TOPOLOGIAS BÁSICAS DE FONTES CHAVEADAS

7/23/2019 TOPOLOGIAS BSICAS DE FONTES CHAVEADAS

1/22


2/22

Eletrnica de Potncia - Cap. 5 J. A. Pomilio

DSE FEEC UNICAMP 2014 5-2

i

T

D

0

Conduo contnua Conduo descontnua

Io

VoE

0

t2

L

i

i

v

D

tTIo

E

Vo

txtT

Io

Iomax

Figura 5.2 Formas de onda tpicas nos modos de conduo contnua e descontnua

A1

A2

V1

V2

t1

vL

Figura 5.3 Tenso sobre uma indutncia em regime.

A A

V t V t

1 2

1 1 2 1

=

= ( ) (5.1)

No caso do conversor abaixador, quanto T conduz, vL=E-Vo, e quando D conduz, vL=-

Vo

( ) ( )E Vo t Vo t

Vo

E

t

T T

T

=

=

(5.2)

5.1.2 Modo de conduo descontnua (MCD)A modelagem que se segue pressupe um comportamento de corrente constante na sada.

Caso a hiptese seja de resistncia constante ou de potncia constante, as equaes

resultantes so diversas daquelas ora apresentadas. Isto vlido tambm para os demaisconversores apresentados na seqncia.


3/22



A corrente do indutor ser descontnua quando seu valor mdio for inferior metade de

seu valor de pico (Io


4/22



critK

= 1 1 8

2 (5.12)

A figura 5.4 mostra a caracterstica esttica do conversor para diferentes valores de K. Na

figura 5.5 tem-se a variao da tenso de sada com a corrente de carga. Note-se que a conduo

descontnua tende a ocorrer para pequenos valores de Io, levando exigncia da garantia de umconsumo mnimo. Existe um limite para Io acima do qual a conduo sempre contnua e a

tenso de sada no alterada pela corrente.

0

0.25

0.5

0.75

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

K=.01 K=.05K=.1

Cond. contnua

Cond. descontnua

Vo/E

Figura 5.4 Caracterstica de controle do conversor abaixador de tenso nos modos de conduo

contnua e descontnua.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

=0,8

=0,6

=0,4

=0,2

Io

Vo/E Cond. descontnua

Cond. contnua

E.8L

Figura 5.5 Caracterstica de sada do conversor abaixador de tenso nos modos de conduo

contnua e descontnua.

5.1.3 Dimensionamento de L e de C

Da condio limite entre o modo de conduo contnua e descontnua, tem-se:

IE Vo

Lomin

( )=

2 (5.14)

Caso se deseje operar sempre no modo de conduo contnua deve-se ter:

LE

Iomin

( )

(min)=

1

2

(5.15)

Quanto ao capacitor de sada, ele pode ser definido a partir da variao da tenso

admitida, lembrando-se que enquanto a corrente pelo indutor for maior que Io (corrente na carga,


5/22



suposta constante) o capacitor se carrega e, quando for menor, o capacitor se descarrega, levando

a umavariao de tensoVo.

8

Io

2

Io

22

1Q

=

= (5.16)

A variao da corrente :

IoE Vo t

L

E

L

T=

= ( ) ( ) 1

(5.17)

Substituindo (5.17) em (5.16) tem-se:

VoQ

Co

E

L Co

= =

2 1

8

( ) (5.18)

Logo,

CoVo

L Vo=

( )1

8

2

(5.19)

Muitas vezes o limitante para a ondulao da tenso no a capacitncia, mas sim a

resistncia srie equivalente (Rse) do capacitor. Tal resistncia produz uma queda de tenso que

se soma queda na capacitncia, podendo ser dominante. A reduo de Rse feita pela colocao

em paralelo de vrios capacitores.

5.2 Conversor elevador de tenso (step-up ou boost): Vo>E

Quando T ligado, a tenso E aplicada ao indutor. O diodo fica reversamente

polarizado (pois Vo>E). Acumula-se energia em L, a qual ser enviada ao capacitor e carga

quando T desligar. A figura 5.6 mostra esta topologia. A corrente de sada, i D, sempre

descontnua, enquanto iL(corrente de entrada) pode ser contnua ou descontnua.

