Conversores CC-CC: Buck‑Boost e Conversores Isolados (Flyback, Forward)

Buck‑Boost (comportamento por ciclo de trabalho)

Buck‑Boost (Vout > Vd ou Vout < Vd) dependendo do valor do ciclo de trabalho D;

Estados de operação:

1. Chave fechada: o diodo fica inversamente polarizado e a corrente no indutor cresce linearmente com inclinação Vd/L. O capacitor mantém a tensão na carga.
2. Chave aberta: a corrente no indutor é mantida através do diodo. O indutor se descarrega auxiliando o capacitor a manter a tensão na carga. O sentido da corrente forçado pelo indutor carrega o capacitor com tensão negativa em relação à fonte de entrada.
3. Chave aberta e indutor descarregado: a energia armazenada no indutor esgotou-se e, portanto, somente o capacitor mantém a tensão na carga (diodo bloqueado).

       iCrit = (TVo / 2L) * (1 - D)²

Conversores com isolamento

Conversores com isolamento
As fontes chaveadas com isolamento utilizam um transformador que opera em alta frequência para promover o isolamento elétrico entre os lados de entrada e saída; além disso contribuem para a redução da tensão através da relação de espiras.

Flyback

Flyback é um conversor CC‑CC com isolamento elétrico derivado do conversor Buck‑Boost.

Vantagens:

• Grande simplicidade — pequeno número de componentes;
• Múltiplas saídas podem ser obtidas;
• Cada saída adicional requer somente um enrolamento secundário adicional, diodo e capacitor;
• Uso limitado a aplicações de potência de até 250 W.

Quando a chave está fechada, o diodo fica bloqueado e a indutância de magnetização do transformador armazena energia vinda da fonte de entrada, enquanto o capacitor mantém a tensão na carga. Quando a chave abre, ocorre a inversão da polaridade das tensões nos enrolamentos, o diodo conduz e, através do enrolamento secundário, a energia armazenada é transferida para a carga.

Forward

Forward é derivado do conversor Buck. A diferença básica é a presença do transformador de isolamento.

Aplicações: potência até 250 W.

 Chave fechada: o diodo D1 fica diretamente polarizado e D2 reversamente polarizado; assim, a energia é transferida para a carga. Chave aberta: o diodo D1 fica inversamente polarizado e D2 entra em condução devido à f.c.e.m. induzida pelo indutor. O enrolamento de desmagnetização é responsável pela retirada da energia que foi armazenada no núcleo durante ton (desmagnetização). Quando a chave abre, ocorre a inversão de polaridade nos enrolamentos, fazendo com que D3 entre em condução e realize a desmagnetização do núcleo.

Push‑pull

 Push‑pull é também derivado do conversor Buck.

Vch = 2 Vd   Vo = 2 * (N2 / N1) * D Vd   Pot = 500 W

T1 conduz, D1 fica diretamente polarizado e a corrente no indutor do filtro cresce. T1 é bloqueado antes de T2 ser acionado.

As chaves T1 e T2 são controladas alternadamente, existindo um intervalo de tempo no qual nenhuma das duas conduz, ocorrendo então a etapa de roda livre da corrente iL através do enrolamento secundário e os dois diodos D1 e D2.

Problema: necessidade de se adotar um método para evitar a saturação do núcleo;

Half‑bridge (Q1 e Q2)

HALF‑BRIDGE (Q1 e Q2): os capacitores C1 e C2 do conversor meia‑ponte formam um divisor de tensão, fixando o potencial no ponto comum a ambos em Vd / 2. A presença dos capacitores evita a saturação do transformador, pois um possível nível contínuo (CC) na tensão aplicada ao primário é por eles bloqueado.

Full‑bridge

FULL BRIDGE (Pot = 1 kW)

As chaves são acionadas em grupos de duas: T1‑T2 e T3‑T4, existindo um intervalo de tempo onde nenhuma chave é acionada. Quando T1‑T2 conduzem, +Vd é aplicado ao primário do transformador, D1 conduz e a corrente no indutor cresce. Quando T1‑T2 bloqueiam, os diodos D1 e D2 conduzem a corrente de carga (forçada pelo indutor), que decresce através do enrolamento secundário durante o intervalo. Quando T3‑T4 são ligados, −Vd é aplicado ao primário, D1 bloqueia e a corrente no indutor cresce através de D2.