CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC COM ISOLAMENTO GALVÂNICO
FONTESDE
DEALIMENTAÇÃO
ALIMENTAÇÃOCOMUTADAS
COMUTADAS
FONTES
1.
1.
2.
2.
3.
3.
1.
1.
2.
2.
características:
características:
saídaregulada
regulada(regulação
(regulaçãode
delinha
linhaeeregulação
regulaçãode
decarga)
carga)
saída
isolamentogalvânico
galvânico
isolamento
saídasmúltiplas
múltiplas
saídas
objectivosde
deprojecto:
projecto:
objectivos
reduçãode
depeso
pesoeedimensões
dimensões
redução
aumentode
derendimento
rendimento
aumento
FONTE LINEAR
vCE = vD -VO
+
vD-
Rede de
alimentação
Transformador de 50Hz
IST-DEEC 2003
CONTROLO
DA BASE
AMPLIFICADOR
DE ERRO
+
-
VO
VO
VOref
Rectificador
Filtro
capacitivo
Profª Beatriz Vieira Borges
Carga
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
FONTE COMUTADA
Conversão CC-CC
com isolamento
Transformador de alta
frequência
50 Hz
CA
Filtro de
IEM
Rectificador
+
Filtro
rectificador+
filtro
CC - não
regulado
Controlador
de
PWM
Circuito de
“drive” da
“gate”
Transformador de
sinal
realimentação
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
Saída CC
regulada
VO
Amplificador
de erro
VO ref
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
FONTE COM SAÍDAS MÚLTIPLAS
VO1 ref
REALIMENTAÇÃO
CC (não regulado)
Rectificador
+
Filtro
CC (regulado) VO1
Rectificador
+
Filtro
CC (não regulado) VO2
Rectificador
+
Filtro
CC (não regulado) VO3
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
Fontes isoladas
Conversor directo (redutor)
Conversor de retorno (ampliador-redutor)
Conversor em vai e vem
Conversor em meia ponte
Conversor em ponte completa
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
excitação unidirecional
do núcleo do transformador 1º quadrante
excitação bidirecional do
núcleo do transformador 1º
e 3º quadrantes
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
TRANSFORMADOR DE ALTA FREQUÊNCIA
i1
A
A
N1
B
N2
+
Ll1
C
Lm
D
+
Ll2
v2
v1
-
B
C
i2
-
D
N1: N2
Lm - indutância de magnetização
Ll1 - coeficiente de dispersão dos enrolamentos do primário
Ll2 - coeficiente de dispersão dos enrolamentos do secundário
Lf - indutância de fugas
´
A energia armazenada na indutância de fugas terá de ser absorvida pelo
dispositivo, pelo que o seu valor deverá ser minimizado (deverá existir uma boa
ligação magnética).
A indutância de magnetização deverá ser tão, elevada quanto possível.
Excepções: Flyback e ressonantes.
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
1.Conversor de retorno ou “Flyback”
D
+
N1
D
+
VO
-
N2
VI
(derivado do redutor-ampliador)
VI
-
N1 :N2
Lm
VI
S
S
+
+
VO
-
+
IO
N1 :N2
+
v1
v2
+
VO
+
-
+
-
VI im
im
iS
Lm
iD
IO
+
v1
v2 D
+
VO
-
+
-
S
-
-
Son Doff
0< t < ton
im=IO+(VI/Lm)t
φ(t )= φ(0) + (VI/N1)t
φ (ton) =φ (0)+(VI/N1)ton
IST-DEEC 2003
Soff Don
ton < t <TS
im=im(ton)-(Vo(N1/N2)/Lm)(t- ton)
φ(t) = φ(ton) - (Vo/N2) (t- ton)
φ (T) =φ (0)+(VI/N1)ton- (Vo/N2) (T- ton)
Profª Beatriz Vieira Borges
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
em regime permanente
v1= VI
v2= N2/N1 VI=
vS = 0
N1
+
+
v1
VI
-
S
+
-
φ (T) = φ (0)
VO/VI=N2/N1 (D/(1-D))
v1= -N1/N2 VO = -nVO
VI/n
N2 D
v2
+
v2= -VO
vS= VI+ N1/N2 VO= VI
+
VO
-
iS
iLm
iD
vLm
t
VI
vS
-nVO
ton
T
IST-DEEC 2003
+nVO
Profª Beatriz Vieira Borges
t
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