Tambm neste caso tem-se a operao no modo de conduo contnua ou descontnua.

As formas de onda so mostradas na figura 5.7.

5.2.1

Modo de conduo contnuaQuando T conduz: vL=E (durante tT)

Quando D conduz: vL=-(Vo-E) (durante-tT)

IiE t

L

Vo E t

L

T T=

= ( ) ( )

(5.20)

VoE

=1

(5.21)

Embora para1, Vo , na prtica os elementos parasitas e no ideais do circuito

(como as resistncias do indutor e da fonte) impedem o crescimento da tenso acima de um certo


6/22



limite, no qual as perdas nestes elementos resistivos se tornam maiores do que a energia

transferida pelo indutor para a sada.

EVo

+L

T

D

Co

Ro

i i DL

vT

i T

vL

Io

Figura 5.6 Conversor elevador de tenso

i

i

v

0


I

E

Vo Vo

E

0

txt2tT t T

L

T

T

i D

Ii

Ii

Io Io

Figura 5.7 Formas de onda tpicas de conversor elevador de tenso.

Nota-se que a corrente de entrada a prpria corrente pelo indutor e que a corrente mdiapelo diodo a corrente da carga (j que a corrente mdia pelo capacitor nula).

5.2.2 Modo de conduo descontnuaQuando T conduz: vL= E, (durante tT)

Quando D conduz: vL= -(Vo-E), durante(-tT-tx)

Vo E

tx

tx=

1

1

(5.22)

Escrevendo em termos de variveis conhecidas, tem-se:


7/22



Vo EE

L Io= +

2 2

2

(5.23)

A relao sada/entrada pode ser rescrita como:

Vo

E K= +

1

2

2 (5.24)

O ciclo de trabalho crtico, no qual h a passagem do modo de conduo contnua para a

descontnua dado por:

critK

= 1 1 8

2 (5.25)

A figura 5.8 mostra a caracterstica esttica do conversor para diferentes valores de K. Na

figura 5.9 tem-se a variao da tenso de sada com a corrente de carga. Note-se que a conduo

descontnua tende a ocorrer para pequenos valores de Io, levando exigncia da garantia de um

consumo mnimo. Existe um limite para Io acima do qual a conduo sempre contnua e a

tenso de sada no alterada pela corrente.

0

10

20

30

40

50

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Vo/E

K=.01

K=.02

K=.05

cond. descontnua

Figura 5.8 Caracterstica esttica do conversor elevador de tenso nos modos de conduo

contnua e descontnua, para diferentes valores de K.

0

2

4

6

8

10

0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2

Io

Vo/E

E.8.L

=.8

=.6=.4

=.2

cond. contnua

cond.descontnua

Figura 5.9 Caracterstica de sada do conversor elevador de tenso.


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5.2.3 Dimensionamento de L e de CO limiar para a conduo descontnua dado por:

IiIi E t

L

Vo

L

T= =

=

2 2

1

2

( ) (5.26)

IoIi t E

L

T=

=

( ) ( )

2

1

2 (5.27)

LE

Iomin

( )

(min)=

1

2 (5.28)

Para o clculo do capacitor deve-se considerar

a forma de onda da corrente de sada. Admitindo-se a

hiptese que o valor mnimo instantneo atingido por

esta corrente maior que a corrente mdia de sada,

Io, o capacitor se carrega durante a conduo do diodo

e fornece toda a corrente de sada durante a conduo

do transistor.

CoIo

Vo=

(max)

(5.29)

5.3 Conversor abaixador-elevador (buck-boost)

Neste conversor, a tenso de sada tem polaridade oposta da tenso de entrada. A figura

5.10 mostra o circuito.

Quando T ligado, transfere-se energia da fonte para o indutor. O diodo no conduz e o

capacitor alimenta a carga. Quando T desliga, a continuidade da corrente do indutor se faz pela

conduo do diodo. A energia armazenada em L entregue ao capacitor e carga. Tanto a

corrente de entrada quanto a de sada so descontnuas. A figura 5.11. mostra as formas de onda

nos modos de conduo contnua e descontnua (no indutor).

