Post on 05-Dec-2014
20/2/2013
1
Universidade Tecnológica Federal do ParanáUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCâmpus Ponta GrossaCâmpus Ponta Grossa
Conversores CCConversores CC CC IsoladosCC Isolados
Câmpus Ponta GrossaCâmpus Ponta GrossaDepartamento Acadêmico de EletrônicaDepartamento Acadêmico de Eletrônica
Engenharia EletrônicaEngenharia EletrônicaEletrônica de Potência 2Eletrônica de Potência 2
Conversores CCConversores CC--CC IsoladosCC Isolados
Prof. Dr. Carlos Henrique Illa Font
Ponta Grossa - PR, abril de 2012.
IntroduçãoIntrodução
•• Os conversores CCOs conversores CC--CC isolados possuem CC isolados possuem um transformador em sua topologia;um transformador em sua topologia;p g ;p g ;
•• Portanto, os conversores CCPortanto, os conversores CC--CC isolados CC isolados proporcionam isolação galvânica entre a proporcionam isolação galvânica entre a fonte de alimentação e a carga;fonte de alimentação e a carga;
•• A grande aplicação de conversores CCA grande aplicação de conversores CC--CC CC i l d é f t d li t ãi l d é f t d li t ã
22
isolados é em fontes de alimentação isolados é em fontes de alimentação (fontes chaveadas).(fontes chaveadas).
20/2/2013
2
Fontes de AlimentaçãoFontes de Alimentação•• Definição:Definição:
–– ÉÉ umum circuitocircuito eletrônicoeletrônico destinadodestinado aa entregarentregarenergiaenergia àà (alimentar)(alimentar) umauma cargacarga aa partirpartir dedeumauma fontefonte primáriaprimária dede energiaenergia comcomcaracterísticascaracterísticas incompatíveisincompatíveis comcom aa cargacarga;;–– Fonte Primária de Energia: Rede de Energia Fonte Primária de Energia: Rede de Energia
Elétrica (220V/60Hz);Elétrica (220V/60Hz);
33
–– Carga: CPU do Microcomputador.Carga: CPU do Microcomputador.
••Tipos:Tipos:–– Lineares;Lineares;–– Chaveadas.Chaveadas.
Fontes LinearesFontes Lineares•• Arquitetura Típica:Arquitetura Típica:
44
20/2/2013
3
Fontes LinearesFontes Lineares•• Circuito Típico com Regulação a Transistor:Circuito Típico com Regulação a Transistor:
55
Fontes LinearesFontes Lineares•• Vantagens:Vantagens:
–– ElevadaElevada robustezrobustez ee confiabilidadeconfiabilidade;;–– BaixoBaixo custocusto;;–– SimplicidadeSimplicidade dede projetoprojeto ee operaçãooperação..
••Desvantagens:Desvantagens:
66
–– BaixoBaixo rendimentorendimento;;–– ElevadosElevados pesopeso ee volumevolume;;–– BaixoBaixo fatorfator dede potênciapotência..
20/2/2013
4
Fontes ChaveadasFontes Chaveadas•• Definição:Definição:
–– SãoSão fontesfontes dede alimentaçãoalimentação ondeonde osostransistorestransistores dodo circuitocircuito eletrônicoeletrônico operamoperamcomocomo interruptoresinterruptores (chaves)(chaves)..
•• Interruptor eletrônico ideal:Interruptor eletrônico ideal:
I
77
V= 0
Fontes ChaveadasFontes Chaveadas
CA-CC CC-CC
•• Arquitetura Típica:Arquitetura Típica:
Filtro de
EntradaRetificadorde Entrada
Conversor CC - CC Carga
Circuito de Circuito de
ProteçãoComando e
Controle
Isolado
Rede de
Alimentação
88
Fonte
AuxiliarFonte de Alimentação Chaveada
20/2/2013
5
Fontes ChaveadasFontes Chaveadas•• Vantagens:Vantagens:
–– ElevadoElevado rendimentorendimento;;–– MenoresMenores pesopeso ee volumevolume;;–– MaiorMaior densidadedensidade dede potênciapotência (W/cm(W/cm33));;–– PossibilidadePossibilidade dede operaroperar comcom elevadoelevado FPFP..
•• Desvantagens:Desvantagens:ãã ãã íí
99
–– ProduzProduz maiormaior ondulaçãoondulação dada tensãotensão dede saídasaída;;–– ProduzProduz interferênciainterferência eletromagnéticaeletromagnética;;–– EmpregaEmprega maismais componentescomponentes;;–– MaisMais complexacomplexa..
