Disciplina de Eletrônica de Potência Disciplina de Eletrônica de
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA Disciplina de Eletrônica de Potência – ET66B Aula 23 – Conversor Buck com filtro de saída LC Prof. Amauri Assef [email protected] UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 1 Eletrônica de Potência – Buck Conversor CC-CC abaixador de tensão - Buck: Exemplo de Simulação E = 110V R = 0,25Ω L = 1mH T = 2500us tc = 1000us D = 0,4 Vo = 44V Ec = 11V Ron = 1e-3Ω Roff = 1e+6 Ω UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 2 Eletrônica de Potência – Buck Formas de onda (CCM - contínuo) L = 1mH UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 3 Eletrônica de Potência – Buck Formas de onda (DCM – descontínuo) L=100μH Ec = 11V UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 4 Eletrônica de Potência – Buck Conversor CC-CC abaixador de tensão - Buck: Análise em condução descontínua para carga RLE io iE Vo iD Tensão média de saída: T 1 tc = 1 [E ⋅ tc + Ec ⋅ (T − ( tc + to )] Vo = E ⋅ dt + Ec ⋅ dt ∫ ∫ T T 0 tc + to tc T − (tc + to ) Vo = E + Ec T T UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 5 Eletrônica de Potência – Buck com filtro LC na saída Filtragem da tensão de saída Necessária nas aplicações em que o conversor Buck deve produzir uma tensão de saída contínua com baixa ondulação Deve ser adicionado um filtro passa-baixa LC A frequência de corte fc << frequência de chaveamento f, de forma a minimizar a ondulação de tensão de saída Vo Lo S E VDRL DRL - UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef ILo + ICo Io Co R + Vo - 6 Eletrônica de Potência – Buck com filtro LC na saída Formas de onda (modo contínuo - CCM) IE IDRL Lo S ILo Sólido Io Tracej. vDRL Sólido Vo Tracej. UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef E ILo + VDRL DRL - ICo Io Co R + Vo - 7 Eletrônica de Potência – Buck com filtro LC na saída Etapas de funcionamento Lcrit = E D(1 − D ) 2 ⋅ f ⋅ Io Lcrit = Vo (1 − D ) 2 ⋅ f ⋅ Io Se o valor do indutor for menor que LCRIT o conversor Buck opera em condução descontínua UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 8 Eletrônica de Potência – Buck com filtro LC na saída Resposta em frequência do filtro passa-baixa LC V 20 log o V DRL UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef f - frequência de chaveamento fc – frequência de corte 9 Eletrônica de Potência – Buck com filtro LC na saída Cálculo do filtro de saída - Indutor (pg 46-51 – Conversores CC-CC básicos não-isolados ) Considerando E constante e uma ampla faixa de variação da razão cíclica, a ondulação máxima ocorre para D = 0,5, logo L= E (1 − D )D f ⋅ ∆I L= E 4 ⋅ f ⋅ ∆I L max Para o cálculo da ondulação de corrente no indutor Lo, a tensão no capacitor será admitida constante, validando a expressão: Lo = UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef E 4 ⋅ f ⋅ ∆I Lo max ∆I Lo max = E 4 ⋅ f ⋅ Lo 10 Eletrônica de Potência – Buck com filtro LC na saída Cálculo do filtro de saída - Capacitor A ondulação da tensão no capacitor ΔVc é igual à ondulação da tensão ΔVo Como o indutor e o capacitor atuam como filtro, pelo capacitor circula a alta frequência e pela carga a baixa frequência da corrente de saída Para o pior caso (D=0,5) : Co = E 31 ⋅ Lo ⋅ f 2 ⋅ ∆VCo max Outro fator importante é a frequência de ressonância (fo), que é a fc: f >> fo UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef fo = 1 2π Lo ⋅ Co 11 Eletrônica de Potência – Buck com filtro LC na saída Formas de onda no filtro de saída VLo (E-Vo) 0 (-Vo) ΔILomax Admite-se que a componente alternada da corrente no indutor Lo circula toda por Co ILo Io 0 ICo ΔIComax 2 0 VCo = Vo 0 UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef Vo ΔVComax 12 Eletrônica de Potência – Buck com filtro LC na saída Exercício: 1) O conversor CC-CC abaixo opera em condução contínua com uma frequência de 50kHz. A tensão de alimentação é 50V. Deseja-se que a tensão média de saída seja 24V, e que a ondulação máxima de tensão permaneça em 25mV. A ondulação máxima da corrente no indutor deve ficar na ordem de 500mA. Determine: a) a razão cíclica de trabalho; b) o valor da indutância do filtro; c) o valor da capacitância do filtro; d) a frequência de ressonância do filtro. Lo S + E VDRL - UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef ILo DRL ICo Io Co R + Vo - Lo = E 4 ⋅ f ⋅ ∆I Lo max Co = E 31 ⋅ Lo ⋅ f 2 ⋅ ∆VCo max 13 Eletrônica de Potência – Buck Referências bibliográficas: - BARBI, Ivo. & MARTINS Denizar Cruz. Conversores CC-CC Básicos Não-Isolados, 1ª edição, UFSC, 2001 MUHAMMAD, Rashid Eletrônica de Potência; Editora: Makron Books, 1999 ERICKSON, Robert W.; MAKSIMOVIC, Dragan. Fundamentals of power electronics. New York: Kluwer Academic, 2001. MOHAN, Ned; UNDELAND, Tore M.; ROBBINS, William P. Power electronics: converters, applications, and design, New York: John Wiley, 1995 AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência; Editora: Prentice Hall, 1a edição, 2000 José A. Pomilio, “Eletrônica de Potência”, UNICAMP. Disponível em: <http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/> - - UTFPR – Campus Curitiba Prof. Amauri Assef 14