+

Vo

E

T

D

LCo Ro

vL

iD

iL

iT

vT

Io

Figura 5.10 Conversor abaixador-elevador de tenso

5.3.1 Modo de conduo contnuaQuando T conduz: vL=E, (durante tT)

Io

iD


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Quando D conduz: vL=-Vo, (durante-tT)

E t

L

Vo t

L

T T=

( ) (5.30)

Vo E=

1

(5.31)

i

D

T

T

0


I

E

E+Vo E+Vo

E

0

txt2

L

i

i

v

t T t T

Io Io

(a) (b)

Figura 5.11 Formas de onda do conversor abaixador-elevador de tenso operando em conduo

contnua (a) e descontnua (b).

5.3.2 Modo de conduo descontnuaQuando T conduz: vL= E, (durante tT)

Quando D conduz: vL= -Vo, durante(-tT-tx)

VoE

tx

=

1

(5.32)

A corrente mxima de entrada, que a corrente pelo transistor, ocorre ao final do intervalo de

conduo do transistor:

IiE t

L

Tmax =

(5.33)

Seu valor mdio :

IiIi t

T=

max2 (5.34)


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Do balano de potncia tem-se:

IiIo Vo

E=

(5.35)

O que permite escrever:

VoE

L Io=

2 2

2

(5.36)

Uma interessante caracterstica do conversor abaixador-elevador quando operando no

modo de conduo descontnua que ele funciona como uma fonte de potncia constante.

Po

E

L=

2 2

2

(5.37)

A relao sada/entrada pode ser rescrita como:

Vo

E K=

2

2 (5.38)

O ciclo de trabalho crtico, no qual h a passagem do modo de conduo contnua para a

descontnua dado por:

critK

= 1 1 8

2 (5.39)

A figura 5.12 mostra a caracterstica esttica do conversor para diferentes valores de K.

0

10

20

30

40

50

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Vo/E

K=.01

K=.02

K=.05

cond. descontnua

Figura 5.12 Caracterstica esttica do conversor abaixador-elevador de tenso nos modos de

conduo contnua e descontnua, para diferentes valores de K.

Na figura 5.13 tem-se a variao da tenso de sada com a corrente de carga. Note-se que

a conduo descontnua tende a ocorrer para pequenos valores de Io, levando exigncia da


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garantia de um consumo mnimo. Existe um limite para Io acima do qual a conduo sempre

contnua e a tenso de sada no alterada pela corrente.

0

2

4

6

8

10

0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2

Io

Vo/E

E.8.L

=.8

=.6

=.4=.2

cond. contnua

descontnua

cond.

Figura 5.13 Caracterstica de sada do conversor abaixador-elevador de tenso.

5.3.3 Clculo de L e de CO limiar entre as situaes de conduo contnua e descontnua dado por:

IoI t Vo t

L

Vo

L

L T T=

=

=

( ) ( ) ( ) ( )

2

1

2

1

2

2

(5.40)

LE

Iomin

( )

(min)=

1

2 (5.41)

Quanto ao capacitor, como a forma de onda da corrente de sada a mesma do conversor

elevador de tenso, o clculo segue a mesma expresso.

CoIo

Vo=

(max)

(5.42)

5.4 Conversor uk

Diferentemente dos conversores anteriores, no conversor uk, cuja topologia mostrada

na figura 5.14, a transferncia de energia da fonte para a carga feita por meio de um capacitor.Como vantagem, existe o fato de que tanto a corrente de entrada quanto a de sada

poderem ser contnuas, devido presena dos indutores. Alm disso, ambos indutores esto

sujeitos ao mesmo valor instantneo de tenso, de modo que possvel constru-los num mesmo

ncleo. Este eventual acoplamento magntico permite, com projeto adequado, eliminar a

ondulao de corrente em um dos enrolamentos. Os interruptores devem suportar a soma das

tenses de entrada e sada.

A tenso de sada apresenta-se com polaridade invertida em relao tenso de entrada.


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E

L1 L2

T D

C1

Co

Ro

Vo

+

I IVC1L1 L2+

Figura 5.14 Conversor uk

Em regime, como as tenses mdias sobre os indutores so nulas, tem-se: VC1=E+Vo.

