Download - Curso de Fonte Chaveada
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Sistemas de alimentaçãoSistemas de alimentação
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Fontes primárias de Corrente Alternada (CA)
Fontes primárias
Frequência
Européia 50Hz Européia 50Hz
Amer./Jap. 60, 50Hz
Universal 50-60Hz
Aviação 400Hz
Fontes primárias de Corrente Alternada (CA)
ncia Tensão
50Hz 220, 230V (175-265V) 50Hz 220, 230V (175-265V)
60, 50Hz 110, 100V (85-135V)
60Hz 110-230V (85-265V)
400Hz 115V (80-165V)
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Sistema de alimentação com reguladores lineares
☺ Poucos componentes.
☺ Robustos
☺ Não geram EMI e RFI
Sistema de alimentação com reguladores lineares
LPesados e volumosos
L Baixo rendimento
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Comparação entre fontes lineares e chaveadas
Chaveada
Relação Potência/Peso
30 a 300W/kgPotência/Peso
Relação Potência/Volume
50 a 300W/l
“Ripple”da tensão de saída
1%
EMC Importante
Rendimento 65 a 90%
Comparação entre fontes lineares e chaveadas
Chaveada Linear
30 a 300W/kg 10 a 30W/kg
50 a 300W/l 20 a 50W/l
0,1%
Importante Desprezíveis
65 a 90% 35 a 55%
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Revisão dos conversores c.c./c.c
Conversores sem isolamento1.Buck2.Boost3.Buck-Boost
Conversores com isolamento1.Flyback2.Duplo Flyback3.Forward4.Duplo Forward
Revisão dos conversores c.c./c.c
isolamento elétrico:
isolamento elétrico:
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Revisão de Fundamentos de Circuitos
Como calcular a relação entreVamos recordar as propriedadescircuitos elétricos em regime permanente
• A tensão média em indutor é nula
• A corrente média em um capacitor
Circuito em
regime
permanente
Revisão de Fundamentos de Circuitos
entre as variáveis elétricas?propriedades dos indutores e capacitores em
permanente:
nula.
capacitor é nula.
Caso contrario, a correnteno indutor e a tensão nocapacitor cresceriamindefinidamente (nãoestaríamos em regimepermanente).
vL = 0
+
-
iC = 0
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Revisão de Fundamentos de Circuitos
Na forma de onda da tensãoprodutos volts·segundos = 0”
Circuito em
regime
permanenteiL
Áreas iguais
Revisão de Fundamentos de Circuitos
tensão em um indutor “a soma dos
tComando
vL = 0
+
-
Td·T
t
t
iL
vLt
-+
Áreas iguais
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1. Análise do conversor Modo de condução contínuo
Hipóteses:
• A tensão de saída Vo é constante durantechaveamento.
• A corrente no indutor é sempre maior que zero
iS= iL
iSiL
iDEVO
iD= i
E
Durante D·T
Durante (1
1. Análise do conversor BuckModo de condução contínuo
durante um ciclo de
zero.
t
t
iL
Comando
+
Td·T
t
t
tiS
iD
= iLVO-
+
VO
+-
Durante D·T
Durante (1-D)·T
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2. Análise do conversor
• Tensão média nula no indutor
+ -vL
EiOiL
iC R
• Tensão média nula no indutor
(E- VO)·D·T - VO·(1-D)·T = 0 èèèè VO
• Corrente média nula no capacitor
IL = IO = VO/R
2. Análise do conversor Buck
indutort
t
iL
Comando
IO
vO
+
-R
indutor
TD·T
t
vL
t-
+E- VO
- VO
O = D·E
Corrente média nula no capacitor
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3. Análise do conversor
ER
iS
iL
iD
+ -vS
vD
+
-
• Aplicação do balanço de potências
IS = IO·VO/E èèèè IS = IO·D
• Corrente média no diodo
ID = IL - IS èèèè ID = IO·(1
3. Análise do conversor Buck
VS max = VD max = EvO
+
-
iO
R
•Tensões máximas
potências
·D
·(1-D) TD·T
t
t
iS
iD
IS
ID
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4. Análise do conversor
O conversor “buck” pode ser visto como um transformador de corrente contínua
is
Transformador ideal de corrente continua
E R
1 : D
4. Análise do conversor Buck
O conversor “buck” pode ser visto como um transformador de corrente contínua
VO = E·D+
iO
IO = Is/D
Transformador ideal de corrente continua
vO-
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iL
E
1. Análise do conversor Modo de condução contínuo
E·D·T + (E- VO)·(1-D)·T = 0
• Balanço volts·segundos
VS max = VD max = VO= E• Tensões máximas
iD
iS vO
1. Análise do conversor BoostModo de condução contínuo
D)·T = 0 è è è è VO = E/(1-D)volts·segundos
= E/(1-D)
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iL iD
iSE R
iO
2. Análise do conversor
IL = IO·VO/E èèèè IL = IO/(1-
• Corrente média por diodoID = IO = VO/R
• Corrente media no transistorIL = ID + IS èèèè Is = IO.D/(1
• Balanço de potência
vO
O
t
t
iL
Comando
IL
2. Análise do conversor Boost
TD·T
t
t
tiS
iD
IS
ID-D)
Corrente media no transistor.D/(1-D)
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O curto-circuito e sobrecarga no conversor Boost
EE
Este caminho de circulaçãoser interrompido atuandoconversor não podeforma.