AplicaçõesAplicações•• Aeroespaciais (satélites e foguetes);Aeroespaciais (satélites e foguetes);•• Computadores e microcomputadores;Computadores e microcomputadores;p p ;p p ;•• Eletroeletrônicos (televisores, aparelhos de Eletroeletrônicos (televisores, aparelhos de
DVD, aparelhos de som);DVD, aparelhos de som);•• Eletrodomésticos (refrigeradores e Eletrodomésticos (refrigeradores e
máquinas de lavar);máquinas de lavar);
1010
•• Equipamentos médicos;Equipamentos médicos;•• Equipamentos de telecomunicações.Equipamentos de telecomunicações.
20/2/2013
6
Conversor CAConversor CA--CCCC•• Retificador a diodos em ponte completa Retificador a diodos em ponte completa
com filtro capacitivo:com filtro capacitivo:
C1Vac
D1 D2
1111
C1
D3 D4
Conversores CCConversores CC--CC IsoladosCC Isolados•• Topologias mais comuns:Topologias mais comuns:
•• Flyback;Flyback;•• Forward;Forward;•• PushPush--Pull;Pull;•• Meia Ponte (Half Bridge);Meia Ponte (Half Bridge);•• Ponte Completa (Full Bridge).Ponte Completa (Full Bridge).
1212
•• Outras topologias:Outras topologias:•• Zeta;Zeta;•• SEPIC;SEPIC;•• Cúk.Cúk.
20/2/2013
7
Conversor CCConversor CC--CC FlybackCC Flyback•• Características:Características:
•• É um conversor BuckÉ um conversor Buck--Boost isolado;Boost isolado;•• O indutor é substituído por dois indutores O indutor é substituído por dois indutores
acoplados;acoplados;•• Muito utilizado em baixas potências. Neste Muito utilizado em baixas potências. Neste
caso, preferecaso, prefere--se a operação no MCD para se a operação no MCD para diminuir o volume do ‘transformador’;diminuir o volume do ‘transformador’;
1313
;;•• Apresenta baixo custo por empregar poucos Apresenta baixo custo por empregar poucos
componentes;componentes;•• Para evitar a saturação do ‘transformador’ Para evitar a saturação do ‘transformador’
devedeve--se limitar a razão cíclica em 0,45.se limitar a razão cíclica em 0,45.
Conversor CCConversor CC--CC FlybackCC Flyback•• TopologiaTopologia
E
DTr
C R
+
-
Vo
1414
S
20/2/2013
8
Conversor CCConversor CC--CC FlybackCC Flyback•• Topologia com Múltiplas SaídasTopologia com Múltiplas Saídas
1515
Conversor CCConversor CC--CC FlybackCC Flyback•• Etapas de Operação Etapas de Operação –– Condução DescontínuaCondução Descontínua
–– 1ª Etapa1ª Etapa DTr
C
+
–– 2ª Etapa2ª Etapa
E
S
C R
-
Vo
1616
–– 3ª Etapa3ª Etapa
20/2/2013
9
Conversor CCConversor CC--CC FlybackCC Flyback•• Formas de OndaFormas de Ondavprim
t0
E
NpNs
- Vo.
1717
Conversor CCConversor CC--CC CC ForwardForward•• Características:Características:
•• É um conversor Buck isolado;É um conversor Buck isolado;•• Na grande maioria das aplicações opera no Na grande maioria das aplicações opera no
Modo de Condução Contínua;Modo de Condução Contínua;•• O transformador deve ser desmagnetizado a O transformador deve ser desmagnetizado a
cada período de comutação para evitar que cada período de comutação para evitar que seja saturado;seja saturado;
1818
j ;j ;•• A desmagnetização pode ser realizada por A desmagnetização pode ser realizada por
um enrolamento auxiliar e um diodo;um enrolamento auxiliar e um diodo;•• A razão cíclica máxima deve ser limitada em A razão cíclica máxima deve ser limitada em
0,45.0,45.