Com o transistor desligado, iL1e iL2fluem pelo diodo. C1se carrega, recebendo energia

de L1. A energia armazenada em L2 enviada sada.

Quando o transistor ligado, D desliga e iL1 e iL2 fluem por T. Como VC1>Vo, C1 sedescarrega, transferindo energia para L2e para a sada. L1acumula energia retirada da fonte.

A figura 5.15 mostra as formas de onda de corrente nos modos de conduo contnua e

descontnua. Note-se que no modo descontnuo a corrente pelos indutores no se anula, mas sim

ocorre uma inverso em uma das correntes, que ir se igualar outra. Na verdade, a

descontinuidade caracterizada pelo anulamento da corrente pelo diodo, fato que ocorre tambm

nas outras topologias j estudadas.

I1

I2

V1

t2 tx

iL1

iL2

vC1

iL1

iL2


Ix

-Ix

tT

tT

Figura 5.15. Formas de onda do conversor uk em conduo contnua e descontnua

Assumindo que iL1e iL2so constantes, e como a corrente mdia por um capacitor nula

(em regime), tem-se:

I t I tL T L T2 1 = ( ) (5.43)


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I E I VoL L1 2 = (5.44)

VoE

=

1 (5.45)

Uma vez que a caracterstica esttica do conversor uk idntica ao do conversorabaixador-elevador de tenso, as mesmas curvas caractersticas apresentadas anteriormente so

vlidas tambm para esta topologia. A diferena que a indutncia utilizada nas equaes deve

ser substituda por Le, onde21

21e

LL

LLL

+

= .

5.4.1 Dimensionamento de C1C1 deve ser tal que no se descarregue totalmente durante a conduo de T.

Considerando iL1e iL2constantes, a variao da tenso linear. A figura 5.16 mostra a tenso no

capacitor numa situao crtica.

vC1

ttT

VC1

2VC1

Figura 5.16. Tenso no capacitor intermedirio numa situao crtica.

V E VoC1 = + (5.46)

Na condio limite:

Io I CE Vo

tL

T

= = +

2 1

2 ( ) (5.47)

CIo

E1

1

2min

(max) ( )=

(5.48)

5.4.2

Dimensionamento de L1Considerando C1 grande o suficiente para que sua variao de tenso seja desprezvel, L1

deve ser tal que no permita que iL1 se anule. A figura 5.17 mostra a corrente por L1 numa

situao crtica.

EL I

t

L

T

= 1 1max

(5.49)


14/22



E

E+Vo

+

L1

tT

iL1

IL1max

Figura 5.17 Corrente por L1 em situao crtica.

Ii II

LL= =1

1

2

max (5.50)

Quando T conduz:

L E tIiT1

2=

(5.51)

LE

Io1

1

2min( )

(min)=

(5.52)

5.4.3 Clculo de L2Analogamente anlise anterior, obtm-se para L2:

LE

Io

2

2

min

(min)

=

(5.53)

5.4.4 Clculo de Co (capacitor de sada)Como a corrente de sada contnua, o dimensionamento de C idntico ao realizado

para o conversor abaixador de tenso.

CoE

L Vo=

2

8 2 (5.54)

5.5 Conversor SEPIC

O conversor SEPIC (Single Ended Primary Inductance Converter) mostrado na figura

5.18.

Possui uma caracterstica de transferncia do tipo abaixadora-elevadora de tenso.

Diferentemente do conversor uk, a corrente de sada pulsada e no existe inverso na

polaridade da tenso de sada. Como no conversor uk, os interruptores ficam sujeitos a uma

tenso que a soma das tenses de entrada e de sada e a transferncia de energia da entrada para

a sada se faz via capacitor. Sua principal vantagem no circuito isolado quando a indutncia L2

pode ser a prpria indutncia de magnetizao do transformador.


15/22



E

L1

L2T

DC1

Co

Ro

Vo

+

Figura 5.18 Topologia do conversor SEPIC.

O funcionamento no modo descontnuo tambm igual ao do conversor uk, ou seja, a

corrente pelo diodo de sada se anula, de modo que as correntes pelas indutncias se tornam

iguais.