1.Conversor directo ou “Forward”
D1
iL
+ vL -
+
D2
VI
(derivado do redutor)
+
VO
S off, D1 off e D2 on
0<t<ton
vL =
-
N1 :N2
S on, D1 on e D2 off
ton<t<T
N2
VI − VO
N1
v L = −VO
-
VO N 2
D
=
D=
VI
N1
n
vL =0
iD1
iL
iD2
vL
t
VI -VO
-VO
ton
T
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
t
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Conversor directo com transformador não ideal
- considerar a indutância de magnetização
- necessária a inclusão de um terceiro enrolamento e um diodo, para
haver continuidade da energia magnética armazenada em Lm
D1
+
N2
N1
VI
+ vL D2
N3
i3
iL
+
+
VO
+
N3
i1
v1 i
m L
m
VI i
N1
-
iL
D1
+ + vL -
vD
N2
ideal
S
D3
i2
-
D2
+
VO
-
D3
i3
S on e D1 on
0<t<ton
v1=VI
IST-DEEC 2003
+
VI
+
v1
i
- m
iS
N3
+
i1
vD
Lm
N1
N2
ideal
D3
Profª Beatriz Vieira Borges
D1
i2
-
iL
+ vL -
+
VO
-
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
S off, D2 on e D3 on
ton<t<(ton+tm)
i3
+
+
v1 i
m
VI i
S
i1=-im
N3
i1
Lm
N1
v1=-N1/N3VI
A=B
(-N1/N3)VI
-
B
t
toff
i1
iL
T
iD1
im
t
i1=-im
iD2
T
IST-DEEC 2003
VO
A
tm
iS
tm/T<1-D
Dmax=1/(1+N3/N1)
VI
ton
tm/T=N3/N1D
1-Dmax=N3/N1Dmax
D2
+
D3
v1
i3=N1/N3im
vD
-
ideal
-
i2=0 D1 off
+ + vL -
N2
N1i1+N3i3=N2i2
iL
D1
i2
Profª Beatriz Vieira Borges
t
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
Outras topologias de conversores directos:
conversor com dois interruptores:
+
VI
D1
iL
+ vL -
+
D2
VO
-
- tensão nos dispositivos é metade do que no caso de um único interruptor
- a corrente de magnetização flui pelos diodos de roda livre
conversores em paralelo:
+
VI
-
IST-DEEC 2003
- maior potência
- equalização de corrente com controlo
em modo de corrente
- redundância
- standardização
- aumento da frequência na saída (em
cada conversor os interruptores são
disparados com desfasamento)
Profª Beatriz Vieira Borges
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Conversor em vai-e-vem
push-pull
+
D1
N2
iD1
N1
VI
+ + vL vD
-
N2
N1
T1
vD
iL
+
N2/N1VI
VO
ton
D2 iD2
∆
T
iL
T2
VO
iD1
T1 on D1 on T2 off D2 off
vL=N2/N1VI - VO
T1 off D1 off T2 on D2 on
0<t<ton
vL= -VO
ton<t<ton+ ∆
iD1=iD2=iL/2
vD=0
vSoff =2VI
VO N 2
D
=
D=
n
VI
N1
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
IO
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Conversor em meia-ponte
+
T1
N2
VI
C1
N1
T2
VI /2
-
iL
iD1
VI /2
N2
vD
D1 + + vL vD
-
+
N2/N1VI/2
VO
ton
D2
∆
T
iL
iD2
VO
C2
iD1
C1=C2
T1 on D1 on T2 off D2 off
vL=N2/N1VI /2- VO
0<t<ton
T1 off D1 off T2 on D2 on
iD1=iD2=iL/2
vL= -VO ton<t<ton+ ∆
vD=0
VO
D
N2
=
D=
n
VI / 2 N1
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
vSoff =VI
IO
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Conversor em ponte completa
+ T1
T3
D1
VI
N2
N1
T4
N2
T2
-
+ + vL vD
-
+
VO
N2/N1VI
ton
∆
D2
T1 off D1 off T2 on D2 on
vL= -VO
VO N 2
D
=
D=
n
VI
N1
IST-DEEC 2003
T
iL
0<t<ton
VO
-
iD2
T1 on D1 on T2 off D2 off
vL=N2/N1VI - VO
vD
iL
iD1
Profª Beatriz Vieira Borges
ton<t<ton+ ∆
iD1
iD1=iD2=iL/2
vD=0
vSoff =VI
IO
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
Comparação do conversor em ponte completa com o conversor em meia ponte,
para os mesmos valores de tensão de entrada e de potência de saída
A relação de número de espiras é no conversor em meia ponte igual ao dobro do conversor em ponte
completa
 N2 
N 
= 2 2 


