Conversores CC-CC: Funcionamento e Aplicações

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10/1/2014 
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Quinta B005 
Sexta B005 
Da família dos conversores estáticos de potência, os conversores CC-CC 
São aqueles que convertem uma forma de onda de tensão CC em outra 
forma de onda de tensão também CC. 
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 Aplicações 
 
 Como reduzir a tensão de entrada? 
◦ Regulador linear => Opera como um resistor variável 
de forma a aumentar ou diminuir a queda de tensão neste 
elemento. 
 
Para Vin=100V e Vout=50V e desejando 10A na saída tem-se 500W perdidos em 
Rs. 
Pin = 1000W e Pout = 500W 
0,5 ɳ 
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 Como reduzir a tensão de entrada? 
◦ Conversor CC-CC=> Com o chaveamento tem-se uma 
tensão recortada na saída. Cujo valor médio é menor do que 
Vin. Variando-se o tempo que a chave fica fechada (0 – 100%). 
Varia-se Vout de 0 à Vin. 
 
ɳ 
Vout 
PS 
Como garantir a continuidade da corrente no indutor? 
Vout 
A carga não pode 
receber uma forma 
 de onda de tensão 
descontinua 
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Vin
S
D Co
L
Ro
iS iL iRo
iCo VO
+
-
+
-
Principais Características: 
 Fonte de tensão na entrada; 
 Fonte de corrente na saída; 
 Abaixador de tensão; 
 Valor médio da tensão na saída 
é menor ou igual ao valor médio 
da tensão na entrada; 
 Valor médio de corrente na 
saída é maior ou igual ao valor 
médio de corrente na entrada; 
 Corrente de entrada 
descontínua; 
 
 O Conversor Buck é um 
abaixador de tensão, 
também conhecido como 
“Step-Down” 
 Modos de Condução: 
◦ Condução Contínua 
 
 
 
 
◦ Condução crítica 
 
 
 
 
◦ Condução descontínua 
 
t 
IL 
t 
IL 
t 
IL 
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 Para efeitos de simplificação: 
◦ Os elementos eletromagnético serão considerados ideais; 
◦ Os semicondutores são ideais 
 (entrada em condução e bloqueio instantâneos; curtos-
circuitos quando em condução e circuitos abertos quando 
bloqueados). 
 
 Em regime permanente a Corrente média no 
capacitor é nula e a tensão média no Indutor é 
nula. 
 
0medioIc 0medioVL
Chave fechada: [t0; t1] Chave Aberta [t1; t2] 
Vin
S
D Co
L
Ro
iS iL iRo
iCo VO
+
-
+
-
Vin
S
D Co
L
RoiD
iL iRo
iCo VO
+
-
+
-
ONt
Tempo de Chave fechada: 
ontD
T

Razão cíclica 
OFFt
Tempo de chave aberta 
Frequência de 
chaveamento 
1
F
T

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Gate 
t
iL
ILsup
ILinf
t
iS
ISsup
ISinf
t
iD
IDsup
IDinf
t0 t1 t2
ton = Δt1 toff = Δt2
T = Δt1+Δt2
t
VL
Vin-V0
t
VS
Vin
t
VD
Vin
t0 t1 t2
ton = Δt1 toff = Δt2
T = Δt1+Δt2
-V0
L L
L in o
di di
V L V V L
dt dt
   
Tensão no indutor 
inf( )
in o
L L
V V
i t I t
L

  
Corrente no indutor 
Corrente no Diodo D 
S L Vini i i 
Corrente na chave S 
Tensão chave S 
0Vs 
Tensões e Correntes durante o intervalo: [t0; t1] 
0Di 
Tensão no Diodo D 
Corrente no Capacitor C 
C L Roi i i 
Tensão Capacitor C 
C OV V
Corrente na Carga Ro 
O
Ro
O
V
i
R

Vin
S
D Co
L
Ro
iS iL iRo
iCo VO
+
-
+
-
inD VV 
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L L
L o
di di
V L V L
dt dt
   