5.6 Conversor Zeta

O conversor Zeta, cuja topologia est mostrada na figura 5.19, tambm possui uma

caracterstica abaixadora-elevadora de tenso. Na verdade, a diferena entre este conversor, o

uk e o SEPIC apenas a posio relativa dos componentes.

Aqui a corrente de entrada descontnua e a de sada continua. A transferncia de

energia se faz via capacitor. A indutncia L1 pode ser a prpria indutncia de magnetizao na

verso isolada. A operao no modo descontnuo tambm se caracteriza pela inverso do sentido

da corrente por uma das indutncias. A posio do interruptor permite uma natural proteo

contra sobrecorrentes.

EL1

L2T

D

C1

Co

Ro

Vo

Figura 5.19 Topologia do conversor Zeta.

5.7

Conversores com isolao

Em muitas aplicaes necessrio que a sada esteja eletricamente isolada da entrada,

fazendo-se uso de transformadores. Em alguns casos o uso desta isolao implica na alterao do

circuito para permitir um adequado funcionamento do transformador, ou seja, para evitar a

saturao do ncleo magntico. Relembre-se que no possvel interromper o fluxo magntico

produzido pela fora magneto-motriz aplicada aos enrolamentos.

5.7.1 Conversor uk isoladoNeste circuito a isolao se faz pela introduo de um transformador no circuito.

Utilizam-se 2 capacitores para a transferncia da energia da entrada para a sada. A figura 5.20mostra o circuito.


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E

L1 L2C1

T Co VoV1 V2

C2

N1 N2

D

Figura 5.20. Conversor uk com isolao

A tenso de sada, no modo contnuo de conduo, dada por:

VoN

N

E=

2

1 1

( ) (5.55)

O balano de carga deve se verificar para C1 e C2. Com N1=N2, C1=C2, tendo o dobro

do valor obtido pelo mtodo de clculo indicado anteriormente no circuito sem isolao. Paraoutras relaes de transformao deve-se obedecer a N1.C1=N2.C2, ou V1.C1=V2.C2.

Note que quando T conduz a tenso em N1 VC1=E (em N2 tem-se VC1.N2/N1). Quando

D conduz, a tenso em N2 VC2=Vo (em N1 tem-se VC2.N1/N2). A corrente pelos enrolamentos

no possui nvel contnuo e o dispositivo comporta-se, efetivamente, como um transformador.

5.7.2 Conversores SEPIC e Zeta isoladosApesar das diversas semelhanas entre os conversores uk, SEPIC e Zeta, na verso

isolada tem-se uma mudana significativa quanto ao projeto do transformador. Note que no

SEPIC a corrente mdia pelo secundrio no nula, pois a prpria corrente mdia da carga.

Ou seja, o dispositivo magntico no se comporta efetivamente como uma transformador. Isto

significa que ele deve possuir um entreferro a fim de no saturar. Isto aumenta o seu volume emrelao ao transformador de um conversor Cuk para a mesma potncia. O mesmo ocorre com o

conversor Zeta, no qual a corrente contnua existe no primrio. Entretanto, como j foi dito, estes

elementos magnticos podem ser construdos de modo que as indutncias Lp seja as prprias

indutncias L2 (SEPIC) ou L1 (Zeta), de modo que existam apenas dois elementos magnticos

no conversor, enquanto no Cuk sero trs.

E

L1

LsT

DC1

CoRo

Vo

+

LpE Lp

L2T

D

C1

Co

Ro

VoLs

+

(a) (b)

Figura 21 Conversores SEPIC (a) e Zeta (b) isolados.

5.7.3 Conversorfly-back(derivado do abaixador-elevador)Assim como no conversor Zeta, o elemento magntico comporta-se como um indutor

bifilar e no como um transformador. Quando T conduz, armazena-se energia na indutncia do

"primrio" (no campo magntico) e o diodo fica reversamente polarizado. Quando T desliga,

para manter a continuidade do fluxo, o diodo entra em conduo, e a energia acumulada nocampo magntico enviada sada. A figura 5.22 mostra o circuito.


17/22



Note-se que as correntes mdias nos enrolamentos no so nulas, levando necessidade

de colocao de entreferro no "transformador".