20/2/2013
10
Conversor CCConversor CC--CC CC ForwardForward•• TopologiaTopologia
S
E
D1
Tr
C R
+
-
VoD2
D3
L
1919
Conversor CCConversor CC--CC CC ForwardForward•• Topologia com Múltiplas SaídasTopologia com Múltiplas Saídas
Tr
S
E
D1
Tr
C1 R1
+
-
Vo1D2
D3
L1
D4 +L2
2020
D4
C2 R2
+
-
V o2D5
20/2/2013
11
Conversor CCConversor CC--CC CC ForwardForward•• Etapas de Operação Etapas de Operação –– Condução ContínuaCondução Contínua
–– 1ª Etapa1ª Etapa
–– 2ª Etapa2ª Etapa
2121
–– 3ª Etapa3ª Etapa
Conversor CCConversor CC--CC CC ForwardForward•• Formas de OndaFormas de Onda
iD2
2222
t0
Imax
Imin
20/2/2013
12
Conversor CCConversor CC--CC CC PushPush--PullPull•• TopologiaTopologia
2323
Conversor CCConversor CC--CC CC PushPush--PullPull•• Topologia com Múltiplas SaídasTopologia com Múltiplas Saídas
S1
E
D1
Tr
R1
L1
S2
D2
D4
D3+
-Vo1C1
2424
D1
R2
L2
D6
D5+
-Vo2C2
20/2/2013
13
Conversor CCConversor CC--CC CC PushPush--PullPull•• Etapas de Operação Etapas de Operação –– Condução ContínuaCondução Contínua
–– 1ª Etapa1ª Etapa
–– 2ª Etapa2ª Etapa–– 4ª Etapa4ª Etapa
2525
–– 3ª Etapa3ª Etapa
Conversor CCConversor CC--CC Meia PonteCC Meia Ponte•• TopologiaTopologia
2626
20/2/2013
14
Conversor CCConversor CC--CC Meia PonteCC Meia Ponte•• Topologia com Múltiplas SaídasTopologia com Múltiplas Saídas
2727
Conversor CCConversor CC--CC Meia PonteCC Meia Ponte•• Etapas de Operação Etapas de Operação –– Condução ContínuaCondução Contínua
–– 1ª Etapa1ª Etapa
–– 2ª Etapa2ª Etapa–– 4ª Etapa4ª Etapa
Tr
R
LD3
+
-VoC
D1E1 S1
2828
–– 3ª Etapa3ª Etapa
D4
D2E2 S2
20/2/2013
15
Conversor CCConversor CC--CC Ponte CompletaCC Ponte Completa
• Topologia
2929
Conversor CCConversor CC--CC Ponte CompletaCC Ponte Completa
• Topologia com Múltiplas Saídas
Tr
R1
L1
D6
D5+
-Vo1C1
D2
D4
S2
S4
D1
D3
S1
S3
E
3030
R2
L2
D8
D7+
-Vo2C2
20/2/2013
16
Conversor CCConversor CC--CC Ponte CompletaCC Ponte Completa•• Etapas de Operação Etapas de Operação –– Condução ContínuaCondução Contínua
–– 1ª Etapa1ª Etapa
–– 2ª Etapa2ª Etapa–– 4ª Etapa4ª Etapa
Tr
R
LD5
+
-VoC
D2S2D1S1
E
3131
–– 3ª Etapa3ª Etapa
D6
D4S4D3S3
ComparaçãoComparação
Interruptores C t l d
Diodos Capacitor d S íd
Indutor d
Trafo –E l
PotênciaControlados de Saída de
SaídaEnrola-mentos
(W)
Flyback 1 1 1 0 2 <150
Forward 1 3 1 1 3 <300
Push-Pull 2 2 1 1 4 <1500
3232
Meia Ponte
2 2 1 1 3 <1000
Ponte Completa
4 2 1 1 3 <4000
20/2/2013
17
Conversor CCConversor CC--CC CC ZetaZeta•• TopologiaTopologia
3333
Conversor CCConversor CC--CC SEPICCC SEPIC•• TopologiaTopologia
3434
20/2/2013
18
Conversor CCConversor CC--CC CúkCC Cúk•• TopologiaTopologia
E S D
L1 C1
R
+
-
VoC3
L2
Tr
C2
3535
Topologias AlternativasTopologias Alternativas•• Flyback com Dois InterruptoresFlyback com Dois Interruptores
3636
20/2/2013
19
Topologias AlternativasTopologias Alternativas•• Forward com Dois InterruptoresForward com Dois Interruptores
3737
Topologias AlternativasTopologias Alternativas•• Meia PonteMeia Ponte
Tr
R
LD3
+
-VoC
D1S1
E
3838
D4
D2S2