Eletr Pot1 23

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁUNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICADEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICACURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA
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UTFPR – Campus Curitiba
Prof. Amauri Assef
Disciplina de Eletrônica de Potência Disciplina de Eletrônica de Potência –– ET66BET66B
Aula 23 Aula 23 –– Conversor Buck com filtro de saída LCConversor Buck com filtro de saída LC
Prof. Amauri AssefProf. Amauri Assef
amauriassef@utfpr.edu.bramauriassef@utfpr.edu.br
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– BuckBuck
� Conversor CC-CC abaixador de tensão - Buck:
� Exemplo de Simulação
E = 110V
R = 0,25Ω
L = 1mH
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L = 1mH
T = 2500us
tc = 1000us
D = 0,4
Vo = 44V
Ec = 11V
Ron = 1e-3Ω
Roff = 1e+6 Ω
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– BuckBuck
� Formas de onda (CCM - contínuo) ���� L = 1mH
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– BuckBuck
� Formas de onda (DCM – descontínuo) ���� L=100μH
Ec = 11V
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Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– BuckBuck
� Conversor CC-CC abaixador de tensão - Buck:
� Análise em condução descontínua para carga RLE
iE io
Vo
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� Tensão média de saída:
iD
( )[ ]totc(TEctcE
T
dtEcdtE
T
V
T
totc
tc
o
+−⋅+⋅=




∫ ⋅∫ +⋅=
+
11
0
( )



 +−+=
T
totcTEc
T
tcEVo
Vo
� Filtragem da tensão de saída
� Necessária nas aplicações em que o conversor Buck deve produzir uma tensão de 
saída contínua com baixa ondulação
� Deve ser adicionado um filtro passa-baixa LC
� A frequência de corte fc << frequência de chaveamento f, de forma a minimizar a 
ondulação de tensão de saída V
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– Buck com filtro LC na saídaBuck com filtro LC na saída
ondulação de tensão de saída Vo
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DRL
VDRL
S
E
Lo
Co
+
Vo
-
R
+
-
ILo
ICo
Io
� Formas de onda (modo contínuo - CCM)
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– Buck com filtro LC na saídaBuck com filtro LC na saída
Lo
IE
IDRL
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DRLVDRL
S
E
Lo
Co
+
Vo
-
R
+
-
ILo
ICo
Io
ILo Sólido
Io Tracej.
vDRL Sólido
Vo Tracej.
� Etapas de funcionamento
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– Buck com filtro LC na saídaBuck com filtro LC na saída
( )DD
If
EL
o
crit −
⋅⋅
= 1
2
( )DVL o −= 1
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Se o valor do indutor for menor que LCRIT
o conversor Buck opera em condução 
descontínua
( )D
If
VL
o
o
crit −
⋅⋅
= 1
2
� Resposta em frequência do filtro passa-baixa LC
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– Buck com filtro LC na saídaBuck com filtro LC na saída
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





DRL
o
V
Vlog20
f - frequência de chaveamento
fc – frequência de corte
� Cálculo do filtro de saída - Indutor
(pg 46-51 – Conversores CC-CC básicos não-isolados )
� Considerando E constante e uma ampla faixa de variação da razão cíclica, a 
ondulação máxima ocorre para D = 0,5, logo 
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– Buck com filtro LC na saídaBuck com filtro LC na saída
� Para o cálculo da ondulação de corrente no indutor Lo, a tensão no capacitor será 
admitida constante, validando a expressão:
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( )
If
DDEL
∆⋅
−
=
1
maxLIf
EL
∆⋅⋅
=
4
maxLoIf
ELo
∆⋅⋅
=
4 Lof
EI
maxLo
⋅⋅
=∆
4
� Cálculo do filtro de saída - Capacitor
� A ondulação da tensão no capacitor ΔVc é igual à ondulação da tensão ΔVo
� Como o indutor e o capacitor atuam como filtro, pelo capacitor circula a alta 
frequência e pela carga a baixa frequência da corrente de saída
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– Buck com filtro LC na saídaBuck com filtro LC na saída
� Para o pior caso (D=0,5) :
� Outro fator importante é a frequência de ressonância (fo), que é a fc:
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maxCoVfLo
ECo
∆⋅⋅⋅
= 231
fof >>
CoLo
fo
⋅
=
pi2
1
� Formas de onda no filtro de saída
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– Buck com filtro LC na saídaBuck com filtro LC na saída
VLo (E-Vo)
(-Vo)
ILo
ΔILomax
Io
0
Admite-se que a componente 
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0
ICo
VCo = Vo
ΔIComax
2
0
0
Vo
ΔVComax
Admite-se que a componente 
alternada da corrente no indutor 
Lo circula toda por Co
� Exercício:
1) O conversor CC-CC abaixo opera em condução contínua com uma 
frequência de 50kHz. A tensão de alimentação é 50V. Deseja-se que a 
tensão média de saída seja 24V, e que a ondulação máxima de tensão 
permaneça em 25mV. A ondulação máxima da corrente no indutor 
deve ficar na ordem de 500mA. Determine:
a) a razão cíclica de trabalho; b) o valor da indutância do filtro; c) o 
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– Buck com filtro LC na saídaBuck com filtro LC na saída
a) a razão cíclica de trabalho; b) o valor da indutância do filtro; c) o 
valor da capacitância do filtro; d) a frequência de ressonância do 
filtro.
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DRLVDRL
S
E
Lo
Co
+
Vo
-
R
+
-
ILo
ICo
Io maxLo
If
ELo
∆⋅⋅
=
4
maxCoVfLo
ECo
∆⋅⋅⋅
= 231
Eletrônica de Potência Eletrônica de Potência –– BuckBuck
� Referências bibliográficas:
- BARBI, Ivo. & MARTINS Denizar Cruz. Conversores CC-CC Básicos Não-Isolados, 1ª 
edição, UFSC, 2001
- MUHAMMAD, Rashid Eletrônica de Potência; Editora: Makron Books, 1999
- ERICKSON, Robert W.; MAKSIMOVIC, Dragan. Fundamentals of power electronics. 
New York: Kluwer Academic, 2001. MOHAN, Ned; UNDELAND, Tore M.; ROBBINS, 
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New York: Kluwer Academic, 2001. MOHAN, Ned; UNDELAND, Tore M.; ROBBINS, 
William P. Power electronics: converters, applications, and design, New York: John 
Wiley, 1995
- AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência; Editora: Prentice Hall, 1a edição, 2000
- José A. Pomilio, “Eletrônica de Potência”, UNICAMP. Disponível em: 
<http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/>