TEEE: Colheita de Energia Choppers - LES-UFPB

TEEE: Colheita de Energia
Choppers
Prof. Protásio
Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
Apresentação
▪ Conversores CC-CC (chopper) são usados para
converter uma fonte de tensão CC contínua em
uma fonte de tensão CC variável.
▪ Os componentes principais utilizados nos circuitos
de choppers são os dispositivos de chaveamento
(transistores, tiristores, etc.)
▪ Tipos de choppers:
▪ Chopper Buck
▪ A tensão de saída do conversor é menor ou igual à tensão de
entrada.
▪ Chopper Boost
▪ A tensão de saída do conversor é maior ou igual à tensão de
entrada.
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
2
Princípio básico dos choppers
●
Circuito básico
–
A chave S é ligada (ON) e desligada (OFF) periodicamente conectando e
desconectando a fonte na carga.
–
Em uma dada frequência, a tensão na carga pode ser variada controlando o
período ON.
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
3
Princípio básico dos choppers
●
●
Operação básica
–
TON: tensão instantânea de Vi na carga
–
TOFF: tensão zero na carga
Tensão média na carga em um ciclo
d = duty cycle
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
V0 =
TON
Vi
TON+TOFF
V0 = TON Vi
T
V0 = d Vi
4
Princípio básico dos choppers
●
Tensão de saída x duty cicle
●
A tensão de saída varia linearmente com d
●
Pode-se controlar Vo de zero à Vi variando d de
0 à 1.
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
5
Métodos de variação da tensão média de
saída
●
Pulse-Width Modulation
–
Varia-se a largura do pulso
TON enquanto o período de
chaveamento é mantido
constante.
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
●
Pulse-Frequency Modulation
–
A largura de pulso TON
é mantida constante
enquanto o período
(frequência) é variado.
6
Chopper Buck (STEP-DOWN)
●
●
Circuito básico
Chave ON
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
●
Chave OFF
7
Chopper Buck (STEP-DOWN)
●
Modo de corrente contínua
●
Considerando os elementos ideais,
a potência de saída é igual à
potência de entrada, assim:
P0 = Pi
V0 I0 = Vi Ii
I0 =Vi * Ii
V0
=Vi * Ii
Vi d
I0 = Ii_ d
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
8
Chopper Buck (STEP-DOWN)
●
Modo de corrente descontínua
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
9
Chopper Boost (STEP-UP)
●
●
Circuito básico
Chave ON
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
●
Chave OFF
10
Chopper Boost (STEP-UP)
●
Chave ON
–
Quando S está ON (D é
OFF), a energia do capacitor
alimenta a carga.
●
Vo=Vc (se o capacitor
estive carregado)
–
Enquanto S está ON, a
tensão em L torna-se igual a
Vi e a corrente em L
aumenta gradualmente e
energia é armazenada em
seu campo magnético.
–
Inicialmente, quando S é
fechada, Vo=0, pois o
capacitor não tem carga.
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
11
Chopper Boost (STEP-UP)
●
Chave OFF
–
Quando S é OFF (D é ON), a
tensão em L tem a polaridade
revertida e é somada à Vi fazendo:
Vo=Vi+VL
–
Enquanto S é OFF, C é carregado
e sua tensão gradualmente atinge
Vi+VL
●
–
A tensão em C será a tensão
na carga quando S estiver ON
Se o tempo OFF de S for muito
alto, a energia armazenada em L
diminuirá para 0 e L será um
curto-circuito fazendo:
Vo= Vi
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
12
Chopper Boost
●
Formas de ondas considerando
duty cycle d = 50%
–
d= 0,5 --> TON = TOFF
–
A energia armazenda em L quando S
é ON é dissipada quando S é OFF.
–
Se d for maior que 0,5, a energia em
L não será dissipada completamente
no estado OFF de S. Assim, a
tensão residual em L será
adicionada, no próximo chavemento
OFF de S, e Vo será aumentada.
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
13
Chopper Boost
●
●
Considerando o circuito sem perda, a energia transferida por L
durante TOFF deve ser igual a energia ganha durante TON
A tensão de saída é dada por:
Vo=Vi [1/(1-d)]
–
Se S é OFF (d=0), Vo=Vi.
–
Se d aumenta, Vo torna-se maior que Vi.
–
Dessa forma, a tensão de saída é sempre mairo que a tensão de
entrada (Isso ocorre em uma frequência de chaveamento
apropriada).
Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
14