2ª Lista de Exercícios Chaves Reais e MDC

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Lista de exercícios sobre Chaves Reais, Perdas e Rendimento. MCCR e MDC 
 
Problema 1. Considerando apenas as perdas de condução devido à queda de tensão no diodo VD é a queda de tensão 
na chave VS. Isto é, desconsiderando as perdas por comutação, que tr = tf = 0, provar que as funções de 
transferência para os conversores Buck, Boost e Buckboost são dadas por: 
DDSEO VVVVdV  )(Buck
 
D
SE
O V
d
VV
V 



1
)(
Boost
 
 
....
Buckboost
OV 
Problema 2. Desenhar as principais formas de onda do conversor Buck: comando da chave (0 ou 1), tensão na chave 
(vDS ou vCE), tensão no diodo, tensão no indutor, corrente no indutor, corrente na chave, corrente no 
diodo, corrente no capacitor e corrente na saída. Considerar que corrente de saída vale 4 A; a ondulação 
pico a pico de corrente no indutor vale 4 A; o duty cycle vale 0,5; a tensão de entrada vale 24 V e a de 
saída vale quantos volts? Considerar que o diodo conduz com queda de tensão direta de 1 V e o IGBT 
tambem com queda de tensão de condução de 1 V. 
Problema 3. Desenhar as principais formas de onda do conversor Boost: comando da chave (0 ou 1), tensão na chave 
(vDS ou vCE), tensão no diodo, tensão no indutor, corrente no indutor, corrente na chave, corrente no 
diodo, corrente no capacitor e corrente na saída. Considerar que corrente de saída vale 4 A; a ondulação 
pico a pico de corrente no indutor vale 4 A; o duty cycle vale 0,5; a tensão de entrada vale 24 V e a de 
saída vale quantos volts? Considerar que o diodo conduz com queda de tensão direta de 1 V e o IGBT 
tambem com queda de tensão de condução de 1 V. 
Problema 4. Chave ideal: 
(i) Qual a corrente para a chave ideal aberta? 
(ii) Qual a queda de tensão de condução da chave ideal? 
(iii) Quais os tempos de transição da chave ideal? 
Problema 5. Que dispositivos de três terminais (BJT, MOSFET, SCR) são acionados por: 
(i) Um degrau de corrente. R: … 
(ii) Um degrau de tensão. R: … 
(iii) Um pulso de corrente. R: … 
Problema 6. Quais as características primárias do MOSFET? 
Problema 7. Quais as características primárias do IGBT? 
Problema 8. Qual a função e as principais propriedades dos drives? 
Problema 9. Escrever um resumo sobre as seguintes chaves. 
(i) Diodo rápido 
(ii) IGBT: (Insulated gate bipolar transistor) 
(iii) MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor . Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor) 
Chaveamento com Carga Resistiva 
Problema 10. Calcular as perdas para um IGBT num circuito com carga resistiva R = 9,7 Ω e alimentação VE = 20 V. 
Qual o rendimento do circuito? Frequência de chaveamento f = 20 kHz; IGBT: ton = 0,5T; VCesat = 0,6 
V; tr = 0,6μs; tf = 0,9μs; 
Problema 11. Calcular as perdas num MOSFET num circuito com carga resistiva R = 9,7 Ω e alimentação VE = 20 V. 
Qual o rendimento do circuito? Frequência de chaveamento f = 20 kHz; MOSFET: ton = 0,5T; RDS(on) = 
0,3 Ω; tr=0,1μs; tf =0,2 μs; 
Problema 12. Calcular a frequência de chaveamento f que iguala as perdas com o MOSFET e o IGBT nos problemas 
8 e 9. Considerar os demais dados iguais ao dos exemplos anteriores. 
Problema 13. Dobrar a tensão de entrada para 40 V e repetir o problema 10. 
Problema 14. Mudar a resistência de saída no problema 8 para 4,85 ohms e problema 9 para 4,7 ohms. Em seguida 
refazer os problemas 8 e 9. 
Problema 15. Comentar os resultados obtidos nos problemas 8 a 12. 
Chaveamento com Carga Fortemente Indutiva 
Problema 16. Calcular as perdas de potência num conversor Buck (diodo e IGBT) com carga fortemente indutiva de 
2ª. Qual o rendimento do circuito? VE = 20 V; Frequência de chaveamento f = 20 kHz; ton = 0,5T; 
