AULA1 - INTRODUÇAO AOS CONVERSORES

(1)

Introdução aos

Conversores CC-CC

Renan Caron Viero

Reinaldo Tonkoski Junior

(2)

SUMÁRIO

• Introdução

• Interruptores

• Fundamentos

• Modulações – PWM

• Estudo dos Conversores CC-CC

(3)

INTRODUÇÃO - I

???????

10 Ω

100 Vcc

20 Vcc

Estudo dos Conversores CC-CC Topologias

(4)

INTRODUÇÃO - II

Conversores CC-CC Lineares

(Reguladores)

Reguladores Shunt

(Paralelo)

Reguladores Serie

Utilizados em baixas potências

Silenciosos (Não produzem interferência eletromagnética)

Boa resposta transitória

Simplicidade

Baixo rendimento

Operam na Região Linear

(5)

INTRODUÇÃO - III

Conversores CC-CC chaveados são sistemas formados por

semicondutores de potência

operando como interruptores

(nas regiões de corte ou saturação) e por elementos passivos,

normalmente indutores e capacitores que tem por função

controlar o fluxo de potência de uma fonte de entrada para uma

fonte de saída.

Vi

Ro

S

+

Vo

Vi

Conversores CC-CC Chaveados

(6)

INTRODUÇÃO - IV

Conversor

CC-CC

Carga

Vcc

Ñ Reg.

Vcc Regulado

Conversor CC-CC

Conversor

CC-CC

Carga

Controlador

de Tensão

Rede

Elétrica

Retificador

Filtro

Vcc Regulado

Vcc

Ñ Reg.

Vcc

Ret.

Vca

Fonte Chaveada

(7)

INTRODUÇÃO - V

Começaram a ser desenvolvidas na década

de 60 para serem empregadas nos programas

espaciais.

Objetivo: Substituir as fontes reguladas

convencionais, que são volumosas, pesadas e

dissipativas, por fontes compactas e de alto

rendimento.

Fontes Chaveadas

(8)

INTRODUÇÃO - VI

Fontes Chaveadas - Aplicações

• Computadores

• Periféricos

• Equipamentos de Telefonia

• Televisores

• Equipamentos Médicos

• Satélites

• Aviões e similares entre outros...

(9)

INTRODUÇÃO - VII

(10)

INTRODUÇÃO - VIII

Fontes Chaveadas - Características

Vantagens:

• Alto Rendimento;

• Redução do Tamanho Físico.

Desvantagens:

• Sistema complexo;

• Resposta Transitória de menor qualidade;

• Produz ripple na saída;

• Produz EMI;

• Menos Robusta;

• Número de Componentes Maior;

• Utiliza componentes mais raros e sofisticados.

(11)

INTRRUPTORES - I

Transistor Bipolar

de Potência (TBP)

MOSFET

IGBT

G

D

S

(12)

INTRRUPTORES - II

Comparativo

Extraído de http://www.gta.ufrj.br/grad/01_1/igtb/Pagina_IGBT.htm

(13)

INTRRUPTORES - III

Seleção dos Interruptores

Assim, em aplicações em alta freqüência (acima de

50kHz) devem ser utilizados MOSFETs. Em freqüências mais

baixas, quaisquer dos 3 componentes podem responder

satisfatoriamente.

No entanto, as perdas em condução dos TBPs e dos IGBTs

são sensivelmente menores que as dos MOSFET.

Como regra básica:

em alta freqüência: MOSFET

(14)

FUNDAMENTOS - I

Retornando ao Problema...

Deseja-se ter V

_s

= 20 Vcc.

10 Ω

100 Vcc

V

_s

S

V

_e

(15)

FUNDAMENTOS - II

Fundamentos dos Conversores CC-CC

V

_e

t

_on

T

1 T

=

Intervalo de Comutação:

(16)

FUNDAMENTOS - III

Fundamentos dos Conversores CC-CC

V

_e

t

_on

T

Razão Cíclica:

on

t

d

T

=

Tensão Média na Saída

0

1 t

on

s

e

t

V

V dt

V

V d

T

=

∫

⋅ =

= ⋅

(17)

FUNDAMENTOS - IV

Fundamentos dos Conversores CC-CC

Ve

ton

T

Para se ter V

_s

= 20 Vcc,

a razão cíclica deve ser

d = 0,2.

Como controlar a Tensão

(18)

MODULAÇÕES - I

Pulse-Width Modulation (PWM)

Modulação por Largura de Pulso (MLP)

(19)

MODULAÇÕES - II

PWM

(20)

MODULAÇÕES - III

PWM – Espectro Harmônico

(21)

MODULAÇÕES - IV

PWM – Espectro Harmônico

(22)

MODULAÇÕES - V

PWM – Espectro Harmônico

(23)

MODULAÇÕES - VI

PWM – Controle

(24)

MODULAÇÕES - VII

Extraído de http://www.gte.us.es/~leopoldo/

PWM – Controle

(25)

MODULAÇÕES - VIII

PWM – Controle

Conversor CC-CC Chaveado

(26)

MODULAÇÕES - IX

PWM – Controle

(27)

MODULAÇÕES - X

Outros Tipos

• Modulação em Freqüência (FM)

• Modulação por Limites de Corrente (Histerese)

(28)

No estudo dos conversores CC-CC, as seguintes

hipóteses serão consideradas:

• Funcionamento em Regime Permanente;

• Dispositivos Semicondutores = Chaves ideais;

• As perdas nos capacitores e indutores serão

desconsideradas;

• A tensão de entrada V

_e

será considerada sempre uma

tensão contínua;

• A etapa de saída será composta por um filtro

passa-baixa e uma carga R;

(29)

(30)

Utilizando o PSIM para Analisar um

Conversor CC-CC

Esquema 1

Esquema 2

Esquema 3

Esquema 4

Topologias

(31)

TOPOLOGIAS

•Redutor (Buck)

•Elevador (Boost)

• Redutor-Elevador (Buck-Boost)

• Zeta

•Cuk

®

•Sepic

•Meia Ponte (Half Bridge)

•Ponte Completa (Full Bridge)

Estudo dos Conversores CC-CC