e aí pessoal tudo bom sejam bem-vindos a mais um vídeo aqui do canal para quem não me conhece meu nome é cai nesse vídeo de hoje eu vou explicar detalhadamente como projetar um conversor banco e como o senhor ele o software de simulação caso você seja novo aqui no canal eu recomendo assistir os dois últimos vídeos que eu vou deixar aqui no card pois eles contêm uma fundamentação teórica que pode te ajudar a entender melhor esse vídeo aqui e se você já curtiu esse tema deixa o like se inscreva no canal caso não seja inscrito se vamos ao que interessa ou então aqui na terra a gente tem um famoso conversor buck nos mais conhecidos eletrônica de potência eu apresentei ele nos vídeos passados mas ele tem muita fumo em seus detalhes de funcionamento basicamente leva constituído de um interruptor de potência que pode ser um transistor igbt ou mosfet cic cânn a não importa agora para gente um filtro lc na saída e um díodo de roda livre para a gente também tem uma fonte de tensão entrada e a carga conectada na saída do conversor olham conversa do tipo c c c c porque ele opera com uma tensão continua na entrada e gera uma tensão também continuo na saída a diferença é que essa tensão da saída tem uma amplitude sempre melhor a versão de entrada e a nós que eu vou apresentar aqui hoje ela também é conhecida como uma modelagem estática pois ela considera que o conversor está operando em regime permanente ou seja todas as grandezas de corrente tensão do conversor já atinge o equilíbrio e o ponto de operação que a gente não conseguiu nenhuma dinâmica aqui o objetivo dessa não é sobre ter todas as equações necessárias frente dimensionar os componentes do circuito tanto semicondutores de potência quantos elementos passivos mas antes de iniciar essa modelagem a gente precisa fazer algumas considerações as considerações elas são feitas praticamente para todos os conversores e que são analisadas de forma estática a primeira delas é todos os componentes são considerados ideais ou seja gente não tem perdas no sistema isso não considera as resistências intrínsecas dos componentes a segunda é que o conversor ele opera em regime permanente conforme já mencionei ea terceira e capacitor de saída é considerado o grande suficiente para quente ignore a ondulação que existe aqui na tensão em que eu quero dizer com isso aqui normalmente a tensão de saída dos conversores chaves a possui uma um nível cc bem definido e representei eu usei maiúsculo mais uma componente alta frequência que é uma ondulação enxame de rifle no entanto começam do assar possui uma amplitude muito menor do que acompanha descer e pode aproximar para fins de simplificação na análise a tensão de saída como sendo apenas o nível cc beleza partida tão aqui para nossos escritos como era coisas tem que lembrar é que interruptor de potência possui dois estados de operação ou ele está fechado conduzida a corrente ou está aberto bloqueando a passagem da corrente sendo assim a gente separa nossa análise em duas etapas de operação uma delas enquanto o interruptor está em comissão e a outra encontra está em bloqueia e a primeira etapa de operação era caracterizada pelo estado de condução dessa interruptor e ela tem início quando o sinal de comando que é o nosso sinal pwm que eu tratei no vídeo passado ele vai para nível alto então todo intervalo aqui sinal pwm estar em nível alto corresponde à primeira etapa de operação tem uma duração da aula pela razão se e o período total de chaveamento tonalizante que o circuito que horas essa etapa que observa que a fonte de tensão aqui na entrada é diretamente conectada a um dos terminais de um indutor enquanto o terminal é conectado ao estágio de saída nesse caso de ouro ele fica reversamente polarizada porque a atenção se o cátodo é maior do que a tensão no anodo tão tem circulação de corrente pelo de ouro e toda a corrente que passa por um doutor também passa pelo interruptor de potência a fonte ela fornece energia nessa primeira etapa tanto produtor quanto para carga então como indutores da maisena essa energia no seu campo magnético a corrente passa por ela cresce de forma linear conforme mostrado nesta figura aqui e essa taxa de variação aqui é dar por being que atenção detalhe menos foi o tensão de saída sobre a importância e como eu sei disso a gente analisar essa mala interna de consegue obter a atenção sobre o indutor que dado pela tensão de entrada menos a tensão de saída ele por definição alta na circuitos elétricos atenção sobre