A tenso de sada, no modo contnuo de conduo, dada por:

VoN

N

E=

2

1 1

( )

(5.56)

E

TD

Co Vo

N1 N2

L1

Figura 5.22 Conversor fly-back

5.7.4 Conversor forward (derivado do abaixador de tenso)Quando T conduz, aplica-se E em N1. D1 fica diretamente polarizado e cresce a corrente

por L. Quando T desliga, a corrente do indutor de sada tem continuidade via D3. Quanto ao

transformador, necessrio um caminho que permita a circulao de uma corrente que d

continuidade ao fluxo magntico, de modo a absorver a energia acumulada no campo, relativa

indutncia de magnetizao. Isto se d pela conduo de D2. Durante este intervalo (conduo

de D2) aplica-se uma tenso negativa em N2, que se reflete em N3, e ocorre um retorno de

energia para a fonte. A figura 5.23 mostra o circuito.

E

D2

T

N1 N2 N3

D1

D3 Co

+

Vo

L

Figura 5.23 Conversor forward

Para garantir a desmagnetizao do ncleo a cada ciclo o conversor opera sempre no

modo descontnuo.

Existe um mximo ciclo de trabalho que garante a desmagnetizao do transformador

(tenso mdia nula), o qual depende da relao de espiras existente. A figura 5.24 mostra o

circuito equivalente no intervalo de desmagnetizao.

A tenso total nos enrolamentos N1 e N2, chamada de Vp, :

1N

)2N1N(EVa

+=

2N

)2N1N(EVb

+= (5.57)


18/22



E

T

D

N1

N2

Vp.

.A1

A2

tT

Va

Vb

A1=A2

Vp

Figura 5.24 Forma de onda no enrolamento de primrio.

Outra possibilidade, que prescinde do enrolamento de desmagnetizao, a introduo

de um diodo zener no secundrio, pelo qual circula a corrente no momento do desligamento de

T. Esta soluo, mostrada na figura 5.25, no entanto, provoca uma perda de energia sobre o

zener, alm de limitar o ciclo de trabalho em funo da tenso.

E

. .

Figura 5.25 Conversor forward com desmagnetizao por diodo zener.

5.7.5 Conversor push-pull

O conversor push-pull , na verdade, um arranjo de 2 conversores forward,trabalhando em contra-fase, conforme mostrado na figura 5.26.

Quando T1 conduz (considerando as polaridades dos enrolamentos), nos secundrios

aparecem tenses como as indicadas na figura 5.27. Neste intervalo D1 no conduz e D2 conduz,

mantendo nulo o fluxo no transformador (desconsiderando a magnetizao).

Note que no intervalo entre as condues dos transistores, os diodos D1 e D2 conduzem

simultaneamente (no instante em que T1 desligado, o fluxo nulo garantido pela conduo de

ambos os diodos, cada um conduzindo metade da corrente), atuando como diodos de livre-

circulao e curto-circuitando o secundrio do transformador.

A tenso de sada dada por:

VoE

n=

2 (5.58)

O ciclo de trabalho deve ser menor que 0,5 de modo a evitar a conduo simultnea dos

transistores. n a relao de espiras do transformador.

Os transistores devem suportar uma tenso com o dobro do valor da tenso de entrada.

Outro problema deste circuito refere-se possibilidade de saturao do transformador caso aconduo dos transistores no seja idntica (o que garante uma tenso mdia nula aplicada ao

primrio). A figura 5.27 mostra algumas formas de onda do conversor.


19/22



T1

D1

D2T2

I c2 I D2

E

V1=E

I c1 I D1

E/n

E/n

L

Co

+

Ro

.. .

. .. .

.

..

Vce1

n:1

io

Vo

Figura 5.26 Conversor push-pull.

V1+E

-EIc1

Vce1

Ioio

E

2E

1

2

ID1

T1/D2 D1/D2 T2/D1 D1/D2

Figura 5.27 Formas de onda do conversor push-pull.

5.7.5.1

Conversor em meia-ponte

Uma alterao no circuito que permite contornar ambos inconvenientes do conversor

push-pull leva ao conversor com topologia em 1/2 ponte, mostrado na figura 5.28. Neste caso

cria-se um ponto mdio na alimentao, por meio de um divisor capacitivo, o que faz com que os

transistores tenham que suportar 50% da tenso do caso anterior, embora a corrente seja o dobro.