circuito e sobrecarga no conversor Boost
RR
circulação de corrente não podeatuando sobre o transistor. Opode ser protegido desta
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E+ -
vS
vL
+
-
1. Análise do conversor BuckModo de condução contínuo
E·D·T - VO·(1-D)·T = 0 è è è è V• Balanço volts·segundos
VS max = VD max = E+VO= E• Tensões máximas
-
+ -vD
vO
+
-
R
+
1. Análise do conversor Buck-BoostModo de condução contínuo
VO = E·D/(1-D)volts·segundos
= E/(1-D)
+R
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2. Análise do conversor Buck
E
IO
RiL
iDiS
• Corrente média por diodo
• Balanço de potênciaIS = IO·VO/E èèèè IS = IO·D/(1
• Corrente média por diodoID = IO = VO/R
• Corrente media no indutorIL = ID + IS èèèè IL = IO/(1
2. Análise do conversor Buck-Boost
vO
+
-
t
t
iL
Comando
IL
·D/(1-D)Corrente media no indutor
/(1-D) TD·T
t
t
iS
iD
IS
ID
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O modo de condução nos três conversores básicos (I)
(somente um indutor e um diodo)
Conversor iO
iL
com indutor
e diodoE
IL = IO/(1-D) (boost e buck
IL = IO (buck)O valor médio de iL depende de I
O modo de condução nos três conversores básicos (I)
(somente um indutor e um diodo)
O
+t
iL IL
R vO
+
-
D) (boost e buck-boost)
TD·T
tComando
depende de IO:
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O modo de condução nos três conversores básicos (II)
• Ao variar I
• Ao variar I(dependem de E e de V
t
iL IL
R1
R2 > R1
t
iL IL
iL ILt
Rcrit > R2
R2 > R1
Modo de condução crítico
Modo de condução contínuo
O modo de condução nos três conversores básicos (II)
Ao variar IO varía o valor médio de iLAo variar IO não varíam as derivadas de iL
(dependem de E e de VO)
Modo de condução crítico
Modo de condução contínuo
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O modo de condução nos três conversores básicos (III)
t
iLIL
Rcrit
R > R
O que acontece se R > R
t
t
R3 > Rcrit iLIL
iL IL
R3 > Rcrit
O modo de condução nos três conversores básicos (III)
O que acontece se R > Rcrit ?
Modo contínuo
Modo descontínuo
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Fatores que originam o modo de condução descontínuo do conversor:
t
iL
iL
• Diminuição
• Diminuição
t
t
L
iL
• Diminuiçãochaveamento
• Aumentocarga (diminuiçãocorrente
Fatores que originam o modo de condução descontínuo do conversor:
Diminuição do valor do indutor.
Diminuição da freqüência deDiminuição da freqüência dechaveamento.
Aumento do valor do resistor de(diminuição do valor médio da
corrente no indutor).
