Conversores CC CC Isolados

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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).

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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:

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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..

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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

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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.

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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.

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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

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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


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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.

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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

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Conversor CCConversor CC--CC CC ForwardForward•• Etapas de Operação Etapas de Operação –– Condução ContínuaCondução Contínua



2121


Conversor CCConversor CC--CC CC ForwardForward•• Formas de OndaFormas de Onda

iD2

2222

t0

Imax

Imin

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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

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Conversor CCConversor CC--CC CC PushPush--PullPull•• Etapas de Operação Etapas de Operação –– Condução ContínuaCondução Contínua


–– 2ª Etapa2ª Etapa–– 4ª Etapa4ª Etapa

2525


Conversor CCConversor CC--CC Meia PonteCC Meia Ponte•• TopologiaTopologia

2626

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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



Tr

R

LD3

+

-VoC

D1E1 S1

2828


D4

D2E2 S2

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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

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Conversor CCConversor CC--CC Ponte CompletaCC Ponte Completa•• Etapas de Operação Etapas de Operação –– Condução ContínuaCondução Contínua



Tr

R

LD5

+

-VoC

D2S2D1S1

E

3131


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

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Conversor CCConversor CC--CC CC ZetaZeta•• TopologiaTopologia

3333

Conversor CCConversor CC--CC SEPICCC SEPIC•• TopologiaTopologia

3434

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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

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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

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