conversores chopper (cc-cc)

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Capítulo 9

Choppers

Em muitas é necessário converter uma fonte de tensão C fixa em uma fonte de tensão C variável. Um chopperconverte diretamente de C para C e é como um conversor C-Cc. Um chopper ser considerado o

C de um transformador CA com uma de continuamente variável. Da mesma maneira que um transformador, ele pode ser utilizado para abaixar ou elevar a tensão de uma fonte C.

Os chopperssão

automóveis '-'<'L,\.<.<'--vo, nrn.o controle de tração de motores em "'rlO"''''O de almoxarifados e

de corrente contínua para devolverf" à fonte de e

transoortanores em minas. Eles fornecem controle de U'I"UV suave, alta eficiência e resposta dinâmica Os ser usados na de essa característica resulta em economia de para sistemas de com

Os são usados em de tensão C e também com um indutor para gerar uma fonte de corrente para os inversores do fonte de corrente.

9.la. a CH é de entrada aparece sobre carga. Se a a tensão sobre a carga será zero. As formas de

372 Eletrônicade Potência Circuitos, Dispositivos e Aplicações Capo 9 onda para a tensão de saída e corrente de carga também são mostradas na Figura 9.1b. A chave do chopperpode ser implementada utilizando um (1) BJT de potência, (2) MOSFET de potência, (3) CTO ou (4) tiristor em comutação forçada. Os dispositivos práticos têm uma queda de tensão finita na faixa de 0,5 a 2 V e, por questão de simplificação, desprezaremos as quedas de tensão desses dispositivos semicondutores de potência.

Figura 9.1 vHChopper

Chopper ia abaixador com + + carga resistiva.

v; v; R

(a) Circuito

A tensão média de saída é dada por (b) Formas de onda

1 fhVa = uc.d! T O tIT !hVs = iv, (9.1) e a corrente média da carga, Ia Va/R = kVs/R, onde T é o período de operação do chopper,k = tç/T é o ciclo de trabalho e! é freqüência de operação do chopper. O valor eficaz da tensão de saída é encontrado a partir de

Supondo um choppersem perdas, a potência de entrada para ele é igual à potência de saída e é dada por kT kTPíf fO voi dt = ~ fO R dt = k R

A resistência de entrada efetiva vista fonte é

R k de controle é width modulation

2. variável. A de f é variada.

Tanto o de condução tI como o de bloqueio t: ser mantidos constantes. Isso é chamado modulação em freqüência (do inglês frequency modulation). A tem de ser variada em uma ampla faixa para se obter uma faixa completa de tensão de saída. Esse tipo de controle geraria harmônicos em freqüências e o projeto do filtro seria difícil.

o chopper C na 9.1a tem uma carga resistiva de R 10 Q e a tensão de entrada é

Vs = 220 V. Quando a chave do chopper permanece ligada, sua queda de tensão é Vch 2 V e a freqüência de operação é f = 1 kHz. Se o ciclo de trabalho for de 50(10, determinar (a) a tensão média de saída Va, (b) a tensão eficaz de saída Vo, (c) a eficiência do chopper, (d) a resistência efetiva de entrada do chopperRi e (e) o valor eficaz da componente fundamental da tensão harmônica de saída.

Po dt k R

i dt dt k R

374 EletrônicadePotência Circuitos, Dispositivose Aplicações Cap.9 A eficiência do chopperé

(d) A partir da Eq. (9.4), Ri = 10/0,5 = 20 Q.

(e) A tensão de saída, como mostrado na Figura 9.lb, pode ser expressa na série de Fourier como

Vo (t) = kVs + n L sen 2nk cos 2nft n 1

+ L (1 - cos 2nnk ) sen 2nnft n

A componente fundamental partir da (9.7) como n = 1) da tensão harmônica de saída pode ser determinada a

VI = [sen 2nk cos 2nft + (1 cos 2nk) sen 2nft] n

e seu valor eficaz é VI = 140,06/-12 9,04 V.

Nota:O cálculo da eficiência, que inclui as perdas do chopperna condução, não leva emas perdas no chaveamento dos choppers práticos devido ao disparo e A eficiência de um chopperprático varia entre 92% e 9%.

com uma carga RL é mostrado na Figura 9.2. A operação do pode ser em dois modos. Durante o modo 1, o chopperé e a corrente da fonte para a carga. Durante o modo 2, o chopperé desligado e a corrente de carga continua a fluir através do diodo de Os circuitos desses modos são mostrados na 9.3a. As formas de onda da corrente de carga e da tensão de saída são mostradas na 9.3b.

Cap. 9 Choppers 375

Chopper + CH +

Figura 9.2

Choppercom carga RI.

A corrente de carga para o modo 1 pode ser encontrada a partir de

A solução da (9.9), com a corrente inicial i1(t O) = 1,dá a corrente de carga como

-tR/L + (1 _ e-tR/L)R (9.10) Esse modo é válido O S; t S; tI kT); e ao fim desse modo a corrente de carga torna-se il(t) = i; = kT) 12 (9.1) A corrente de carga para o modo 2 ser encontrada a partir de

Com a corrente inicial i2(t = O) início do modo 2, tem-se:

redefinindo a r'\1'"l'rDl'Y'l do (9.12) (isto é, t = O), no

Esse modo é válido para O S; t S; t: carga torna-se a corrente de

Ao final do modo 2, o LI<L'VVLI T h + é novamente no pnJXllTIO ciclo i-Lo rrrvnir-r: de Potência- 9

Sob de carga de A das

he -(1 k )TR/L _ E (1R (9.16) A ondulação de corrente de pico a pico é

M=h-h que após as simplificações se torna

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