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Existem 3 estados distintos:• Condução do transistor (D·T)
• Condução do diodo (D’·T)
• Transistor e diodo bloqueados (1
Exemplo
Modo descontínuo de condução
IL
tiL
Comando
tiD
I Exemplo
E
VE(D·T)
vL
T
D·Tt
D’·T
+-
t
ID
VO
E
Existem 3 estados distintos:Condução do transistor (D·T)
Condução do diodo (D’·T)
Transistor e diodo bloqueados (1-D-D’)·T
Exemplo
Modo descontínuo de condução
Exemplo
VOE
VOE E VOVO
(1-D-D’)·T(D’·T)
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E
(D·T)
iL
t
IL
iDID
iLmax
iLmax
Relação de transformação no modo descontinuo (p.e. buck
E(D’·T)
vL
T
D·Tt
D’·T
+-
t
ID
VO
E
Relação de transformação M=V
M =D/(k)
VO
(D·T)
E = L·iLmax/(D·T)
Relação de transformação no modo (p.e. buck-boost)
V = L·i /(D’·T)
VO
(D’·T)
Relação de transformação M=VO/E :
M =D/(k)1/2 , sendo: k =2·L / (R·T)
VO = L·iLmax/(D’·T)
ID = iLmax·D’/2
ID = VO/R
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• Relação transformação modo descontinuo, M:
M = D / (k)1/2 , sendo: k = 2·L / (R·T)
• Relação transformação modo continuo, N:
N = D / (1-D)
Fronteira entre modos de condução(buck-
N = D / (1-D)
• Na fronteira: M = N, R = Rcrit
kcrit = (1-D)2
• Modo contínuo: k > kcrit
• Modo descontínuo: k < kcrit
Relação transformação modo descontinuo, M:
k = 2·L / (R·T)
Relação transformação modo continuo, N:
Fronteira entre modos de condução-boost)
t
iLiL
Rcrit
crit , k = kcrit
t
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N = D
2M =
Buck
Extensão a outros conversores
M =
1 + 1 + 4·kD2
kcrit = (1-D)
kcrit max = 1
M =
kcrit
kcrit max
D
DN =
1-D
1 + 1 + 4·D2
1N =
1-D
Buck-Boost
Boost
Extensão a outros conversores
DM =
k
kcrit = (1-D)2
kcrit max = 1
2
1 + 1 + 4·D2
k
crit = D(1-D)2
crit max = 4/27
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1. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck
Muito fácil incorporar o
1. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck-boost
Muito fácil incorporar o isolamento galvânico
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2. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck
O indutor e o transformadorintegrados em ummagnético. Este dispositivocalcula como um indutor,transformador.
• Deve armazenar energia
• Normalmente tem entreferro
2. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck-boost
Conversor Flyback
transformador podem serum único dispositivo
dispositivo magnético seindutor, e não como um
energia.
entreferro
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Análise do conversor Flyback Modo de condução contínuo
vO
+
-vS
+
-
E
+
-vD
n1 n2 VD max
“Soma dos produtos (volts/espiras)·segundos = 0”
D·T·E/n1 - (1-D)·T·VO/n2 = 0
èèèè VO = E·(n2/n1)·D/(1-D)
Análise do conversor Flyback Modo de condução contínuo
D max = E·n2/n1 + VO= E·(n2/n1)·/(1-D)
VS max = E+VO·n1/n2 = E/(1-D)
Máximas tensões
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En1 : n2
S1
D1
D2
S2
Conversor Duplo Flyback
VO = E·(n2/n1)·d/(1-D) (em m.c.)
Dmax = 0.5
VS1 max = vS2 max = E
VD1 max = vD2 max = E
VD3 max = E·(n2/n1)·/(1-D)
D3
VO
Conversor Duplo Flyback
L Dois transistores
K Baixas tensões nos semicondutores
(em m.c.)
![Page 29: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/29.jpg)
Incorporação do isolamento galvânico ao conversor Boost
••Não é possivel Não é possivel incorporar o isolamento
galvânico com um único transistor
•Com vários transistores em corrente
Incorporação do isolamento galvânico ao conversor Boost
incorporar o isolamento
galvânico com um único transistor
Com vários transistores èèèè pontes alimentadas
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1. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck
Não pode ser feito porquepode ser desmagnetizado
1. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck
porque o transformador nãodesmagnetizado
Lm
![Page 31: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/31.jpg)
2. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck
Não pode ser feito porquedesmagnetizado instantaneamente
2. Incorporação do isolamento galvânico ao
D
porque o transformador éinstantaneamente (sobretensão infinita).