o indutor a e aí notãcias vezes a derivada da corrente se a gente isolar corrente dessa equação aqui em que obtém com a corrente no indutor adora tão integral e atenção nesse caso é veio menos ver ó dividido pela própria indutância sendo essas tensões constantes essa integral facilmente calcular a gente obtém como resultado veio menos ver o sobre a importância às vezes o tempo mais o valor inicial é que representa exatamente essa reta aqui que parte desse valor inicial claro aqui a gente já tá em regime permanente por isso ele já atingiu esse equilíbrio e crescem forma linear com essa taxa que variação até um valor máximo como inventor de conduz a mesma corrente no indutor com a sua corrente tem a mesma forma de onda ou de outro começa na internet está reversamente polarizada então a corrente nele é nula porém a atenção sobre ele a mesma tensão da fonte de entrada já que estão em paralelo aqui com a fonte além disso a gente tem que a corrente que circula pelo capacitor de saída é diferença da corrente no indutor ea corrente que vai e conforme demonstrado nessa equação aqui ó segunda etapa ele se inicia no momento em que a chave é comandada a bloquear ou seja o momento que ela abre quando a chave abre a gente vamos ter mais circulação de corrente da fonte para o circuito é uma corrente na chave na segunda etapa é nula conforme representado aqui nessa forma de onda já o diodo ele entra em condução naturalmente para fornecer um caminho aqui para passagem da corrente do indutor pois nessa segunda etapa o doutor e começa a devolver aquela energia que armazena na etapa anterior ea sua corrente era de cresce então de um valor inicial que é o valor máximo obtido na etapa anterior ela da criança de forma linear com essa taxa de variação de menos e o sobre a inocência e como o diodo está conduzindo nessa etapa então a corrente que passa por ele se vocês observarem a mesma corrente do indutor a forma de onda aqui na corrente no diodo tem o mesmo aspecto da corrente do indutor e além disso como a gente considera os componentes ideais tão o diodo em condução ele não vai ter uma fala sobre ele eu a funcionários até mesmo como se fosse um curto-circuito tão atenção de ouro nessa etapa é nua e adoração nessa etapa é dada por um menos a razão significa vezes o fechamento ou seja é o intervalo complementar etapa anterior para completar aqui um período de chave américa então quando a gente faz essa análise estática qualquer conversor de precisa analisar o apenas um período de alinhamento porque depois disso as formas de uma se repetem então analisando aqui matematicamente circuito essa mãe internas da atenção sobre o indutor já que o diodo ele não tem uma queda de tensão por ser ideal que a nossa análise aqui a atenção sobre doutor vai ser igual a menos um valor da tensão de saída isolando aqui a corrente de as equação enche obtém a expressão para o corrente no indutor na segunda etapa que é menos ver ó sobre a importância às vezes o tempo mas o valor inicial que esse caso eu ia lhe max então exatamente essa reta decrescente aqui e a corrente no capacitor de saída é a mesma da etapa anterior nada mais é do que a diferença entre a corrente no indutor ea corrente da carga é interessante analisar que que esse filtro bom então papel de atenuar essa variação em alta frequência na atenção à sobre o diodo certo que essa atenção aqui esse a gente não tivesse feito no circuito a tensão que apareceria na carga se exatamente essa tensão no diodo mas como a gente quer um valor se ser bem definido entregue a carga a gente precisa colocar esse filtro para atenuar essa variação em alta frequência e no mundo ideal o filtro ele seria capaz de atenuar toda essa ondulação e atenção entrega a carga esse exatamente essa linha reta bem contigo né e o mesmo é válido para corrente no indutor essa corrente ela possui um valor x e junto com uma ondulação em alta frequência mas o capacitor está aqui justamente para fornecer um caminho de baixa impedância parece uma doação então é projetado parte na frequência de chaveamento que a frequência de simulação ele tem uma impedância muito melhor que a carga então todo mundo ação pode ser o capacitor e o valor você passa para carga já que o capacitor pai um descontinho cê vai ter uma impedância é muito elevada e interessante observar também que em ambas as etapas enquanto a corrente no indutor por menor do que esse valor médio a diferença vai ser suprida pelo capacitor no seu ficar passou a fornecer energia