IGBT: VCesat = 0,6 V; tr = 0,6μs; tf = 0,9μs. Diodo: VD(on) = 1V; Qrr = 0C. 
Problema 17. Calcular as perdas de potência num conversor Buck (diodo e MOSFET) com carga fortemente indutiva 
de 2ª. Qual o rendimento do circuito? VE = 20 V; Frequência de chaveamento f = 20 kHz; ton = 0,5T; 
MOSFET: RDS(on) = 0,3 Ω; tr=0,1μs; tf =0,2 μs. Diodo: VD(on) = 1V; Qrr = 0C. 
Problema 18. Calcular a frequência de chaveamento f que iguala as perdas nos conversores dos problemas 14 e 15. 
Considerar que os demais dados não mudam. 
Problema 19. Dobrar a tensão de entrada para 40 V e repetir os problemas 14 e 15. 
Problema 20. Dobrar a corrente de 2 A para 4 A e repetir os problemas 14 e 15. 
Problema 21. Comentar os resultados obtidos nos problemas 14 a 18. 
Chaveamento com Carga Moderadamente Indutiva 
Problema 22. Calcular as perdas de potência num conversor Buck (diodo e IGBT) com carga moderadamente indutiva 
de 2ª e ΔILpp = 2 A. Qual o rendimento do circuito? VE = 20 V; Frequência de chaveamento f = 20 kHz; 
ton = 0,5T; IGBT: VCesat = 0,6 V; tr = 0,6μs; tf = 0,9μs. Diodo: VD(on) = 1V; Qrr = 0C. 
Problema 23. Calcular as perdas de potência num conversor Buck (diodo e MOSFET) com carga moderadamente 
indutiva de 2ª e ΔILpp = 2 A. Qual o rendimento do circuito? VE = 20 V; Frequência de chaveamento f = 
20 kHz; ton = 0,5T; MOSFET: RDS(on) = 0,3 Ω; tr=0,1μs; tf =0,2 μs. Diodo: VD(on) = 1V; Qrr = 0C. 
Problema 24. Calcular a frequência de chaveamento f que iguala as perdas nos conversores dos problemas 20 e 21. 
Considerar que os demais dados não mudam. 
Problema 25. Dobrar a tensão de entrada para 40 V e repetir os problemas 20 e 21. 
Problema 26. Dobrar a corrente de 2 para 4 A e repetir os problemas 20 e 21. 
Problema 27. Comentar os resultados obtidos nos problemas 20 a 24. 
Modo de Condução Critica (MCCR) e Modo de Condução Descontínua (MCD) 
Problema 28. Calcular o valor da indutância crítica para um conversor Buck com tensão de saída de 12 V, carga de 12 
ohms, d = 0,5 e frequência de chaveamento de 10 kHz. 
Problema 29. Substituir o valor de R para 20 ohms e manter os demais parâmetros do problema anterior (inclusive a 
indutância). Calcular a tensão de saída; Desenhar as principais formas de onda do conversor Buck no 
Modo de Condução Descontínua: comando da chave (0 ou 1), corrente no indutor, corrente no 
capacitor, tensão no indutor e tensão no diodo. 
Problema 30. Repetir o problema 28 para a frequência de chaveamento de 50 kHz. 
Problema 31. Calcular o valor da indutância crítica para um conversor Boost com tensão de saída de 12 V, carga de 
12 ohms, frequência de chaveamento de 10 kHz e para 50 kHz. 
Problema 32. Substituir o valor de R para 20 ohms e manter os demais parâmetros do problema anterior (inclusive a 
indutância). Calcular a tensão de saída; Desenhar as principais formas de onda do conversor Buck no 
Modo de Condução Descontínua: comando da chave (0 ou 1), corrente no indutor, corrente no 
capacitor, tensão no indutor e tensão no diodo. 
Problema 33. Repetir o problema 31 para a frequência de chaveamento de 50 kHz. 
Problema 34. Calcular o valor da indutância crítica para um conversor Buck-boost com tensão de saída de 12 V, 
carga de 12 ohms, frequência de chaveamento de 10 kHz e para 50 kHz. 
Problema 35. Substituir o valor de R para 20 ohms e manter os demais parâmetros do problema anterior (inclusive a 
indutância). Calcular a tensão de saída; Desenhar as principais formas de onda do conversor Buck no 
Modo de Condução Descontínua: comando da chave (0 ou 1), corrente no indutor, corrente no 
capacitor, tensão no indutor e tensão no diodo. 
Problema 36. Repetir o problema 34 para a frequência de chaveamento de 50 kHz.