Lm
D2
D1
![Page 32: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/32.jpg)
3. Incorporação do isolamento galvânico ao conversor buck
Esta é a solução
3. Incorporação do isolamento galvânico ao
Lm
Dipolo de tensão constante
![Page 33: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/33.jpg)
Operação em regimeelemento magnético com
Circuito em regime
permanente
+ +
n1 : n2
v1 v2
+
-
+
-
Se se excita o elemento magnético com ondas quadradas:
“soma dos produtos (volts/espiras)·segundos
regime permanente de umcom dois enrolamentos
vi = ni · dΦΦΦΦ/dt
∆Φ ∆Φ ∆Φ ∆Φ = ΦΦΦΦB - ΦΦΦΦA = (vi/ni)·dt∫∫∫∫B
A
Lei de Faraday:
Em regime permanente:
(vi /ni) = 0
Em regime permanente:
(∆Φ∆Φ∆Φ∆Φ)em um período =0
Logo:
magnético com ondas quadradas:
(volts/espiras)·segundos = 0”
![Page 34: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/34.jpg)
Operação em regime permanente de um elemento magnético com vários enrolamentos:
E n1
V
“Soma dos produtos (volts/espiras)·segundos
(E/n1)·D1·T - (V2/n2)·D2·T = 0
Para assegurar a desmagnetização
V2
n2
Operação em regime permanente de um elemento magnético com vários enrolamentos: exemplo
ΦΦΦΦ
tvi/ni
t+
-
V1/n1
ΦΦΦΦmax
V1
(volts/espiras)·segundos = 0”
·T = 0 èèèè D2 = D1·n2·E/(n1·V2)
T
D1·Tt
D2·T-
V2/n2
desmagnetização: D2 < 1 - D1
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1. O conversor Forward
V1
n2
n1
Levando em conta:
D’ = D·n2/n1 D’ < 1 - D
obtemos:
D < n1/(n1 + n2) èèèè Dmax = n
E
V2
n2
1. O conversor Forward
Desmagnetização baseada na tensão de entrada
V1 = V2 = E
= n1/(n1 + n2)
n2
n1
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2. O conversor Forward
n2:n3
n1
+
-vD2
vS
+
+
-EvS
-
VS max = E+E·n1/n2 = E/(1-Dmax
VD1 max = E·n3/n1
VD2 max = E·n3/n2
Dmax = n1/(n1 + n2)
VO = D·E·n(modo contínuo)
2. O conversor Forward
VOvD1
+
-
E·n3/n1 VO
+-
max)
E·n3/n1 VO-
Durante D·T
VO-+
Durante (1-D)·T= D·E·n3/n1(modo contínuo)
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3. O conversor Forward
iD2
E n2:n3
n1
iS
iL
iD1
iD3
iS
ID2 = IO·D ID1 = IO·(1-D)
Im = E·T·D2/(2·Lm) (ref. ao primário)
IS = IO·D·n3/n1 + Im ID3
3. O conversor Forward
VOD1
iOt
iL iO
iD2
iD1
i
t
t
iD2·n3/n1
TD·T
tComando
D’·T
iD3
iS
t
t
D)
(ref. ao primário)
D3 = Im
![Page 38: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/38.jpg)
Variação de EvD2
V
n2:n3
n1
+
-
vS
+
-
vD1
+
-E
ΦΦΦΦ ΦΦΦΦΦΦΦΦ
vi/ni
+-
E/n1
ΦΦΦΦmax
E/n
Tensão alimentação
VO
ΦΦΦΦ
t
vi/ni
t+ -
E/n1
ΦΦΦΦmax
E/n2E mínimo
ΦΦΦΦ
t
vi/ni
t+-
E/n1
ΦΦΦΦmax
E/n2E máximo
t
t
n2
mínima
![Page 39: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/39.jpg)
Existem outras formas de desmagnetizar o transformador?
Snubber RCD
VC
E
L Baixo rendimento
☺ Integração de componente parasitas
☺ Útil para retificador sincrono autoexc.
Lm
LdE
Existem outras formas de desmagnetizar o transformador?