para carga enquanto essa corrente no outro for maior do que o valor médio o excedente vai ser usado para carregar o capacitor uma vez que a gente fez essa análise inicial para entender o funcionamento do conversor e levantar algumas situações pertinentes a gente parte para o cálculo do meu estático o estágio é um parâmetro muito importante para qualquer conversor pois ele relaciona a tensão de saída com a tensão de entrada e essa relação normalmente é uma função da razão se fica então a partir publicidade que a gente consegue a obter a razão sempre necessária para gerar uma certa tensão na saída atenção que a gente deseja na saída do conversor eu ganho estático normalmente é calculado a partir do princípio de que a o valor médio da tensão em um indutor é sempre nulo mas onde que eu tirei isso bom sente observar a forma de oi gente indutor em regime permanente aí como operação a periódica a gente vai observar que a o valor inicial dessa forma de onda vai ser igual ao valor inteiro de chaveamento depois ou seja sente com será que esse ponto inicial depois de um período de chaveamento esse valor de corrente vai ser o mesmo e assim de concluir que toda energia que o indutor da armazenou na primeira etapa ele de volta para os circuitos na segunda etapa então como não tem uma transferência líquido de energia a potência média que é dissipada ou absorvida pelo indutor ela é nula matematicamente falando se a gente calcular a tensão em cima da sido torturado pela indutância reservados a corrente e depois obter a expressão para corrente considerando um período de chaveamento a gente vai ter que a corrente nesse ponto aqui né após um período vai ser dado pela integral da tensão em um período de chaveamento / indutância mais o valor a inicial a gente já reparou aqui que as correntes nesse ponto inicial e um período após são iguais então a gente conclui que a integral da tensão no indutor e um ter chaveamento dividir para a indutância vai ser nula e sente manipular matematicamente essa expressão multiplicando ambos os lados por pela indutância sobre o perigo de alinhamento a gente chega na expressão do valor médio dessa atenção que é dado pela integral da atenção e um período dividido pelo próprio período nesse caso vai ser a integral aquela pode assustar a princípio mas como a gente sabe que ele é a área sob a forma de onda que a gente deseja integrar aqui fica fácil calcular porque ele tem uma forma de onda retangular com a bastante calcular a área desse retângulo e a área desse outro e somava só fazendo isso a gente vai ter cara do primeiro retângulo vai ser veem menos ver ela vezes de ts e área do segundo retângulo vai ser menos ver o vezes um menos de ps1 estudo / é isso aqui é nosso valor mente vai ser igual a zero comente observou no slide anterior ou manipular nessa equação entre obtech atenção entrada vezes a razão significa menos atenção de saída igual a zero e assim a relação entre a tensão de saída ea tensão de entrada que é nosso o estágio é igual a própria razão se fica só esse que alguém estático do conversor buck é que a gente pode concluir disso que atenção a saída vai ser sempre um percentual da tensão de entrada já que a razão cínica de avarias sempre de 0 a 1 quando for zero a tensão na saída vai ser nula e quando for um atenção na saída vai ser igual a tensão de entrada em qualquer valor intermediário resulta em uma atenção na saída menor que a tensão de entrada é um presente chamo conversor buck tem um conversor abaixador ele só é capaz de fornecer uma tensão na saída para carga menor que a tensão de entrada a partir dessa mesma forma de onda da corrente do motor a gente consegue projetar o valor da sua importância como a gente faz isso pode ser feito tanto pela primeira etapa de pressão quanto pela segunda que o resultado vai ser o que eu vou fazer pela primeira etapa a gente pega atenção em cima do indutor que a gente obteu era aquela análise anterior que dado pela atenção e até mesmo menos a tensão de saída é igual a indutância fez o derivado decorrente nós durante esse intervalo aqui da primeira etapa a gente já tem bem definido aqui qual que é a variação de corrente em qual que é a variação do tempo uma variação da corrente vai ser esse pequeno e valor e além max menos o valor mínimo da corrente que eu chamei a kit delta e ele e a variação de tempo é dado por dts a gente pode substituir essa derivada aqui simplesmente cordel se era sobre bts excelente solar que valor da indutância dessa equação