 N 1  MP
 N 1  PC
Desprezando o “ripple” da corrente na bobine de filtragem e considerando iLm=0, as correntes nos Inter
-ruptores no conversor em meia ponte são o dobro da dos interruptores do conversor em ponte completa
( I S ) MP
= 2( I S ) PC
(VS ) MP = (VS ) PC
Conversores CC-CC alimentados em corrente
iI
+
D1
N2
+
vD
-
N1
N2
VI
N1
T1
conversor ampliador
D>0,5
iD1
+
VO
-
D2 iD2
T2
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
VO N 2
1
=
VI
N1 2(1 − D)
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
QUESTÃO nº1
Conversor directo com isolamento galvânico
+
VI
i1
iP
+
Lµ
-
D1
+
iµ
vP
vC
iS
v
I2
+ vL D2
v2
-
N :1
+
_
+
-
Considere o conversor directo com isolamento galvânico da figura:
Lµ representa a indutância de magnetização do transformador. V1=50V, N=5 e V2 pode variar entre
0 e 8 V.
1 - O transformador deve ser dimensionado por forma a ter um Lµ baixo ou elevado? Porquê?
2 - Determine a relação de conversão.
3 - Qual a função do diodo D3 em série com VC.
4 - Considere Lµ ≠ ∞ . Explique o funcionamento do circuito e trace o diagrama temporal da corrente
de magnetização.
5 - Determine o valor mínimo de VC e diga qual o limite em tensão do transistor.
6 - Determine a energia absorvida pelo circuito constituido por D3 em série com a fonte de
alimentação VC .
7 - Indique um circuito mais eficiente para realizar as funções de D3 em série com VC.
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Resolução
+
i1
iP
+
Lµ
-
-
vC
D1
+
iµ
vP
VI
iS
v
+ vL -
+
D2
v2
-
N :1
+
_
I2
-
1. Nesta topologia (e na maioria) o transformador deve ser dimensionado por
forma a que Lµ seja tão elevado quanto possível. Como o transformador não vai
armazenar energia iµ deve ser tão baixo quanto possível. A indutância de
magnetização deve ser elevada para minimizar a energia armazenada no
transformador.
2. Considerando o esquema da figura tem-se para 0 <t<ton :
S on, D1 on e D2 off e D3 off
IST-DEEC 2003
v P = V1
V1
vS =
n
V
vD = 1
n
V1
v L = − V2
n
i P = i1 + iµ
i2
i1 =
n
Profª Beatriz Vieira Borges
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
para
ton<t<TS
S off, D1 off e D2 on e D3 on
v P = V1 − VC
V −V
vS = 1 C
n
vD = 0
i P = iµ
iS = 0
v L = −V2
Como o valor médio da tensão da bobine é nulo tem-se
T − ton
 ton
 V1
− V2
=0
 − V2 
n
 T
T
IST-DEEC 2003
VO N1
D
=
VI
N2
Profª Beatriz Vieira Borges
vL = 0
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
3. Sendo a corrente de magnetização não nula, não pode ser ignorada
quando o transistor comuta. É necessária a existência de um percurso
para iµ quando S corta. Além disso, durante o tempo em que iµ flui
com S no corte é necessário que a tensão no primário seja negativa
para que im se anule antes do próximo ciclo, isto é, o fluxo no núcleo
deve atingir no fim do período o seu valor inicial. O diodo D3 e a fonte
VC asseguram, portanto, um percurso para iµ e a inversão de
polaridade de vP, quando S corta.
4. Esta questão está relacionada com a anterior. Para entender o
funcionamento e determinar os diagramas das correntes vamos
considerar que a corrente de magnetização é nula quando S inicia a
sua condução. Como a tensão vP é positiva e constante (vP=V1 para
0<t<ton)a corrente iµ cresce linearmente:
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
para 0<t<ton i = V1 t
µ
i P = i µ + i1
Lµ
i1 =
I2
n
Quando S corta a corrente I2 põe D2 em condução e D1 no
corte. As correntes no transformador ideal iS e i1 anulam-se
nesse instante, mas im deve manter a continuidade.
A corrente de magnetização não pode fluir no enrolamento
primário do transformador ideal porque a corrente
respectiva reflectida no secundário teria que fluir por D1 em
sentido contrário, o que não é possível. Assim a corrente de
magnetização iµ força o diodo D3 a entrar em condução,
impondo a tensão VC aos terminais do transistor e a tensão
VI-VC no primário do transformador.
A corrente de magnetização deverá anular-se antes do início
do próximo ciclo. O integral de vP durante ton deve ser
simétrico do integral de vP durante T-ton. (Se D=.5 então
VC=2V1). A corrente de magnetização será dada por:
V −V
iµ = iµ ( ton ) + 1 C ( t − ton )
Lµ
i P = i µ + i1
IST-DEEC 2003
i1 = 0
i2 = 0
Profª Beatriz Vieira Borges
VP
t
iµ
Iµp
t
iS
I2/N
iP
I2/N
I2/N+Iµp
t
t
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
5. A relação de conversão é dada por
V2 =
V1
D
n
o valor de VC deve ser escolhido segundo o balanço volt-segundo no primário:
V1 DT ≤ (VC − V1 )(1 − D)T
D=n
Substituindo
pelo que
n=5
0 < V2 < 8V
IST-DEEC 2003
fica
n