ΦΦΦΦ
t
vi/ni
t+-
E/n1
ΦΦΦΦmax
Snubber RCDt+
-VC/n1
Baixo rendimento
Integração de componente parasitas
Útil para retificador sincrono autoexc.
![Page 40: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/40.jpg)
Outras formas de desmagnetizar o transformador: Desmagnetização ressonante
vT
+
-E
L Pequena variação de E
☺ Integração de componentes parasitas
☺ Útil para retificador sincrono autoexc.
LmLd
E
Outras formas de desmagnetizar o transformador: Desmagnetização ressonante
vT
t+-
(Resonant reset)
Pequena variação de E
Integração de componentes parasitas
Útil para retificador sincrono autoexc.
-
![Page 41: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/41.jpg)
Outras formas de desmagnetizar o transformador:
VC = E·D/(1
VC
E
L Dois transistores
☺ Integração de componentes parasitas
☺ Útil para retificador sincrono autoexc.
☺ Fluxo médio nulo
Lm
LdE
ΦΦΦΦt
vi/niE/n
Outras formas de desmagnetizar o transformador: Snubber ativo
(Active clamp)
= E·D/(1-D)
t+-
E/n1
VC/n1
Dois transistores
Integração de componentes parasitas
Útil para retificador sincrono autoexc.
Fluxo médio nulo
![Page 42: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/42.jpg)
Outras formas de desmagn. o transf.: Forward com dois transistores
En1 : n2
S1D4
D3
D
D2
S2
Dmax = 0.5
VO = D·E·n2/n1 (en modo continuo)
VS1 max = VS2 max =E
VD1 max = VD2 max = E
VD3 max = VD4 max = E·n2/n1
n1 : n2D1
Outras formas de desmagn. o transf.: Conversor Forward com dois transistores
ΦΦΦΦ
t
vi/niE/n
ΦΦΦΦmaxVO
L Dois transistores
☺ Tensão máxima no transistor igual a E
vi/ni
t+-
E/n1
E/n1(en modo continuo)
![Page 43: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/43.jpg)
Fonte com múltiplascontrolando o chaveamentooutras com regulador linear
múltiplas saídas: Uma saídachaveamento do transistor e as
linear
Pos-reguladores lineares
☺ Eficiente
L Caro
L Complexo
![Page 44: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/44.jpg)
Fontes com múltiplas saídas baseados em um único conversor (regulação cruzada
Importanteassociadamenor
Fontes com múltiplas saídas baseados em um regulação cruzada)
• Regula-se apenas uma saída
• As outras ficam parcialmente • As outras ficam parcialmente reguladas
Importante: a impedância parasitaassociada a cada saída deve ser amenor possível
![Page 45: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/45.jpg)
Os conversores “flyback” e “forward” com regulação cruzada
Funcionaestiver
Pior:1.Presença do indutor de filtro.2.Os modos de condução de cadasaída podem ser diferentes.
Os conversores “flyback” e “forward” com regulação cruzada
Funciona bem se o transformadorestiver bem feito
![Page 46: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/46.jpg)
Melhorando a regulação cruzada em o conversor “forward”
n2
n4
n1
n3
Melhorando a regulação cruzada em o conversor “forward”
Os dois enrolamentosoperam no mesmomodo de conduçãomodo de condução
Condição de projeto:n1/ n2 = n3/ n4
![Page 47: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/47.jpg)
Revisão dos conversores c.c./c.a./c.c.
Conversores com isolamento1.Push-Pull2.Meia Ponte2.Meia Ponte3.Ponte Completa
Revisão dos conversores c.c./c.a./c.c.
isolamento elétrico:
![Page 48: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/48.jpg)
Conv. cc/cc “push-pull”
Ret. com transf. “tap” central
1. Conversor Push
Conv. cc/cc “push-pull”
Ret. com dois indutores
Conv. cc/cc “push
Ret. com transf.
Ret. em ponte
1. Conversor Push-Pull
Ret. com dois indutores
“push-pull”
Conv. cc/cc “push-pull”
![Page 49: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/49.jpg)
Conversor “forward”
2. Conversor Push
Conversor “push-pull”
Conversor “forward”
2. Conversor Push-Pull
∆∆∆∆B
B
H
∆∆∆∆B
B
H
![Page 50: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/50.jpg)
n1 : n2
n1
n1n2
n2
E
L
3. Conversor Push
S2 S1
n2E
O que acontece quando nenhum dos transistores conduz?
