377610-04_-_Buck-Converter

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Tiago C. de Araújo
Choppers – DC/DC Converters
(Buck Converter)
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Sumário
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Conversor Buck
Introdução
Topologia
Princípio de funcionamento
Equacionamento
Aplicações
Conversor Buck
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Introdução
Utilizado para reduzir o nível de tensão DC.
Redução com desperdício mínimo de energia.
Bastante utilizado na microeletrônica
Circuito integrado – 95% de eficiência
Diversos campos de atuação
Tensão de saída controlada em função da frequência de chaveamento.
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Conversor Buck
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Topologia
Chave controlada (IGBT ou GTO)
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Conversor Buck
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Princípios de funcionamento
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Conversor Buck
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Princípios de funcionamento
Chave ON
Considerando o estado inicial com grandezas nulas.
O indutor percebe a variação de corrente e provoca uma tensão oposta à este efeito.
Alguns instantes depois, a variação de corrente diminui, assim como a queda de tensão no indutor.
Indutor armazena energia magnética (Corrente Elétrica)
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Conversor Buck
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Princípios de funcionamento
Chave OFF
A chave é desligada enquanto houver variação de corrente.
Assim, a tensão instantânea máxima na carga sempre será menor ou igual que a fonte
A corrente armazenada no indutor se descarregará aos poucos, mantendo a carga alimentada através do fluxo de corrente de sentido igual ao período anterior.
A chave é novamente ligada antes do indutor descarregar
A tensão instantânea mínima na carga sempre será maior ou igual que zero.
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Conversor Buck
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Princípios de funcionamento
Modo contínuo
O modo contínuo de funcionamento é o que ocorre quando o chaveamento impede que a corrente instantânea chegue à zero.
Modo descontínuo
Situações, indesejadas, onde a corrente atinge valores nulos.
Equações diferentes.
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Conversor Buck
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Modo Contínuo
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Conversor Buck
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Considerações Iniciais
T – O período do sinal de controle, que pode ser dividido em:
ton – Tempo onde a chave controlada está em condução
toff – Tempo em que a chave controlada está desligada
T = ton + toff
O ciclo de trabalho, ou Duty-Cycle é dado por D = ton/T
Percentual do período em que a chave está ligada
0 – Nunca está ligada
1 – Está ligada o tempo todo
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Conversor Buck
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Modo Contínuo
Após desenvolvimento matemático a partir da tensão no indutor, chegamos à:
Eliminando os temos comuns, substituindo os tempos pelo Duty Cycle e isolando as tensões, temos:
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Conversor Buck
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Modo contínuo x descontínuo
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Conversor Buck
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Conversor Buck
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Exemplo
Um conversor DC-DC possui tensão de entrada de 20V e tensão de saída de 12V. Calcule o Duty Cicle e esboce a forma de onda da tensão na saída para uma frequência de chaveamento de 200kHz.
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Tiago C. de Araújo
Choppers – DC/DC Converters
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