Conversor Buck-Boost

INTRODUÇÃO

Circuitos eletrônicos que convertem uma tensão CC para níveis diferentes de tensão CC com uma saída regulada são chamados de conversores CC-CC. A conversão CC-CC pode ser obtida por meio da utilização de conversores lineares. O conversor chaveado é uma alternativa eficiente para o regulador linear. Neste tipo de circuito o transistor se comporta como uma chave eletrônica, sendo completamente ligado ou desligado. Considerando uma chave ideal, quando esta estiver fechada não há queda de tensão e quando aberta não há circulação de corrente. Desta forma a potência absorvida pela chave é mínima e a eficiência do circuito é elevada.

O conversor buck-boost é um circuito eletrônico utilizado para converter uma tensão CC (corrente contínua) em outra tensão de corrente CC com um valor fixo maior ou menor que o da tensão de entrada. O conversor buck-boost é um conversor chaveado bastante comum em fontes chaveadas, basicamente é constituído de um indutor, um diodo e um componente chaveador, podendo ser um transistor, MOSFET, IGBT, BJT, dentre outros. Um capacitor ou conjunto de capacitores são geralmente utilizados como filtros no circuito. Neste projeto foi proposto a criação de um conversor buck-boost para operar numa faixa de tensão entre 8 e 19 V para uma saída de 9 V e potência de 10W.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Para a análise do conversor as seguintes considerações serão feitas:

1. O circuito opera no estado estável;
2. O indutor opera no modo de condução contínua;
3. O capacitor é grande o suficiente para que a tensão de saída seja constante;
4. A chave é fechada pelo tempo  e aberta pelo período ;[pic 1][pic 2]
5. Os componentes são ideais.

A análise será realizada para a chave fechada e para a chave aberta.

Fig1. Conversor Buck-Boost

[pic 3]

Fonte: (Hart)

Formas de onda teóricas

Fig2. Formas de Onda (a) Corrente no Indutor (b) Tensão no Indutor (c) Corrente no Diodo (d) Corrente no Capacitor

[pic 4]

(a)

[pic 5]

(b)

[pic 6]

(c)

[pic 7]

(d)

Fonte: (Hart)

Análise para a chave fechada

Fig2. Conversor Buck-Boost com a chave fechada

[pic 8]

Fonte: (Hart)

Quando a chave está fechada a tensão sobre o indutor é

[pic 9]

A taxa de variação da corrente no indutor é constante indicando um aumento linear da corrente no indutor. A equação anterior pode ser expressa por

[pic 10]

Resolvendo para  quando a chave está fechada temos[pic 11]

[pic 12]

 Análise para a chave aberta

Fig3. Conversor Buck-Boost com a chave aberta

[pic 13]

Fonte: (Hart)

Quando a chave é aberta, a corrente no indutor não pode mudar instantaneamente resultando em um diodo diretamente polarizado e corrente no resistor e capacitor. Nesta condição a tensão sobre o indutor é

[pic 14]

[pic 15]

Novamente a taxa de variação da corrente no indutor é constante e a variação da corrente é

[pic 16]

Resolvendo para [pic 17]

[pic 18]

Para operação no estado estável, a variação líquida de corrente no indutor durante um período deve ser zero. Usando as equações (3) e (7)

[pic 19]

[pic 20]

Para ,[pic 21]

[pic 22]

A razão cíclica para saída e entrada especificadas pode ser expressa como

[pic 23]

A tensão média no indutor para operação periódica é zero, resultando em

[pic 24]

A tensão de saída possui a polaridade oposta à polaridade da tensão de entrada, o que é mostrado pela equação (8). A magnitude da tensão de saída do conversor Buck-Boost pode ser maior ou menor do que a da fonte, dependendo da razão cíclica. Se a razão cíclica for maior do que 0,5 a tensão de saída é maior que a da entrada e se for menor do que 0,5 a saída é menor que a entrada. Desse modo o circuito combina as capacidades dos conversores Buck e Boost. A polaridade invertida da tensão de saída pode ser uma desvantagem em algumas aplicações.A fonte nunca está conectada diretamente à carga no conversor Buck-Boost. A energia é armazenada no indutor quando a chave está fechada e transferida para a carga quando a chave está aberta Por este motivo o buck-boost também é referido como um conversor indireto.

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