Eletrônica de Potência II Capítulo 3
Prof. Luís M. Nodari
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Conversores CC-CC Isolados • Flyback • Forward • Conversores em ponte isolados
Meia-ponte
Ponte completa
• Push-pull
Conversor em meia-ponte (half-bridge): Estrutura básica • • • • •
V in
Aplicações de maior potência, quando comparado com o flyback e o forward Derivado do conversor buck Tensão do barramento CC deve ser dividida em duas tensões iguais Razão cíclica é limitada em 0,5 Não existe necessidade de incluir um circuito para desmagnetização do núcleo
S1
D1
2
N S
+ v P
N P
_
N S
V in
2
S2
D2
L
D3 + v a _
i L
+ C
R
v o _
Conversor em meia-ponte (half-bridge): Etapas de operação
1ª etapa: O interruptor S1 é acionado e a tensão no enrolamento primário é
igual à Vin/2. O diodo D3 está diretamente polarizado, ocorrendo a carga linear do indutor L e transferência de energia para a carga. O diodo D 4 está reversamente polarizado e, portanto, bloqueado
V in
S1
D1
2
_
N P
_
N S
V in
2
+ v a
N S
+ v P
S2
D2
L
D3
D
i L
+ C
R
v o _
Conversor em meia-ponte (half-bridge): Etapas de operação
2ª etapa: Os dois interruptores estão abertos e a tensão no primário (e nos
secundários) cai a zero. O diodo D 4 é diretamente polarizado. Cada diodo, D 3 e D4, conduz metade da corrente do indutor nesta etapa de roda livre.
V in
S1
D1
2
_
N P
_
N S
V in
2
+ v a
N S
+ v P
S2
D2
L
D3
D
i L
+ C
R
v o _
Conversor em meia-ponte (half-bridge): Etapas de operação
3ª etapa: O interruptor S2 é acionado e a tensão no enrolamento primário é
igual à -Vin/2. O diodo D4 está diretamente polarizado, ocorrendo a carga linear do indutor L e transferência de energia para a carga. O diodo D 3 está reversamente polarizado e, portanto, bloqueado
V in
S1
D1
2
_
N P
_
N S
V in
2
+ v a
N S
+ v P
S2
D2
L
D3
D
i L
+ C
R
v o _
Conversor em meia-ponte (half-bridge): Etapas de operação
4ª etapa: Os dois interruptores estão abertos e a tensão no primário (e nos
secundários) cai a zero. O diodo D 3 é diretamente polarizado. Cada diodo, D 3 e D4, conduz metade da corrente do indutor nesta etapa de roda livre.
V in
S1
D1
2
_
N P
_
N S
V in
2
+ v a
N S
+ v P
S2
D2
L
D3
D
i L
+ C
R
v o _
Conversor em meia-ponte (half-bridge): Formas de onda
Conversor em meia-ponte (half-bridge): Ganho estático (condução contínua)
v L t
V in N S 2 N P
V o t DT
V o T
O val o r m é d io d a ten s ão n a in d u tân ci a L én u lo :
V in 2
N S N P
1 2D Vo DT Vo T 0 2
Vo Vin
D
N S N P
Conversor em meia-ponte (half-bridge): Capacitor série Desigualdades nas fontes de tensão de entrada ou nos tempos de comutação dos interruptores podem provocar o aparecimento de uma componente contínua na tensão e, conseqüentemente, na corrente no primário • Essa corrente contínua provocaria a saturação do núcleo e uma prováv el falha no conversor • Assim, nos conversores half-bridge e full-bridge é comum empregar-se um capacitor em série com o primário do transformador para impedir a circulação de componentes contínuas de corrente • É importante que seja empregado um capacitor para tensão alternada de baixas perdas (polipropileno) •
C S
N S N P N
C S
4
N P 2 2 f N S
2
L
Conversor em ponte completa (full-bridge): Estrutura básica • • • • •
Também derivado do conversor buck Aplicações de maior potência, quando comparado com o half-bridge Possui um maior número de semicondutores, mas são submetidos a menores esforços de tensão ou corrente Razão cíclica é limitada em 0,5 Não existe necessidade de incluir um circuito para desmagnetização do núcleo
S1
D1 S3
D3
C S + v P N P
V in
N S
_
N S S
D
S
L
D5 + v a _
i L
+ C
R
v o _
Conversor em ponte completa (full-bridge): Etapas de operação
1ª etapa: Os interruptores S1 e S4 são acionados e a tensão no enrolamento
primário é igual à V in. O diodo D5 está diretamente polarizado, ocorrendo a carga linear do indutor L e transferência de energia para a carga. O diodo D 6 está reversamente polarizado e, portanto, bloqueado
S1
D1 S3
D3
C S + v P N P
V in
N S
_
N S S
D S
L
D5 + v a _
i L
+ C
R
v o _
Conversor em ponte completa (full-bridge): Etapas de operação
2ª etapa: Todos os interruptores estão abertos e a tensão no primário (e nos
secundários) cai a zero. O diodo D 6 é diretamente polarizado. Cada diodo, D 5 e D6, conduz metade da corrente do indutor nesta etapa de roda livre.
S1
D1 S3
D3
C S + v P N P
V in
N S
_
N S S
D S
L
D5 + v a _
i L
+ C
R
v o _
Conversor em ponte completa (full-bridge): Etapas de operação
3ª etapa: Os interruptores S2 e S3 são acionados e a tensão no enrolamento
primário é igual à -V in. O diodo D6 está diretamente polarizado, ocorrendo a carga linear do indutor L e transferência de energia para a carga. O diodo D 5 está reversamente polarizado e, portanto, bloqueado
S1
D1 S3
D3
C S + v P N P
V in
N S
_
N S S
D S
L
D5 + v a _
i L
+ C
R
v o _
Conversor em ponte completa (full-bridge): Etapas de operação
4ª etapa: Todos os interruptores estão abertos e a tensão no primário (e nos
secundários) cai a zero. O diodo D 5 é diretamente polarizado. Cada diodo, D 5 e D6, conduz metade da corrente do indutor nesta etapa de roda livre.
S1
D1 S3
D3
C S + v P N P
V in
N S
_
N S S
D S
L
D5 + v a _
i L
+ C
R
v o _
Conversor em ponte completa (full-bridge): Formas de onda
Conversor em ponte completa (full-bridge): Ganho estático (condução contínua)
v L t
Vin
N S N P
V o t DT
V o T
O val o r m é d io d a ten s ão n a in d u tân ci a L én u lo :
N S 1 2D Vo DT Vo T 0 Vin 2 N P
Vo Vin
2D
N S N P
Bibliografia • I. Barbi, “Conversores CC-CC Básicos Não Isolados”. • I. Barbi, “Projetos de fontes chaveadas” • R. W. Erickson, D. Maksimovic, “Fundamentals of Power Electronics”, Second edition. • Mohan et. all., “Power Electronics: Converters, applications and design” , Second edition.