V2
V 
≤ (VC − V1 ) 1 − n 2 
V1
V1 

 V12 
VC ≥ 

 V1 − nV2 
V1 = 50V
V2 = 8V
V2
V1
 50 2 
 = 250V
VC ≥ 

50
−
5
8
*


Dmax =
nV2 40
=
= 80%
50
V1
VDS ≥ 250V
Profª Beatriz Vieira Borges
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
6. O circuito (D3VC) absorve energia cada vez que opera, representando uma perda. Para
determiná-la integra-se o produto VCiC durante o tempo em que D3 está à condução. A
tensão VC é constante e a corrente iC decresce linearmente a partir do seu valor de pico
(iµp) até zero em t=t1.
iµp
V1 DT
iCP = iµP =
iµ
Lµ
iµp
∆T = t1 − ton
t1
ton
∆T
iC
iC = iµP +
t1
ton
A energia que flui para a fonte VC será portanto:
t1
E C = ∫ VCiC =VC
ton
IST-DEEC 2003
∆T
∫
0
V1 − VC
i µP +
tdt
Lµ
=
Profª Beatriz Vieira Borges
V1 − VC
(t − ton )
Lµ
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA

V1 − V C t 

= V C  i µ P t +
Lµ
2 

2
EC
∆T
0
∆T

V − V ∆t

EC = VC  iµP ∆t + 1 C
2 
Lµ

0
2
Sendo
∆t =
iµP Lµ
VC − V1
(anulamento da corrente em t1), vem
2
2 
 2 Lµ
i
L
V −V
µP µ