VO
• Circuito equivalente quando conduz S1:
E·n2/n1
L VO
3. Conversor Push-Pull
• Circuito equivalente quando conduz S2:
E·n2/n1
L VOO que acontece quando nenhum
![Page 51: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/51.jpg)
L
VO
iL
D1
iL1
4. Conversor Push
D2 iL2
• Circuito equivalente quando não conduzem nem S
• Conduzem ambos diodos èèèè a tensão no transformador é zero
• As correntes iL1 e iL1devem ser tais que:
i + i = i
4. Conversor Push-Pull
Circuito equivalente quando não conduzem nem S1 nem S2:
iL1 + iL2 = iLiL1 - iL2 = iLm (sec. trans.)
VOL
![Page 52: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/52.jpg)
S2
n1
n1
n2
n2
E
LvD
+
-S1
+
-vD1
++
D1
DD
5. Tensões no conversor “
• A tensão vD é a mesma que em um conv. “forward” com uma razão cíclica 2
èèèè VO = 2·D·E·n2/n1 (en modo continuo)
• vsmax = 2·E vD1max = vD2max = 2·E·n
E
+
-vD2
vS1
+
-
+
-vS2
D2
vS2
t
tComando
tvS1 2·E
2·E
S1 S2
VO
L
Dmax = 0.5
5. Tensões no conversor “push-pull”
é a mesma que em um conv. “forward” com uma razão cíclica 2·D
(en modo continuo)
= 2·E·n2/n1
t
t
Td·T
t
vD1
vD2
vD E·n2/n1
2·E·n2/n1
2·E·n2/n1
![Page 53: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/53.jpg)
n1 : n2
n1
n1n2
n2
L
iL
D1
iD1
iS2
6. Correntes no conversor “
Correntes médias:
IS1 = IS2 = IO·D·(n2/n1) ID1 = ID2
S2 S1
n2E
iS1D2
iD2
D
t
tiL
Comando
iS1
t
S1 S2
VO
iO
6. Correntes no conversor “push-pull”
D2 = IO/2
t
iS2
t
iD1
t
Td·T
t
iD2
Dmax = 0.5
![Page 54: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/54.jpg)
n1
n1E iS2
7. Conversor Push
S2 S1
iS1
• No controle por “modotransformador por assimetríascondução dos transistores
• Ideal utilizar-se o controle por
VO
∆∆∆∆B
B
H
7. Conversor Push-Pull
tensão” pode-se saturar oassimetrías na duração dos tempos de
por “modo corrente”
∆∆∆∆B
![Page 55: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/55.jpg)
S2
n1
n2
n2E
L
vD
+
-
S1
+
-vD1
+
+
-vS2
D1
D2
E/2
E/2 D
1. Conversor em Meia Ponte (“
• A tensão vD é a metade daquela que ocorre no conversor “push-pull”èèèè VO = D·E·n2/n1 (modo contínuo)
• vsmax = E vD1max = vD2max = 2.E·n
S1
+
-vD2
vS1
+
-
D2E/2 Dmax
vS2
t
tComando
tvS1 E
E
S1 S2VOL
D
= 0.5
1. Conversor em Meia Ponte (“half bridge”)
é a metade daquela que pull”
(modo contínuo)
= 2.E·n2/n1
t
t
Td·T
t
vD1
vD2
vD E·0.5·n2/n1
2.E·n2/n1
2.E·n2/n1
max = 0.5
![Page 56: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/56.jpg)
2. Correntes no Conversor em Meia Ponte
iD1 iL
S2
n1
n2
n2E
L
S1 i
iS2D1
D2
E/2
E/2 D
Correntes médias:
IS1 = IS2 = IO·D·(n2/n1) ID1 = ID2 = I
S1
iD2
iS1D2E/2 D
2. Correntes no Conversor em Meia Ponte
t
tiL
Comando
iS1
t
S1 S2
L
iO
VO
D = 0.5
= IO/2
t
iS2
t
iD1
t
Td·T
t
iD2
Dmax = 0.5
![Page 57: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/57.jpg)
1. O Conversor em Ponte Completa (“bridge”)
S3
n1
n2
n2E
L
vD
+
-
S4
+
-vD1
+
+
-vS3
D1
D2
S1
S Dmax
• A tensão vD é igual aquela do conversor “push-pull”èèèè VO = 2·D·E·n2/n1 (modo contínuo)
• vsmax = E vD1max = vD2max = 2·E·n
S4
+
-vD2
vS4-
D2S2Dmax
1. O Conversor em Ponte Completa (“full
vS2, vS3
t
Comando
tvS1, vS4 E
Et
S1, S4S2, S3VO
max = 0.5
é igual aquela do conversor
(modo contínuo)
= 2·E·n2/n1
t
t
t
Td·T
t
vD1
vD2
vD E·n2/n1
2·E·n2/n1
2·E·n2/n1
max = 0.5
![Page 58: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/58.jpg)