Tensão no indutor 
( ) oL LSup
V
i t I t
L
  
Corrente no indutor 
Corrente no Diodo D 
0Si 
Corrente na chave S 
Tensão chave S 
Vs Vin
Tensões e Corrente durante o intervalo: [t1; t2] 
D Li i
Tensão no Diodo D 
Corrente no Capacitor C 
C L Roi i i 
Tensão Capacitor C 
C OV V
Corrente na Carga Ro 
O
Ro
O
V
i
R

0DV
Vin
S
D Co
L
RoiD
iL iRo
iCo VO
+
-
+
-
 Cálculo do ganho 
t
VL
Vin-V0
t0 t1 t2
ton = Δt1 toff = Δt2
T = Δt1+Δt2
-V0
+
-
O
in
V
G D
V
  Cálculo do Indutor 
 in OL
L
L
V V Di
V L L
t i f

  
 
    ooinmedio VDVVDVL  1
oinmedio VDVVL 
oin VDV 0
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Energia no capacitor 
c L Ri i i 
Q CV Q
Q C V C
V

    

1
2 2 2 8
T IL T IL
Q
  
   
 
1
8. 8 .
T IL IL
C
V V fs
 
 
 
 Cálculo do Capacitor 
Primeira Etapa: [t0; t1] 
S
R
L
C
F
DV
in
L
F
S
R
L
C
F
DV
in
L
F S
R
L
C
F
DV
in
L
F
Segunda Etapa: [t1; t2] Terceira Etapa: [t2; t3] 
ONt
Tempo de Chave fechada: 
dt
Tempo de descarga 
OFFt
Tempo de chave aberta 
zt
Tempo de corrente nula 
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t
0
t
1
t
2
t
3
i
S
i
D
i
LF
i
CF
t
t
t
t
t
on
=D.T
t
off
=(1-D).T
t
d
t
z
T=1/f
s
I
M
I
M
I
M
I
M
-I
RL
t
0
t
1
t
2
t
3
v
S
i
S
v
D
i
D
t
t
t
t
t
on
=D.T
t
off
=(1-D).T
t
d
t
z
T=1/f
s
V
in
V
in
/2
I
M
V
in
V
in
/2
I
M
v
gS
t
L L
L in o
di di
V L V V L
dt dt
   
Tensão no indutor 
( ) in oL
V V
i t t
L

 
Corrente no indutor 
Corrente no Diodo D 
S L Vini i i 
Corrente na chave S 
Tensão chave S 
0Vs 
Primeira Etapa: [t0; t1] - MCD 
0Di 
Tensão no Diodo D 
D inV V
Corrente no Capacitor C 
C L Roi i i 
Tensão Capacitor C 
C OV V
Corrente na Carga Ro 
O
Ro
O
V
i
R

S
R
L
C
F
DV
in
L
F
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L L
L o
di di
V L V L
dt dt
   
Tensão no indutor 
( ) oL M
V
i t I t
L
  
Corrente no indutor 
Corrente no Diodo D 
0Si 
Corrente na chave S 
Tensão chave S 
Vs Vin
Segunda Etapa: [t1; t2] - MCD 
D Li i
Tensão no Diodo D 
0DV 
Corrente no Capacitor C 
C L Roi i i 
Tensão Capacitor C 
C OV V
Corrente na Carga Ro 
O
Ro
O
V
i
R

S
R
L
C
F
DV
in
L
F
0LV 
Tensão no indutor 
( ) 0Li t 
Corrente no indutor 
Corrente no Diodo D 
0Si 
Corrente na chave S 
Tensão chave S 
Terceira Etapa: [t2; t3] - MCD 
0Di 
Tensão no Diodo D 
Corrente no Capacitor C 
C Roi i 
Tensão Capacitor C 
C OV V
Corrente na Carga Ro 
O
Ro
O
V
i
R

2/inD VV 
S
R
L
C
F
DV
in
L
F
2/inS VV 
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( ) in oL
V V
i t t
L

 
Na primeira etapa de 
funcionamento 
No final da primeira etapa - Imax 
1( )
in o
L Max on
V V
i t I t
L


 
Área da corrente na primeira etapa 
2mI
2 2
ax on in o
on on
t V V
A t
L

  
( ) oL Max
V
i t I t
L
  
Na segunda etapa de funcionamento 
No final da segunda etapa 
2( ) 0
in o o
L on d
V V V
i t t t
L L

