Os resultados experimentais foram obtidos utilizando-se o mesmo protótipo anterior,
ou seja, para o modo de operação com razão cíclica menor que meio (D<0,5). O circuito de
potência juntamente com o circuito de comando estão mostrados na Fig. 3.4 e a fotografia do
conversor na Fig. 3.5.
Os resultados do protótipo foram adquiridos para potência de saída de 1 kW. Este
valor esta abaixo do nominal, pois para D>0,5 os valores de corrente são menores. As tensões
V1 = 200 V tensão de entrada;
Vo = 150 V tensão de saída;
fs = 30 kHz freqüência de comutação dos interruptores;
Io = 6,66 A corrente de carga;
∆IL = 1,33 A Ondulação de corrente através de L (20% de Io);
∆V = 1,50 V Ondulação de tensão sobre Co (1% da tensão de saída Vo). A partir da experimentação são mostradas as principais formas de onda de tensão e
corrente que circula através dos elementos do conversor. Percebe-se que todas as formas de
onda possuem as características bem próximas das formas de onda idealizadas comprovando
o funcionamento do conversor. As escalas de tensão, de corrente e de tempo são mostrados
nas próprias figuras.
Na Fig. 4.1, as curvas 1 e 2 mostram as tensões sobre os diodos D1 e D2
respectivamente, e as curvas 4 e 3 mostram as correntes que circulam através do diodo D1 e
do interruptor S2 respectivamente. Vale salientar que os valores de tensão e corrente em D1
são iguais aos valores de tensão e corrente em D2. Nesta figura observa-se que quando o
interruptor S2 é acionado (curva 3) o diodo D2 é polarizado reversamente.
Na Fig. 4.2, as curvas 2 e 1 mostram as tensões sobre os interruptores S1 e S2
respectivamente, e as curvas 4 e 3 mostram as correntes que circulam através dos diodos D1 e
D2 respectivamente. Então, quando S1 abre o diodo D1 conduz. O mesmo ocorre com D2 que
Fig. 4.1 – Tensão nos diodos D1(1) e D2(2) e a corrente que circula através do diodo D1(4) e do interruptor S2(3).
Fig. 4.2 – Tensão sobre os interruptores S1 (2)e S2 (1) e a corrente que circula através dos diodos D1 (4) e D2 (3). 1 2 3 4 3 2 1 4
Na Fig. 4.3, as curvas 1 e 2 mostram as tensões sobre os interruptores S1 e S2
respectivamente, a curva 4 mostra a corrente que circula através do diodo D2 e a curva 3
mostra a corrente que circula através do interruptor S2.
Fig. 4.3 – Tensão sobre os interruptores S1 (1) e S2 (2) e corrente que circula através do diodo D2 (4) e do interruptor S1 (3).
Na Fig. 4.4, as curvas 1 e 2 mostram as tensões sobre os interruptores S1 e S2
respectivamente, a curva 4 mostra a corrente que circula através do indutor L e a curva 3
mostra a corrente que circula através do interruptor S1. Nesta figura são mostradas as
freqüências de chaveamento dos interruptores e da corrente sobre o indutor. Observa-se que a
freqüência da corrente sobre este, é o dobro da freqüência de chaveamento dos interruptores.
Na Fig. 4.5, a curva 4 mostra a tensão de saída, a curva 3 mostra a corrente de entrada
e a curva 2 mostra a corrente que circula através do indutor L. Observa-se nesta figura que a
corrente de entrada embora pulsada, apresenta baixa ondulação e é contínua, ou seja, não
atinge zero. Isso demonstra uma grande vantagem em relação ao conversor Buck clássico
onde a corrente de entrada é sempre descontínua para todos os modos de operação, o que faz
com que o filtro de entrada para o Buck clássico, quando utilizado, tenha maior volume.
2
1
3
Fig. 4.4 – Tensão sobre os interruptores S2 (1) e S1(2), corrente que circula através do interruptor S1 (3) e a corrente que circula através do indutor IL(4).
Fig. 4.5 – Tensão de saída Vo, corrente de entrada Ii (3) e corrente que circula através indutor IL (2).
A Fig. 4.6 apresenta a característica de saída em função da corrente de carga e a Fig.