chega na a expressão necessária para projetar o indutor também serve que a indutância é inversamente proporcional a ondulação de corrente no indutor ou se a gente quiser a modulação muito baixa na saída que significa a gente vai ter menos a ripple na tensão de saída do conversor a gente vai obter uma indutor muito grande isso pode aumentar consideravelmente o volume do conversor e aqui um comprometimento entre o volume do conversor e a qualidade grande assim da tensão e da corrente de saída normalmente a gente escolhe um valor de ondulação de 10 por cento e vinte por cento do valor médio dessa corrente que equivale a corrente da carga um caso o capacitor até então a gente considera que a tensão de saída é puramente descer mas a prática ela possui uma ondulação já que o filtro lc na saída não consegue eliminar por completo aquelas oração em alta frequência do chá de amélia frente observá-la no circuito do conversor buck a gente sabe que a corrente que circula pelo capacitor vai ser a diferença entre a corrente no indutor ea corrente da carga e conforme já mencionei o capacitor ele é projetado para que na frequência de chaveamento ac-1 pedaço seja muito fenord que a impedância da carga e assim a um doação em alta frequência passa com ele e o valor cê cê vai para carga então aspecto a corrente no capacitor vai ser exatamente igual a ondulação da corrente no indutor porém agora o entorno de zero e não mais aquele valor se c enquanto essa corrente for positiva o capacitor de vai ser carregar e quando for negativo ser descarregado a observe que durante as intervalo em que a corrente a positiva a tensão no capacitor avaria do seu mínimo até o seu máximo ele pode relacionar essa variação de tensão com a variação da carga acumulada no capacitor com a variação da carga deve ter a capacitância e veja variação de tensão essa equação já é bem conhecida ainda análise circuitos a gente também pode determinar a variação de carga como sendo a integral da corrente dentro de um determinado intervalo qual como a gente está examinando apenas esse intervalo em que a corrente a positiva a integral aqui vai ser exatamente a área desse triângulo destacado aqui vai ser a base vezes altura dividido por dois estão calculando essa área a gente obtém a variação de carga que é dada pela variação da corrente que a mesma variação da corrente no doutor certo vezes o peixamento dividido por 8 as duas equações isolando a capacitância a gente chega na expressão para projetar o capacitor de saída observe que as expressão depende da ondulação de corrente no indutor e da ondulação da atenção que te deseja na saída tá então esses parâmetros são escolhidos pelo projetista e vai ver posteriormente como faz isso com além dos elementos passivos e também eu preciso dimensionar os semicondutores de potência normalmente os interruptores e de outras são dimensionados com base na máxima atenção que eles devem suportar na corrente média na corrente a ficar na máxima corrente vai circular por eles a forma de onda da corrente na chave ou interruptor ela tem essa característica que é igual a corrente no indutor na primeira etapa em mula na segunda etapa enche a viu isso anteriormente mas a gente consegue aproximar essa forma de onda para facilitar nossos cálculos como sendo esse simples retângulo né porque aqui a gente tem a própria continuem doutor e o seu valor médico e esse triângulo aqui superior esse é exatamente esse espaço está sobrando então a gente consegue aproximar de forma bem a precisa nem para casa a gente tem uma baixa ondulação na corrente por esse por essa outra forma de onda que tem um pico igual ao próprio valor médio da corrente no indutor que é igual a corrente da carga né senão fica fácil de calcular a corrente média nada mais é do que a área sobre essa forma de onda dividido pelo período chaveamento e tá aqui a área vai ser dts vezes pior de visitar o período nos dar que a corrente média na chave ela é igual a razão 50 vezes a corrente de saída a corrente eficaz tem um pouquinho mais complicada mas com base nessa forma de onde a gente consegue calcular de forma simples até então a definição de valor eficaz é a raiz quadrada da integral da forma de onda quadrada sobre o período que nesse caso resulta em raiz quadrada da razão se que muitas vezes a corrente de saída a corrente máxima na carga agora a gente não pode mais considerar essas cinco o que dependendo da ondulação de corrente a gente vai ter um valor de fica aqui um pouco superior na