    
Área da corrente na segunda etapa 
mI 1
2 2
ax d in o
off on d
t V V
A t t
L

  
in o
d on
o
V V
t t
V

 
 
2
21
2
in o
off on
O
V V
A t
V L

 
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on off
L
A A
i
T


Corrente média no indutor igual a área dividida por T 
 
2
2 21 1
2 2
in oin o
L on on
o
V VV V
i t t
T L V L
 
    
  
22 1 1L
in
L
i D
V T G
 
  
 
  










 

o
oin
oin
on
L
V
VV
VV
LT
t
i 1
2.
2_
TDton .
 in
o
oinon
L V
V
VV
LT
t
i 




 

2.
2_
in
o
V
V
G 
Característica de Carga 
2
R
in
L
i
V T
 
Ganho de tensão 
2
2
D
G
D


o
L R
V
i I
R
 22 1 1L
in
L
i D
V T G
 
   






 1
12
G
D
Isolar D 
A corrente média no indutor é a corrente média na carga! 
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Primeira Etapa: [t0; t1] 
S
R
L
C
F
DV
in
L
F S
R
L
C
F
DV
in
L
F
Segunda Etapa: [t1; t2] 
ONt
Tempo de Chave fechada: 
dt
Tempo de descarga OFFt
Tempo de chave aberta 
t
0
t
1
t
2
i
S
i
D
i
LF
i
CF
t
t
t
t
t
on
=D.T t
off
=(1-D).T
T=1/f
I
Mcr
I
Mcr
I
Mcr
I
Mcr
-I
RL
t
0
t
1
t
2
v
S
i
S
v
D
i
D
t
t
t
t
t
on
=D.T t
off
=(1-D).T
T=1/f
V
in
I
Mcr
V
in
I
Mcr
v
gS
t
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L L
L in o
di di
V L V V L
dt dt
   
Tensão no indutor 
( ) in oL
V V
i t t
L

 
Corrente no indutor 
Corrente no Diodo D 
S L Vini i i 
Corrente na chave S 
Tensão chave S 
0Vs 
Primeira Etapa: [t0; t1] - MCCr 
0Di 
Tensão no Diodo D 
Corrente no Capacitor C 
C L Roi i i 
Tensão Capacitor C 
C OV V
Corrente na Carga Ro 
O
Ro
O
V
i
R

D inV V
S
R
L
C
F
DV
in
L
F
L L
L o
di di
V L V L
dt dt
   
Tensão no indutor 
( ) oL M
V
i t I t
L
  
Corrente no indutor 
Corrente no Diodo D 
0Si 
Corrente na chave S 
Tensão chave S 
Vs Vin
Segunda Etapa: [t1; t2] - MCCr 
 
D Li i
Tensão no Diodo D 
0DV 
Corrente no Capacitor C 
C L Roi i i 
Tensão Capacitor C 
C OV V
Corrente na Carga Ro 
O
Ro
O
V
i
R

S
R
L
C
F
DV
in
L
F
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Característica de Saída: 
 O MCCr é o intermediário entre o MCC e o MCD, assim: 
2
R
in
L
i
V T
 
2
2
D
G D
D
 

2D D  
2G G  
2
2
D
G
D


DG 
e 
0,00 0,20 0,500,10 0,30 0,40
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2

G
D=0,9
D=0,1
0,00 0,20 0,500,10 0,30 0,40
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2

G
0,00 0,20 0,500,10 0,30 0,40
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2

G
D=0,9
D=0,1
MCD MCCr MCC 
DG 
2
2
D
G
D


2D D  
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0,00 0,20 0,500,10 0,30 0,40
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2

G
D=0,9
D=0,1
2
R
in
L
i
V T
 
Indutância Crítica: 
 
 A indutância crítica é o menor valor de indutância que permite assegurar o 
modo de condução contínua. Da equação da corrente normalizada em função 
da razão cíclica, no modo de condução crítica, tem-se: 
2D D   22 CR
R
in
L
i D D
V T
 
Pior caso, D=0,5 
R
in
CR
i
TVDD
L
2
.).( 2

fi
V
L
R
in
CR
.8
1