O uso de um capacitor de desacoplamento garante uma tenso mdia nula no primrio do

transformador. Este capacitor deve ser escolhido de modo a evitar ressonncia com o indutor de

sada e, ainda, para que sobre ele no recaia uma tenso maior que um pequeno percentual da

tenso de alimentao (durante a conduo de cada transistor).


20/22



.

.

.

L

T1

Vo

+

Co

.

.

.

.

T2

..

.

.

.

.

E/2

E/2

Figura 5.28 Conversor em meia-ponte

5.7.5.2 Conversor em ponte completa

Pode-se obter o mesmo desempenho do conversor em 1/2 ponte, sem o problema da

maior corrente pelo transistor, com o conversor em ponte completa. O preo o uso de 4

transistores, como mostrado na figura 5.29.

.

.

.

L

T2

Vo

+

Co

.

.

.

.

T4

..

.

.

.T1

T3

..

.

.

.

.

.

E

Figura 5.29 Conversor em ponte completa.

5.8 Considerao sobre a mxima tenso de sada no conversor elevador de tenso

Pelas funes indicadas anteriormente, tanto para o conversor elevador de tenso quanto

para o abaixador-elevador (e para o uk, SEPIC e Zeta), quando o ciclo de trabalho tende

unidade, a tenso de sada tende a infinito. Nos circuitos reais, no entanto, isto no ocorre, uma

vez que as quedas de tenso presentes nos componentes, especialmente nas chaves, na fonte de

entrada e nos indutores, produzem perdas. Tais perdas, medida que aumenta a corrente,

tornam-se mais elevadas, reduzindo o rendimento do conversor. As curvas de Vo x se alterame passam a apresentar um ponto de mximo, o qual depende das perdas do circuito.


21/22



A figura 5.30 mostra a curva da tenso de sada normalizada em funo da largura do

pulso para o conversor elevador de tenso.

Se considerarmos as perdas relativas ao indutor e fonte de entrada, podemos redesenhar

o circuito como mostrado na figura 5.31.

Para tal circuito, a tenso disponvel para alimentao do conversor se torna (E-Vr),

podendo-se prosseguir a anlise a partir desta nova tenso de entrada. A hiptese que aondulao da corrente pelo indutor desprezvel, de modo a se poder supor Vrconstante.

O objetivo obter uma nova expresso para Vo, em funo apenas do ciclo de trabalho e

das resistncias de carga e de entrada. O resultado est mostrado na figura 5.32.

20

40

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Vo( )d

d Figura 5.30 Caracterstica esttica de conversor elevador de tenso no modo contnuo.

E E-Vr

Vr

VoCo

Ii

Io

+

RL

Ro

L

Figura 5.31 Conversor elevador de tenso considerando a resistncia do indutor.

Vo

E Vr=

1 (5.59)

Vr R Ii

Vo Ro Io

L=

= (5.60)

Io Ii= ( )1 (5.61)

VrR Io R Vo

Ro

L L=

=

1 1 ( ) (5.62)


22/22



Vo

ER Vo

Ro E R Vo

Ro

L

L=

=

( )

( )

1

1 1 1 2

(5.63)

Vo

E R

Ro

L=

+

1

1 2

( ) (5.64)

0

2

4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Vo( )d

d Figura 5.32 Caracterstica esttica de conversor elevador de tenso, no modo contnuo,

considerando as perdas devido ao indutor.

5.9Referncias Bibliogrficas

N. Mohan, T. M. Undeland and W. P. Robbins: Power Electronics: Converters, Applications

and Design. John Wiley & Sons, 2ndEdition, 1994.

G. Chryssis: High Frequency Switching Power Supplies: Theory and design. McGraw-Hill,

New York, 1984.

R. D. Middlebrook and S. uk: Advances in Switched-Mode Power Conversion, TESLAco,

Pasadena, USA, 1981.

E. R. Hnatek: Design of Solid State Power Supplies. Van Nostrand Reinhold, New York, 3rd

Edition, 1989.

TOPOLOGIAS BÁSICAS DE FONTES CHAVEADAS

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