EC = VC  iµP
− C 1
2 
VC − V1
Lµ (VC − V1 ) 2 

IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
EC =
1
VC
I µP 2 Lµ
2
VC − V1
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
7. A fonte de tensão VC é conseguida utilizando um condensador de elevada
capacidade. No entanto é necessário impedir que a tensão VC cresça em cada
ciclo. A forma de remover a energia EC é dissipá-la numa resistência em
paralelo com o condensador.
+
-
iP
+
vP
VI
-
i1
iS
iµ
+
Lµ
vS
D1
I2
+ vL D2
+
- v2
N :1
D3
-
vC
Para manter a tensão VC constante o valor de R tem que variar com V1 e com
D. Normalmente usa-se um circuito linear que amostra e regula VC.
Um circuito mais eficiente que os dois anteriores é o representado na figura
I2
D
i1
iS
seguinte:
iP
+
1
+
vP
VI
-
D3
IST-DEEC 2003
vC
+
iµ
Lµ
vS
+ vL -
+
v2
D2
-
N :1
-
Profª Beatriz Vieira Borges
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
Onde a resistência de dissipação está colocada entre o condensador e
a fonte de alimentação de entrada. assim parate da energia removida
do condensador é entregue à fonte. A razão entre a energia dissipada
na resistência em cada ciclo ER, e a absorvida pelo circuito EC, é
igual à razão entre a tensão na resistência VC-V1 e a tensão VC.
A energia dissipada é portanto:
 VC − V1  1 2
VC VC − V1
E R = EC 
 = I µP Lµ
VC − V1 VC
 VC  2
ou
1 2
E R = I µP Lµ
2
como esta energia é menor que a calculada anteriormente este
circuito é mais eficiente.
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
QUESTÃO nº2
Conversor directo com isolamento galvânico
+
+
vP
-
VI
i S + vx -
i1
iP
Lµ
vS
N :1
-
+
+
D2
-
v2
vD
_
-
D3
+
_
+ vL -
+ lx
iµ
I2
D1
vC
Considere o conversor directo com isolamento galvânico da figura, onde
está representado o coeficiente de dispersão do transformador, Lµ.
a) Analise o efeito da indutância de dispersão no transformador?
Considere que a indutância de magnetização é infinita.
b) Considere os seguintes parâmetros de operação do conversor:
VI=50V; V2= 5V; I2= 40A; N=5
Lx=100nH; fs=200kHz
Qual deverá ser o valor de D para se obter a tensão de saída desejada?
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Resolução
Num conversor directo sem indutância de fugas a corrente do
secundário flui instantaneamente de D2 para D1, quando o interruptor Q
é posto em condução, e a tensão vD muda de zero para VI/N.
Se considerarmos a indutância de fugas como se representa na figura
por lx, a corrente I2 não pode transitar instantaneamente de D2 para D1
quando Q é posto à condução.
i1
iP
+
+
iµ
vP
Lµ
-
VI
+
vS
-
+ vx -
D1
D2
D3
+
_
I2
++ vL -
lx
N :1
-
IST-DEEC 2003
iS
vC
Profª Beatriz Vieira Borges
+
v2
vD
_
-
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Vai existir um tempo de
comutação tµ1 durante o qual
ambos os diodos estão em
condução. A tensão de
comutação vx=V1/N. A corrente
em lx aumenta com um declive
igual a V1/Nlx até atingir a
corrente I2 como se representa
na figura.
O tempo durante o qual há
condução simultânea é :
τ µ1
IST-DEEC 2003
Nlx I 2
=
V1
iS
I2
τµ1
V1/N
V1
V1/N
-(VC-V1)/N
Profª Beatriz Vieira Borges
DΤ
DΤ+τµ1T
t
T
t
T
t
T
t
vD
vP
vS
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Sendo vD=0 durante o tempo τµ1, em vez de V1/N, a tensão de saída V2 será
menor que DV1/N. Assim, será necessário diminuir a relação de número de
espiras ou aumentar o factor de ciclo, para manter a tensão numa gama
especificada. Para os mesmos valores de V2 e de I2, decrescer N tem como
consequência o aumento dos valores de pico e eficazes da corrente no
transistor e da tensão inversa nos diodos.
Se aumentarmos o factor de ciclo, aumenta a tensão vDS do transistor.
Quando o transistor passa ao corte, o processo é diferente porque a energia
armazenada em lx é transferida para o circuito tampão (D3VC): a tensão no
primário vP muda de V1 para V1-VC, iniciando-se a comutação de I2 de D1
para D2.
A tensão de comutação é agora
vX
V1 − v C )
(
=
N
pelo que o intervalo de comutação τµ2 é diferente de τµ1. durante este
tempo a direcção do fluxo de energia é do secundário para o primário como
mostram as polaridades de vP e de iS.
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
b)
V1=50V; V2=5V; I2=40A; N=5
L1=100nH; f=200kHz;
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
Lµ = ∞
D=?
Cálculo do intervalo de comutação τµ1 e de D
τ µ1
Nlx I 2 5x100x10−9 x40
=
=
= 0.4 µs
V1
50
pelo que τµ1=8% do príodo pelo que D=58%
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
T=
1
= 5µs
3
200x10
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
Cálculo de VC
O aumento do factor de ciclo vai provocar a necessidade de aumentar VC para
desmagnetizar o núcleo do transformador. Tem-se
V1 D < (VC − V1 )(1 − D ) ⇔
⇔ 50 x 0,58 < (VC − 50)(1 − 0,58)
∴ VC > 120V
Se não existisse lx VCmin=100V com Dmax=50%, Assim o transistor deverá suportar
pelo menos 120V.
Cálculo da energia armazenada em lx
El =
1
lx I 2 2 = 80µ J
2
Pp = E l . f = 80 x10 −6 x 200 x103 = 16W
Po = V2 . I 2 = 5x 40 = 200W
Pp = 8% Po
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
QUESTÃO nº3
Conversorem ponte completa com isolamento galvânico
+ S1
S2
V1/N
iP
N1
N2
i2
+
VI
vP
-
S3
iµ
vD
iS
D5 D6
Lµ
D7 D8
+ + vL vD
-
+
VO
-
S4
-
VO
DT
V1
TS
t
vP
t
1. Determine a relação de conversão.
2. Sendo a sequência de entrada em condução S1S4, S4S3, S3S2, e S2S1, determine o
diagrama temporal das correntes do primário do transformador e da corrente de
magnetização considerando:
a) - que durante o intervalo (1-D)T a corrente I2 flui pelos diodos de saída em roda
livre.
b )- que D5 e D8 ou D6 e D7 ficam no corte durante o intervalo de tempo (1-D)T.
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
Resolução
S1 e S4 on D5 e D8 on
V1
vL =
− VO
N
S1 S2 S3 S4 off e D5D7 nou D6D8 on
v L = −VO
t
Ts

