 ≤ t ≤ ton
2ª ETAPA: Descarga do indutor
ton ≤ t ≤ T (0 ≤ t ≤ toff)
V L
DS iS iD
V V L
DS iS iD
V
6Prof. Cassiano Rech
L
in
diV L
dt
= = −
L
o
diL V
dt
min
in
L
Vi I t
L
= + = −max
o
L
Vi I t
L
Vin L Vo
iL
Vin L Vo
iL
FORMAS DE ONDA
Conversor buck-boost:
Condução contínua
7Prof. Cassiano Rech
GANHO ESTÁTICO
( )− − =1 0in oV DT V D T
Conversor buck-boost:
Condução contínua
Em regime permanente, o valor 
médio da tensão no indutor é nulo:
7
8
9
10
8Prof. Cassiano Rech
D < 0,5 ���� Conversor abaixador
D > 0,5 ���� Conversor elevador
( )− − =1 0in oV DT V D T
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
1
2
3
4
5
6
7
M D( )
D
CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO 
INTERRUPTOR E NO DIODO
Corrente média no interruptor
Conversor buck-boost:
Condução contínua
=S inI I
Corrente média no diodo
9Prof. Cassiano Rech
** Equações válidas para pequenas 
ondulações de corrente (∆I < 20%ILméd)
Corrente eficaz no interruptor** Corrente eficaz no diodo**
S in
Corrente média no indutor
= +Lméd in oI I I
ONDULAÇÃO DA CORRENTE 
DE ENTRADA
Ao final da 1ª etapa (t = ton) io = Imax:
Conversor buck-boost:
Condução contínua
= +max min
inVI I DT
L
10Prof. Cassiano Rech
= +max minI I DTL
VALORES MÁXIMOS E 
MÍNIMOS DE CORRENTE
∆
= +max 2Lméd
II I
∆
= −min 2Lméd
II I
DETERMINAÇÃO DO 
VALOR DO CAPACITOR
Conversor buck-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:
11Prof. Cassiano Rech
Dessa forma, pode-se determinar o valor do capacitor por:
C
o
on
VI C
t
∆
=
CÁLCULO DA 
INDUTÂNCIA CRÍTICA
Conversor buck-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):
12Prof. Cassiano Rech
ou:
Se o valor do indutor é menor que LCRIT o 
conversor opera em condução descontínua
Conversor buck-boost:
Condução descontínua
Vin L
DS iS iD
Vo
iL
DS iS iD
13Prof. Cassiano Rech
Vin L
DS iS iD
Vo
iL
Vin L
DS iS iD
Vo
iL
GANHO ESTÁTICO EM 
CONDUÇÃO DESCONTÍNUA
=
o
in d
V DT
V t
(*)
Em regime permanente, o valor médio da tensão no indutor é nulo:
− = 0in o dV DT V t
Conversor buck-boost:
Condução descontínua
14Prof. Cassiano Rech
in dV t
Além disso, em condução descontínua a corrente média na saída é:
= =
2
max
2 2
L d o d
o
I t V tI
T LT
=
2
d
LTt
R
(**)
Ganho estático
em condução
descontínua
Usando (*) e (**):
CARACTERÍSTICA DE SAÍDA
D = 0,6
o
in
V
V
10
12
D = 0,9
Conversor buck-boost:
Condução descontínua
15Prof. Cassiano Rech 2
R
f L
D = 0,2
D = 0,4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
D = 0,8
Bibliografia
• 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 
16
• 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/>.
Prof. Cassiano Rech