cor consideravelmente superior ao valor médio sabendo então doação de corrente no indutor dado pela esse valor máximo menos valor mínimo e que essa corrente média ela vai passar aqui exatamente na metade né que a gente vai ter que o valor máximo vai ser o valor médio mais metade dessa ondulação conforme representado por essa equação aqui e valor máximo da atenção vai ser a tensão de bloqueio né sobre o que ocorre durante a segunda etapa que ela não está em condução está aberta a tensão que surge em cima dela é própria tensão da entrada fazer o mesmo para o diodo a gente consegue sempre ficar novamente a forma de onda do de ouro diferença aqui agora a corrente que passa por ele vai ser mesma coisa do indutor porém na segunda etapa de operação certo em durante a primeira etapa corrente anula fazer essa mesma a gente consegue obter a valormed dessa corrente que é um menos ah não sei que às vezes a corrente saída a corrente eficaz raiz de um menos a razão cínica frequentes o valor máximo da corrente e da tensão são iguais a aqueles calculados para o interruptor põe com esses valor médio e o valor eficaz as correntes a gente consegue calcular as perdas esses componentes isso é muito útil frente dimensionar corretamente o dissipador de potência eu vou entrar em detalhes esse vídeo que é um assunto que seja um vídeo específico para ele mas futuramente eu vou abordar esse assunto e com mais detalhes beleza então resumindo aqui todo o processo para projetar o conversor inicialmente precisa definir os parâmetros de projeto que são a tensão de entrada a tensão de saída a potência máxima da carga a frequência de chaveamento operações de comutação um desejar a ondulação de corrente desejada no indutor ea ondulação de tensão desejada na saída depois a gente pode calcular partir desse parâmetro a razão cíclica necessário a parte obter a tensão na saída a partir da atenção na entrada de cálculo então a nossa indutância partir dessa equação depois a gente pode calcular a capacitância e por fim a gente em todos os esportes de corrente e tensão nos semicondutores de potência tá então para fixar melhores conta de entender que é um pouco abstrato né eu vou mostrar agora um exemplo numérico eu acho que assim vai ficar mais fácil a gente compreender todo esse processo é que está aprendendo nós conversor bancos bom inicialmente define que os padrões de projeto eu escolhi uma tensão de entrada de 30 volts uma tensão de saída de 12 volts a potência máxima de carga de 100 watts a frequência de comutação de 20 kg hertz ondulação de corrente no indutor 10 por cento do valor da corrente de saída ea doação de tensão no capacitor de um por cento da tensão de saída aparece para a gente consegue calcular os valores nominais são importantes para o dimensionamento dos componentes um deles é razão significa nada mais é do que a tensão de saída sobre a tensão de entrada para o conversor buck isso resulta em 0,4 ou seja sinal pwm vai ficar quarenta por cento do período total em nível alto e sessenta por cento e nível bar a corrente de saída pode ser calculada pela potência dividir a questão de sair esse result 8,33 amperes e a resistência de carga pode ser calculada em função da tensão e da potência também o que resulta em um número 44 homens com esse pode calcular o indutor de saída que leva por essa equação aqui ou substituindo aqui os parâmetros seus valores de cálculo anteriormente entre obtém 432/2011 a interessante observar que não doação de corrente ela vai ser 10 por cento do valor do cliente sair então tá aqui a 0,1 vezes a corrente elétrica 33 amperes aparente arredondar esse valor escolher o valor um pouco acima de 435. 000 é isso vai resultar e mão do açude corrente um pouco menor tá do que eu esperava mas se você quiser um valor preciso a gente pode isolar aqui o valor da ondulação de conhecer essa equação e recalcular ela em função desse novo valor da indutância lá também está aqui no valor de 828 m jantar o cálculo capacitor de saída é feito por essa equação aqui a gente pega aquela anulação de corrente em obter substituir que os outros parâmetros a ondulação de tensão tá vai 17 da tensão de saída que é 12 volts a gente obtém que 43,13 micro fire arredondando que para usar um valor comercial how do they 47 microfone bastante forte para os esforços na chave valor médio da corrente com leite viu anteriormente razão 50 vezes o valor da corrente de saída pois resulta em 1383 amperes pode causar corrente raiz quadrada da razão seca