4.7 mostra o rendimento do conversor em função da potência de saída. Como pode ser
2 3 4 2 1 3 4
observado nesta figura, o rendimento para D>0,5 foi maior que para D<0,5. Este resultado
comprovado experimentalmente decorre da redução das perdas em condução dos
componentes do conversor, além da redução em particular das perdas em condução dos
interruptores, pois estes processam em paralelo a energia durante o carregamento do indutor.
0 ,5 0,55 0 ,6 0,65 0 ,7 0,75 0 ,8 0,85 0 ,9 0,95 1 4 ,3 4 ,6 4 ,9 5 ,2 5 ,5 5,8 6,1 6,4 6,7 7,0
Corrente de carga (Io)
G a n ho ( G v )
Fig. 4.6 – Característica de saída em função da corrente de carga.
9 0 ,0 9 1 ,0 9 2 ,0 9 3 ,0 9 4 ,0 9 5 ,0 9 6 ,0 9 7 ,0 9 8 ,0 9 9 ,0 10 0 ,0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 50 60 0 6 50 7 0 0 7 5 0 8 00 8 50 90 0 9 5 0 1 .0 00 Potência de saída (W) R e n d im en to (% )
Fig. 4.7 –Rendimento em função da potência de saída.
Experimental − − • − − ______ Teórico
Experimentalmente foi comprovado que a assimetria dos pulsos gerados pelo circuito
de comando, isto é, se o comando de um interruptor apresentar razão cíclica diferente do
comando de outro interruptor, haverá um desbalanceamento das células o que prejudicará o
funcionamento do conversor. Portanto os pulsos gerados pelo circuito de comando devem
estar defasados em 180º, e com razão cíclica variando de 0 a 100% simetricamente. Na
literatura [15] é mostrado que para eliminar este desequilíbrio, pode-se fazer o controle do
conversor por modo de corrente de pico, o que também é feito para o conversor push-pull que
nesta situação apresenta o mesmo problema.
Para mostrar esta característica do conversor, são apresentadas as formas de onda na
Fig. 4.8 para pulsos de gate dos MOSFETs simétricos. Na Fig. 4.9 são apresentadas formas de
onda para pulsos assimétricos, com a diferença da largura dos pulsos de gate entre S1 e S2 em
torno de 100 ns. Tanto na Fig. 4.8 como na Fig. 4.9 as curvas 2 e 4 mostram as correntes que
circulam através dos interruptores S1 e S2 respectivamente, curva 1 mostra a tensão sobre
interruptor S1 a curva 3 mostra a corrente de entrada.
Fig. 4.8 - Tensão sobre o interruptor S2 (1), corrente que circula através dos interruptores S1 (4) e S2 (2) e corrente de entrada Ii(3).
2
1
3
Fig. 4.9 - Tensão sobre o interruptor S2 (1), corrente que circula através dos interruptores S1 (4) e S2 (2) e corrente de entrada Ii (3).
4.6-CONCLUSÕES
São apresentados neste capítulo uma metodologia de projeto, os resultados de
simulação em condições ideais e os resultados experimentais do protótipo do conversor buck
operando com razão cíclica maior que 0,5, no modo de condução contínua. Como pôde ser
visto, os resultados foram extraídos utilizando o conversor implementado para D menor que
0,5, que segundo o projeto do capítulo 4, está sobre dimensionado para esta aplicação. Desta
maneira conclui-se que o conversor projetado para D menor que 0,5 pode ser utilizado para
qualquer valor de razão cíclica.
As etapas de operação e as principais formas de onda de tensão e de corrente, traçadas
no estudo teórico no capítulo 2, são validadas por meio da simulação numérica e da
experimentação.
2
1
3
A característica de saída deste conversor, obtida através de ensaios do protótipo,
apresentou o mesmo comportamento daquela obtida analiticamente. A curva de rendimento
deixa claro a alta eficiência deste conversor, devido principalmente à distribuição de correntes
simétrica entre os interruptores. Além disso, o rendimento apresenta elevado valor desde
carga baixa até plena carga.
Ainda neste capítulo, observou-se que a existência da assimetria dos pulsos gerados
pelo circuito de comando provoca um desbalanceamento das células, o que prejudicará o