Buck-boost

Eletrônica de Potência II
Capítulo 2
Prof. Cassiano Rech
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1
Conversores CC-CC Não Isolados
• Buck (abaixador)
• Boost (elevador)
• Buck-boost (abaixador-elevador)
• Conversores em ponte
Reversível em corrente
Reversível em tensão e corrente
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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
contínua, a partir de uma fonte de corrente contínua
BUCK
BOOST
S
Vin
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D
D
Io
IL
S
Vo
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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
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
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Conversor buck-boost:
Estrutura básica
• Diferentes representações do conversor buck-boost
S
iS
Vin
D
L
iD
io
C
R
_
Vo
iL
+
S
iS
D
Vin
L
iD
Vo
iL
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Conversor buck-boost:
Condução contínua
1ª ETAPA: Carga do indutor
0 ≤ t ≤ ton
S
iS
D
Vin
L
2ª ETAPA: Descarga do indutor
ton ≤ t ≤ T (0 ≤ t ≤ toff)
iD
iS
S
Vo
Vin
L
iL
diL
Vin = L
dt
Vin
i L = Imin +
t
L
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D
iD
Vo
iL
L
di L
= −Vo
dt
i L = Imax
Vo
− t
L
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Conversor buck-boost:
Condução contínua
FORMAS DE ONDA
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Conversor buck-boost:
Condução contínua
GANHO ESTÁTICO
Em regime permanente, o valor
médio da tensão no indutor é nulo:
Vin DT − Vo (1 − D )T = 0
10
9
8
7
6
M ( D) 5
4
3
2
1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
D
D < 0,5 Conversor abaixador
D > 0,5 Conversor elevador
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Conversor buck-boost:
Condução contínua
CORRENTES MÉDIA E EFICAZ NO
INTERRUPTOR E NO DIODO
Corrente média no interruptor
Corrente média no diodo
IS = Iin
Corrente média no indutor
ILméd = Iin + Io
Corrente eficaz no interruptor**
Corrente eficaz no diodo**
** Equações válidas para pequenas
ondulações de corrente (∆I < 20%ILméd)
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Conversor buck-boost:
Condução contínua
ONDULAÇÃO DA CORRENTE
DE ENTRADA
Ao final da 1ª etapa (t = ton) io = Imax:
Imax
Vin
= Imin +
DT
L
VALORES MÁXIMOS E
MÍNIMOS DE CORRENTE
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Imax = ILméd
∆I
+
2
Imin = ILméd
∆I
−
2
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Conversor buck-boost:
Condução contínua
DETERMINAÇÃO DO
VALOR DO CAPACITOR
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:
∆VC
Io = C
ton
Dessa forma, pode-se determinar o valor do capacitor por:
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Conversor buck-boost:
Condução contínua
CÁLCULO DA
INDUTÂNCIA CRÍTICA
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):
ou:
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Conversor buck-boost:
Condução descontínua
S
iS
D
Vin
iD
Se o valor do indutor é menor que LCRIT o
conversor opera em condução descontínua
Vo
L
iL
S
iS
D
Vin
iD
Vo
L
iL
S
iS
D
Vin
L
iD
Vo
iL
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Conversor buck-boost:
Condução descontínua
GANHO ESTÁTICO EM
CONDUÇÃO DESCONTÍNUA
Em regime permanente, o valor médio da tensão no indutor é nulo:
Vin DT − Vo td = 0
Vo DT
=
Vin
td
(*)
Além disso, em condução descontínua a corrente média na saída é:
Io =
IL max td
2T
Vo td 2
=
2LT
td =
2LT
R
(**)
Usando (*) e (**):
Ganho estático
em condução
descontínua
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Conversor buck-boost:
Condução descontínua
CARACTERÍSTICA DE SAÍDA
Vo
Vin
12
10
D = 0,9
D = 0,6
8
D = 0,4
6
D = 0,8
4
D = 0,2
2
0
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0
2
4
6
8
10
12
14
R
2f L
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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
Electronics”, Second edition.
• José A. Pomilio, “Eletrônica de Potência”, UNICAMP.
Disponível em:
<http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/>.
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