Lista_EP_Conversores_CC_CC_1b1

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UTFPR- Campus Cornélio Procópio 
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1ª Lista de Exercícios de Eletrônica de Potência (Conversores CC-CC não isolados) 
Curso de Engenharia Elétrica/UTFPR-CP 
Disciplina: Eletrônica de Potência 
Prof. Dr. Sérgio Augusto Oliveira da Silva 
Data: 27/10/2021 
 
01 – Considerando algumas formas de onda de tensão e corrente associadas ao CC-CC Boost apresentadas na Fig. 1 abaixo 
encontre: 
a) Os valores do indutor de filtragem L e do capacitor C (Fig. 1 (a)); 
b) As correntes médias nas chaves de potência “S” e “D1” (𝐼𝑆𝑚𝑑 𝑒 𝐼𝐷1𝑚𝑑); 
c) A tensão de bloqueio direto máxima na chave “S” e a tensão de bloquei reverso máximo no diodo “D1” (considere a 
ondulação de tensão sobre a carga); 
d) Por meio de um Software de Simulação Digital apresente as formas de onda de corrente e tensão em todos os elementos ativos 
e passivos do circuito. Confirme as especificações do projeto pelas simulações. 
Obs: (considere que o conversor operando em regime permanente e em modo de condução contínua). 
 
 
(a) 
 
(b) 
 
Fig. 1 – (a) Conversor CC-CC Boost ; (b) Formas de onda de tensão e corrente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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02 – Considere que o CONVERSOR representado na Fig. 2 é o conversor CC-CC Buck, onde este é acionado pelo circuito de 
PWM que gera o sinal de comando Vg para COMANDAR a chave de potência do referido conversor. Observe que o sinal de 
tensão Vc (modulante) é usado para CONTROLAR a tensão de saída do conversor Buck. Este sinal é comparado com um sinal 
“dente de serra” (portadora) representado pela portadora Vr (modulador PWM), o qual possui amplitude máxima é igual a 15V 
e frequência f = 20 kHz. 
Considerando que a tensão média de saída Vo igual a 120 V e Vc é igual a 10 V determine: 
a) A razão cíclica D e o valor da tensão média de entrada Vs (prove os resultados matematicamente); 
b) Deduza a expressão para calcular ΔIL e em seguida calcule L uma vez que ΔIL medido deve ser igual a 2A; 
c) Deduza a expressão para calcular ΔVC e em seguida calcule C uma vez que ΔVC medido deve ser igual a 6V; 
d) Por meio de um Software de Simulação Digital, apresente as formas de onda de corrente e tensão em todos os elementos 
ativos e passivos do circuito. Confirme as especificações do projeto pelas simulações. 
Obs: (considere que o conversor operando em regime permanente e em modo de condução contínua). 
 
Dados: Ro = 10Ω (resistência de carga). 
 
Fig. 2 – Geração do sinal de comando PWM (Vg) 
do conversor CC-CC Buck. 
 
03 – Em um sistema fotovoltaico (FV) cujo arranjo FV é composto por 5 módulos associados em série, a tensão deve ser elevada 
para 250 V de forma a alimentar um barramento CC de um inversor de tensão, o qual é conectado à uma rede elétrica monofásica 
cuja tensão de pico é igual a 180 V. O Inversor de tensão, controlado em corrente, é utilizado para injetar na rede em CA toda 
energia produzida em CC pelo arranjo FV. 
Obs. Em operação com potência nominal (ponto de máxima potência), admita que cada módulo FV possui uma tensão igual a 
32 Volts e é capaz de gerar uma potência equivalente igual a 300 Wp (por módulo). 
Responda: 
a) Admitindo que um conversor CC-CC Boost convencional é colocado entre o arranjo FV e o inversor de tensão, 
dimensione o seu indutor (L) e capacitor (C) de filtragem de forma que a ondulação de corrente no indutor seja igual a 
2 A e a ondulação de tensão no capacitor seja igual a 10 V (obs. A tensão de saída do conversor Boost é a tensão de 
entrada do inversor de tensão); 
b) Calcule os valores de corrente eficazes e médios dos semicondutores do conversor CC/CC Boost; 
c) Admitindo que não há perdas no sistema (conversor CC/CC e inversor) e que a corrente injetada na rede pelo inversor 
é senoidal e em fase com a tensão da rede, qual o valor da corrente eficaz injetada na rede sabendo-se que a tensão 
senoidal de pico da rede é igual a 180 V; 
Dados: frequência de chaveamento do conversor CC-CC: 25 kHz 
Obs: (considere que o conversor operando em regime permanente e em modo de condução contínua). 
 
 
 
 
 
 
 
 
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04 – O conversor Buck-Boost mostrado na Fig. 3 possui tensão de entrada sV = 90 Volts, tensão média de saída oV = 48 Volts e 
corrente média no indutor 𝐼𝐿𝑚𝑒𝑑 = 40 A. A frequência de operação é f = 40 kHz. Determine os valores de L e C de modo que a 
ondulação de pico a pico cV da tensão de saída (tensão no capacitor de filtragem C) seja igual a 5 % da tensão média de saída 
e a ondulação da corrente do indutor de filtragem L ( LI ) igual a 10% do seu valor médio. 
Por meio de um Software de Simulação Digital apresente as formas de onda de corrente e tensão em todos os elementos ativos 
e passivos do circuito. Confirme as especificações do projeto pelas simulações. 
Obs: (considere que o conversor operando em regime permanente e em modo de condução contínua). 
 
 Fig. 3 – Conversor CC-CC Buck-Boost. 
 
 
05 – O conversor CC-CC Cùk mostrado na Fig. 4 (a) é acionado pelo sinal PWM de comando mostrado na Fig. 4 (b). Encontre: 
(a) Escreva matematicamente no domínio do tempo as expressões que representam as correntes na chave S e no diodo D1. 
Em seguida, com base nestas equações, calcule os valores médios e eficazes das respectivas correntes (Obs. para o 
cálculo das correntes eficazes considere nula a ondulação das correntes nos indutores); 
(b) Com base nos seguintes dados: 𝛥𝑖𝐿1= 0,1Is; 𝛥𝑖𝐿2= 0,1I0; 𝛥𝑣𝐶1 = 0,1Vs e 𝛥𝑣𝐶2= 0,05V0; onde V0 = 50V e R0 = 10Ω, 
encontre as correntes máximas (de pico) nas chaves de potência (S e D1), assim como a tensão máxima no capacitor C1; 
(c) Projete os valores dos elementos de filtragem L1, L2, C1 e C2 para atender às especificações de projeto mostradas abaixo, 
considerando o conversor operando em regime permanente no modo de condução contínua (MCC). Por meio de um 
Software de Simulação Digital apresente as formas de onda de corrente e tensão em todos os elementos ativos e passivos 
do circuito. Confirme as especificações do projeto pelas simulações. 
 
 
(a) 
 
(b) 
Fig. 4 – (a) Conversor Cùk; (b) Sinal de comando da chave S. 
(Sinal alto representa a chave S fechada, baixo aberta)