Atividade A3 - Eletrônica de Potência

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Atividade A3 - GRA0687 Eletrônica de Potência
Aluno: Gustavo Batista Torres
Matrícula: 2021102396 - UNP
Os automóveis precisam de dois tipos de energia para funcionarem. O primeiro advém da queima do
combustível, proporcionando a locomoção. Já o outro se apresenta quando há uma série de periféricos para que a
experiência de uma viagem seja a mais agradável possível. É nesse momento que a energia advinda de uma bateria de
12V torna-se fundamental.
Vários são os equipamentos eletrônicos presentes em um carro, como lâmpadas dos faróis ou do salão, som,
limpador de para-brisas etc. Há, inclusive, direções elétricas. O que há em comum entre todas essas cargas é que o
suprimento de energia é realizado pela mesma fonte, no caso, a bateria supracitada.
Considerando as informações apresentadas, analise as duas situações a seguir: 1) a carga requer uma tensão
menor do que os 12V da bateria, como em uma porta USB comum; 2) será necessária uma tensão maior do que a do
sinal que advém da bateria, como para alimentar um notebook.
Para esta atividade, você deverá descrever qual o conversor mais recomendado para cada uma das situações
apresentadas, indicando, ainda, os circuitos básicos para a operação, aspectos construtivos e a forma de onda do sinal
de saída, observando o nível das ondulações de tensão em cada uma das situações
1. A carga requer uma tensão menor do que os 12V da bateria, como em uma porta USB
comum;
Neste caso, o equipamento mais indicado é o Conversor Buck (conversor abaixador) é um
conversor CC/CC que diminui a tensão (enquanto aumenta a corrente) de sua entrada (alimentação) para
sua saída (carga). É similar ao conversor boost (elevador) e é um tipo de fonte chaveada (SMPS) que
normalmente contém pelo menos dois semicondutores (um diodo e um transistor, embora os conversores
buck modernos substituam o diodo por um segundo transistor usado para retificação síncrona) e pelo
menos um elemento de armazenamento de energia, um capacitor, indutor ou os dois combinados. Para
reduzir o ripple de tensão, filtros feitos de capacitores (às vezes em combinação com indutores) são
normalmente adicionados a essa saída do conversor (filtro do lado da carga) e à entrada (filtro do lado da
alimentação).
Em termos de comparação tomemos um consumo de um carregador comum de celular alimentado
via cabo USB, e teremos:
Tensão = 5V, Corrente = 1,18A e Carga = 4,5Watts.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Conversor_CC/CC
https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Conversor_boost
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fonte_chaveada
https://pt.wikipedia.org/wiki/Semicondutor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_semicondutor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Trans%C3%ADstor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Retifica%C3%A7%C3%A3o_s%C3%ADncrona
https://pt.wikipedia.org/wiki/Armazenamento_de_energia
https://pt.wikipedia.org/wiki/Capacitor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Indutor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ripple
As etapas de funcionamento do conversor Buck são descritas a seguir.
1a Etapa (0, DTs): S está conduzindo. A corrente circula por Lo e pela saída. Nesta etapa Vi fornece
energia para a saída e para a magnetização do indutor Lo.
2a Etapa (DTs, (1-D)Ts): S está bloqueado. No instante de abertura de S o diodo D entra em
condução. A energia do indutor é transferida para a carga, isto é, o indutor é desmagnetizado.
A forma de onda da tensão Vab se comporta conforme esta figura abaixo:
E como a tensão média sobre o indutor deve ser nula, então temos:
Na seguinte figura abaixo mostra-se a variação da tensão de saída em função da razão
cíclica para o conversor Buck, onde pode se notar o ganho estático em função de D.
As principais formas de onda do conversor Buck são mostradas na figura abaixo:
O conversor Buck pode operar em três modos de operação:
1º - Condução Contínua: a corrente em Lo não se anula durante um período de comutação;
2º - Condução Descontínua: a corrente em Lo se anula a cada período de comutação;
3º - Condução Crítica: a corrente em Lo está no limiar de se anular a cada período de comutação.
As principais características do conversor Buck são:
• Pode apenas diminuir a tensão na saída;
• A corrente de saída tem boa qualidade;
• A corrente na entrada é descontínua.
2. Será necessária uma tensão maior do que a do sinal que advém da bateria, como para
alimentar um notebook.
Neste caso será Um conversor boost (conversor amplificador) é um conversor CC/CC que
aumenta a tensão (enquanto diminui a corrente) de sua entrada (alimentação) para sua saída (carga)[1]. É
uma classe de fonte de alimentação comutada (SMPS) contendo pelo menos dois semicondutores (um
diodo e um transistor) e pelo menos um elemento de armazenamento de energia: um capacitor, indutor ou
os dois em combinação. Para reduzir o ripple de tensão, filtros feitos de capacitores (às vezes em
combinação com indutores) são normalmente adicionados à saída do conversor (filtro do lado da carga) e à
entrada (filtro do lado da alimentação).
Em termos de comparação tomemos este seguinte circuito ilustrado abaixo, onde temos o consumo
de um carregador comum de Notebook, e teremos:
Tensão = 19V, Corrente = 3,5A e Carga = 66,5Watts.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Conversor_CC/CC
https://pt.wikipedia.org/wiki/Tens%C3%A3o_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Conversor_boost#cite_note-1
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fonte_chaveada
https://pt.wikipedia.org/wiki/Semicondutor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_semicondutor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Trans%C3%ADstor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Capacitor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Indutor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ripple
As etapas de funcionamento do conversor Boost são descritas a seguir:
1a Etapa (0, DTs): S está conduzindo. O indutor L é magnetizado. A fonte Vi fornece energia ao
indutor.
2a Etapa (DTs, (1-D)Ts): S está bloqueado. O diodo D entra em condução. A fonte Vi e o indutor L
fornecem energia à saída. A tensão na carga aumenta.
A forma de onda da tensão sobre o indutor é mostrada na figura abaixo:
Como a tensão média sobre o indutor deve ser nula, então temos:
Na figura abaixo mostra-se a variação da tensão de saída em função da razão cíclica para o
conversor Boost. onde pode se notar o ganho estático em função de D.
As principais formas de onda do conversor Boost são mostradas na figura abaixo:
As principais características do conversor Boost são:
• Pode apenas aumentar a tensão na saída;
• A corrente de saída é descontínua;
• A corrente na entrada tem boa qualidade.