2. Correntes no conversor em Ponte Completa
iD1 iL
i
S3
n1
n2
n2E
L
S4
D1
D2
S1
S
iS3
Correntes médias:
IS3 = IS4 = IO·D·(n2/n1) ID1 = ID2 = I
iD2
iS4S4
D2S2 D
2. Correntes no conversor em Ponte Completa
iO
VO
t
tiL
Comando
iS1, iS4
t
S2, S3S1, S4
= IO/2
t
iS2, iS3
t
iD1
Td·T
t
iD2
Dmax = 0.5
![Page 59: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/59.jpg)
Problemas de saturação do transformador do conversor em ponte completa
• No controle por “modotransformador por assimetríascondução dos transistores
• Soluções:
• Colocar um capacitor
• Usar controle por “modo
S2
S1CS
E
S3
S4
Problemas de saturação do transformador do conversor em ponte completa
tensão” pode-se saturar oassimetrías na duração dos tempos de
capacitor em série CSS
“modo corrente”
VO
![Page 60: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/60.jpg)
Conversores com Barramento tipo Fonte de Corrente
Conversor c.c./c.c. “Push-Pull” alimentado em corrente
Conversores com Barramento tipo Fonte de Corrente
Conversor c.c./c.c. em ponte alimentado em corrente
![Page 61: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/61.jpg)
n1
n1
n2
n2ES2S1
+
-vD1
v+ Dmin
1. Conversor “push-pull” alimentado em corrente
E
+-E
VO·n1/n2
E
Conduzem S1 e S2
S1 está bloqueado
Sbloqueado
+
-vD2
vS2-
t
Comando de S1
t
Comando de S2
v
tvS1 2·VO·n1/n2
VO
min = 0.5
pull” alimentado em corrente
t
vS2
t
Td·T
t
vD1 2·VO
2·VO·n1/n2
VO
vD2 2·VO
VO
VO·n1/n2
+-
S2 está bloqueado
![Page 62: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/62.jpg)
E
Conduzem S e S
+-E
VO·n1/n2
S1 bloqueado
2. Conversor “push-pull” alimentado em corrente
S1 e S2
Aplicando o balanço “volts·segundos”
èèèè VO = E·(n2/n1)/2(1-D)
d·T
dura t1 dura t2
VO·n1/n2
+-E
S2 bloqueado
E
Conduzem S e S
pull” alimentado em corrente
S1 e S2
Aplicando o balanço “volts·segundos”
D) (modo contínuo)
(1-d)·T
dura t1 dura t2
![Page 63: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/63.jpg)
iL
iO
n1
n1
n2
n2ES2S1
iD1
iDmin
iS1
3. Correntes no “push-pull” alimentado em corrente
iD2
iS2
IS1 = IS2 = IO·(n2/n1)/4(1-D)
ID1 = ID2 = IO/2
min = 0.5t
iL
t
Comando de S1
t
Comando de S2
pull” alimentado em corrente
Td·T
t
iD1
t
iS2
t
tiS1
iD2
![Page 64: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/64.jpg)
E èèèè
VOèèèè
D èèèè
1-D èèèè
Modificações
VO = E·D
E VO
Buck
Conversores alimentados em tensão vs. alimentados em corrente
E èèèèn1èèèèn2èèèè
“Push-pull” alimentado em tensão
VO = 2·D·E·n2/n1
EVO
n1
n1
n2
n2
èèèè VO
èèèè E
èèèè 1-D
èèèè D
Modificações
VO = E/(1-D)
E VO
Boost
Conversores alimentados em tensão vs. alimentados em corrente
èèèè VOèèèè n2èèèè n1
“Push-pull” alimentado em corrente
VO = E·(n2/n1)/2(1-D)
EVO
n1
n1
n2
n2
![Page 65: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/65.jpg)
Problema do desligamento do conversor “push-pull” alimentado em corrente
SS
iL
S2S1
iL
Problema do desligamento do conversor alimentado em corrente
Temos que garantir que ofluxo no indutor não seanule quando sãobloqueados S1 e S2 nomomento de desligamentomomento de desligamentodo conversor
![Page 66: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/66.jpg)
Outro modo de desmagnetizar o indutor de entradaOutro modo de desmagnetizar o indutor de entrada
Desmagnetização em direção a
entrada
Desmagnetizaçãoem direção a
saída