vezes a corrente saída que nos dá 5,27 amperes valor máximo da corrente vai ser a corrente saída mais metade da ondulação de corrente no indutor isso aqui resulta 8,53 amperes por fim atenção máximo que a chave deve suportar e é igual a tensão de entrada para o conversor buck neste caso 30 volts então com esse aqui a gente já sabe que a interruptor que a gente foi escolher que eu perdi potência tem que suportar 30 volts e uma corrente máxima de 8,53 amperes tá esses outros valores como mencionei e são usados para calcular dissipação de potência esse positivo fazendo o mesmo que o diodo um que obtém que o valor médio de corrente o valor ficar desconhece de 6,45 os olhos máximo de correntes e detenção são iguais àqueles obtidos para a chave vamos agora para simulação ver esses valores teóricos aqui bati com o simulado pessoal só de que eu vou utilizar para celular conversor bloquear itens paz é só pegar twitter muito bom você quiser baixar ele vou deixar o link na descrição o vou começar aqui com o novo esquemático vou montar o nosso conversor buck o filtro ericeira saída a nossa carga resistiva e o díodo de roda livre vem aqui em componentes a escolher a fonte é preciso também do interruptor vou usar aqui o mosfet o ranking está agora é só ligar os componentes para formar que nós conversamos aqui apertar gente não esqueceu de usar aqui um terra senão ele vai detectar um erro e vamos então definir os parâmetros nosso componentes então a indutância é para 135 micro a capacitância aqui de sair de 47 mico eu estou de carga 1. 44 tensão de entrada e 30 volts o mosfet vou escolher aqui o modelo que suporte atenção de 30 volts pegar seguinte 60 vou se é suficiente oi e eu deixo que dá para utilizar esse padrão aqui mesmo a gente precisa agora gerar o sinal pwm campo para a gente pode usar uma fonte de tensão também e vai funcionar que o gatilho nosso mosfet eu não preciso gerar uma tensão entre estes seres e aqui a gente veio em a diferenças escolhe pus o valor inicial vai ser 0 valor on colocar 15 você tem um valor típico e fraciona nucepe atraso 0 tempo de subida vou deixar 0.
01 um ano a ser quase ideal em tempo que eles tiveram primeiro período de chegar à meta ser um sobrevivente flor a arte que a nossa frequência de chaveamento precisa 50 micro e razão 504 então período que ele vai ficar em on nível alto vai ser quarenta por cento desse valor aqui que é 20 mil municípios pode colocar o valor bem grande aí para não ter problema tu quer quantas vezes vai repetir essa esse padrão tá tá tá bom então só falta agora simular o celular por zero ponto 10 15 segundos começar a saudade artig0 mesmo e o stefan deixar 0. 151 ok vou deixar assinada lá porque eu acho que fica mais fácil a gente ver analisar a primeira pessoa na série do conversor com ela vai ela parte aqui quiser e vai para o valor próximo de 12 volts aqui não tá em 12 volts exatamente porque está utilizando interruptor que não é ideal e por isso ele possui uma queda de tensão enquanto ele está em condução e essa queda de tensão acaba gerando essa pequena diferença na tensão de saída tá aí já é suficiente frente analisar aqui ó vou adicionar aqui um plot para a gente observar também a corrente no diodo g1 e eu vou adicionar mais um plot frente analisar corrente o interruptor eu e mais um é para gente analisar que o sinal pwm tá é legal dom aqui e olha só que interessante enquanto se não há problema está em nível alto tem uma circulação de corrente interruptor não quer dizer que ele está em condução no diodo a corrente é nula pois ele está em bloqueio certo e isso caracteriza a primeira etapa de operação na segunda etapa sinal pwm vai nível baixo no entanto ele é bloqueado logo a corrente se procura ele vai a zero já hoje o dele entre condução e começa a conduzir a corrente do indutor e assim sucessivamente vamos analisar aqui os valores eficaz em média das correntes primeiro não interruptor de potência e tem aqui uma corrente média de 3. 2 mais ou menos e o valor rms 5.
02 tá um pouquinho diferente daquela que ele calcula que as 3. 33 e 5. 27 porém sem quando chegar aqui isso não tá utilizando todos os componentes ideais então vai ter essa discrepância que sua mãe foi o fato da tensão na saída está um pouco abaixo do valor de 12 volts mas eu a ver com a cris cálculos estão bem próximos aqui da simulação por causa do diodo a gente tem que a corrente média de 4.
8 mais ou menos ia corrente ficar de seis pontos 17 os valores calculados e angico cinco exatos e 6.