1  on  V1
w

vL =
 ∫  − VO  dt + ∫ ( −VO )dt 

TS  0  N

t on
1  V1

w

vL =
−
V
t
+
−
V
T
−
t
(
)(
)


O on
O
s
on  = 0



TS  N

V1 ton
ton
ton
w
− VO
− VO Ts + VO
=0
vL =
N TS
TS
TS
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
VO =
V1 ton
V
=D 1
N TS
N
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
2. a) Considerando a sequência de condução S1S4, S4S3, S3S2 e S2S1
e que a corrente de magnetização iµ só flui do lado do primário
durante o intervalo (1-D)T, quando S1S2 ou S3S4 estão em
condução, (curto-circuito do primário). Durante este tempo a tensão
vP é nula pelo que iµ é constante.
Um caminho possível para a corrente I2 se fechar quando passamos
um dos interruptores ao corte é através de D5D7 ou de D6 D8, que
conduzem em roda livre.
Análise do circuito:
0<t<ton
Vamos supor que em t=0 a corrente de magnetização é iµ(0)=-IµP.
Durante o intervalo de tempo [0,ton] estão em condução os interuptores
S1,S4, D5 e D8,
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
+
S1
S2
iP
N1
+
VI
vP
iµ
Lµ
-
N2
I2/N
i2
iS D5 D6
D7 D8
+ + vL vD
-
+
VO
-
S3
S4
-
e a corrente no primário é dada por
Iµp
-Iµp
= + I µP
iµ
I2/N+ Iµp
I2/N- Iµp
Iµp
I2
iP =
+ iµ
N
1
1 t
I 2 − I µP +
V1dt
ou seja i P =
∫
N
Lµ 0
em t=DT iµ
iS/N
(em regime permanente).
V1/N
t
iP
t
vD
VO
DT
t
T
S1 passa ao corte e S3 entra em condução (D3), mantendo o percurso para iµ.
A tensão no primário mantem-se nula, vP=0 durante (1-D)T, e a corrente de
magnetização mantem-se constante, até S4 passar à condução em t=T.
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CC
com isolamento galvânico
No caso de D5 e D8 continuarem em condução, isto é, continuarem a
rectificar, durante o intervalo (1-D)T e D6 e D7 no corte, a corrente I2/N
vai fluir em S3 e S4. Nesse caso o diagrama de corrente no primário é
o seguinte:
I2/N+ Iµp
I2/N- Iµp
iP
t
-I2/N+ Iµp
-I2/N- Iµp
V1
vP
DT
t
TS
No caso de considerarmos indutância de fugas no transformador, a
corrente iS não pode mudar instantaneamente mantendo-se em
condução D5,D6 em roda livre, para t>ton, caindo na situação anterior.
IST-DEEC 2003
Profª Beatriz Vieira Borges