![Page 67: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/67.jpg)
A ponte completa alimentada em correnteA ponte completa alimentada em corrente
Desmagnetização em direção a entrada
Se comporta como un “push-pull”alimentado em corrente, exceto a
Desmagnetização em direção a saída
alimentado em corrente, exceto atensão máxima no transistor (queé Vo
*)
![Page 68: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/68.jpg)
Retificador em ponte na saída
“Push-pull” alimentado em corrente“Push-pull” alimentado em corrente
Ponte completa alimentada em corrente
Retificador em ponte na saída
alimentado em correntealimentado em corrente
Ponte completa alimentada em corrente
![Page 69: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/69.jpg)
d
i1Entrada
Como devem ser as correntes na entrada e na saída de um conversor?
i1
1 : Nt
i1
Situação ideal
1-d
i2 Saída
Como devem ser as correntes na entrada e na saída de um conversor?
i2
1 : N t
i2
Situação ideal
![Page 70: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/70.jpg)
i1
t
i1
Buck
i1
descontínua
Corrente de entrada em cada conversor
t
i1
i1
t
Buck
i1Boostcontínua
descontínua
i
t
i2
i2
i2
contínua
Corrente de entrada em cada conversor
t
i2
t
i2
Buck-boost
i2Boost
descontínua
descontínua
![Page 71: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/71.jpg)
Filtrando a corrente descontínua de um conversor
Boost
Buck-Boost
Buck
Filtrando a corrente descontínua de um conversor
![Page 72: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/72.jpg)
V1 V2< V1
Conversores reversíveis
Fluxo de potência
Redutor / elevador
V1 V
Conversores reversíveis
Fluxo de potência
Red.-elev. / Red.-elev.
V1 V2
![Page 73: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/73.jpg)
Retificador síncrono
• Em conversores com tensãoe correntes muito elevadas (>diodo retificador, vis a vis datorna difícil o controle da tensão
• A queda de tensão de umenquanto que a do diodo Schotky
• Solução: Retificador síncronotensão inferior a 0,1V
Retificador síncrono
tensão de saída baixa (≈ 1,2 a 5V)>20A), a queda de tensão no
da tensão de saída, é elevada etensão de saída.
diodo PIN é da ordem de 1,0VSchotky é de 0,5V.
síncrono apresenta queda de
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FontePorta
pn-
Curto circuito n+p
Diodo parasita
Retificador Síncrono
Dreno
n+n-
O transistor MosFet é utilizado como diodo, graças a pequena r
Curto circuito p
Diodo parasita
Retificador Síncrono
O transistor MosFet é utilizado como diodo, graças a pequena rdson
![Page 75: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/75.jpg)
Retificador Síncrono autoexcitado (V
Retificação convencional
Retificador Síncrono autoexcitado (Vsaida < 5V)
Retificação convencional Retificação síncrona
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Retificador Síncrono autoexcitado (VRetificadores de meia onda
Retificação convencional
Retificador Síncrono autoexcitado (Vsaida < 5V) Retificadores de meia onda
Retificação síncrona
![Page 77: Curso de Fonte Chaveada](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062513/557211bc497959fc0b8f6cbe/html5/thumbnails/77.jpg)
Conversor Meia Ponte assimétrico
1-D
D
D·E
(1-D)·E
E
(1-D)·E D
1-DE
D·E
Conversor Meia Ponte assimétrico
Meia ponte com controle Meia ponte com controle complementar