01 3-Conversor_Buck_Boost_MCC

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EL36A – Eletrônica de Potência 1
DAELE – Departamento Acadêmico da Elétrica
03 - Conversor Buck-Boost no MCC
Prof. Leonardo Poltronieri Sampaio
sampaio@utfpr.edu.br
Cornélio Procópio - PR
Conversor Buck-Boost
▪ O Conversor Buck-Boost é um abaixador/elevador de tensão, se trata 
da união do Buck com o Boost, utilizando acoplamento indutivo
Principais Características:
▪ Fonte de tensão na entrada;
▪ Fonte de tensão na saída;
▪ Abaixador/Elevador de tensão;
▪ Corrente de entrada descontínua;
▪ Tensão de saída invertida em 
relação a entrada;
▪ 0,0 < D < 0,5 → Abaixador
▪ 0,5 < D < 1,0 → Elevador
Conversor Buck-Boost
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-iD
D
iS
Conversor Buck
▪ Modo de Condução:
• Condução descontínua;
• Condução crítica;
• Condução Contínua. 
▪ Para efeitos de simplificação:
• Os elementos eletromagnético serão considerados ideais;
• Os semicondutores são ideais
✓ (entrada em condução e bloqueio instantâneos; curtos-circuitos 
quando em condução e circuitos abertos quando bloqueados). 
▪ Em regime permanente a Corrente média no capacitor é 
nula e a tensão média no Indutor é nula.
Modo de Condução Contínua
MCC
▪ Etapas de Condução
Chave fechada: [t0; t1]
Chave Aberta [t1; t2]
ONt
Tempo de Chave fechada:
ontD
T
=
Razão cíclica
OFFt
Tempo de chave aberta
1
sf
T
=
Frequência de chaveamento
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Formas de onda no indutor
vL
iL
Vin
0
ton
T
t
t
Primeira Etapa: ton = DT
Imin
Imax
( ) (0) LL
Vdi
V L i t I t
dt L
= → = +
min( )
inVi t I t
L
= +
max min( )
in
on on
V
i t t I I t
L
 = = = +
max minI
in
on
V
i I t
L
 = − =
∆i
O ripple de corrente pode ser calculado 
conforme segue:
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Formas de onda no indutor
vL
iL
∆i
Vin 
0
-Vo
ton toff
T
t
t
Segunda Etapa: toff = D’T
Imin
Imax
( ) (0) LL
Vdi
V L i t I t
dt L
= → = +
max( )
OVi t I t
L
= −
min max( )
O
off
V
i t t I I t
L
= = = −
max min
O
off
V
i I I t
L
 = − =
off ont T t= −
O ripple de corrente pode ser calculado 
conforme segue:
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Formas de onda no indutor
vL
iL
∆i
Vin
0
-VO
ton toff
T
t
t
Imin
Imax
Primeira Etapa: ton = DT
Segunda Etapa: toff = D’T
max minI
in
on
V
i I t
L
 = − =
ILmed
max min
O
off
V
i I I t
L
 = − =
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Formas de onda no indutor
Primeira Etapa: ton = DT
Segunda Etapa: toff = D’T
' 1
o on
in off
V t D D
G
V t D D
= = = =
−
Ganho Estático
vL
iL
∆i
Vin
0
-VO
ton toff
T
t
t
Imin
Imax
ILmed
max minI
in
on
V
i I t
L
 = − =
Como o ripple é o mesmo para primeira e 
segunda etapa, as expressões podem ser 
igualadas conforme segue
in on O offV t V t=
max min
O
off
V
i I I t
L
 = − =
Cálculo do Indutor no MCC
A partir da Primeira Etapa: ton = DT
.
in inV DT V DL
i i fs
= =
 
max min( )
in
on on
V
i t t I I t
L
 = = = +
Onde:
T é o período de chaveamento;
fs é a frequência de chaveamento;
vL
iL
∆i
Vin
0
-VO
ton toff
T
t
t
Imin
Imax
ILmed
Formas de onda no capacitor
Primeira Etapa: ton = DT
Segunda Etapa: toff = D’T
Imax-IR
O
C R
V
i i
R
= − = −
Vomax
∆v
Vomin
C
dv
i C
dt
=
iC
vO
-IR
0
ton toff
T
t
t
Vo
O
C L R L
V
i i i i
R
= − = −
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Especificação do capacitor
t
C
dv V
i C C
dt t

= =

Na primeira etapa, a corrente do capacitor 
descarrega de forma constante, fornecendo 
energia para a carga, assim:
Assim:
Portanto, a capacitância é dada conforme:
OV DTC
R V
=

Imax-IR
Vomax
∆v
Vomin
C
dv
i C
dt
=
iC
vO
-IR
0
ton toff
T
t
t
Vo
i
( )min max
0
C R
on on
V V v
I I C C
t t
− 
= − = = −
−
Tensão e Corrente na Chave S
vS
Vin+VO
0
t
Primeira Etapa: ton = DT
Segunda Etapa: toff = D’T
iS
ton toff
T
t
Imin
Imax
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Corrente média e eficaz na 
Chave S
iS
ton toff
T
t
Imin
Imax
ILmed
Desprezando o ripple de chaveamento:
.Lmed on
Smed Lmed
I tÁrea
I I D
Período T
= = =
A corrente média na chave pode ser 
calculada conforme:
A corrente eficaz na chave pode ser calculada 
conforme:
( )
2
0
1 ont
Sef Lmed LmedI I dt I D
T
= =
Ou:
0
1 ont
Smed Lmed LmedI I dt I D
T
= =
No conversor Buck-Boost a corrente média 
no Indutor é igual a soma da corrente média 
de entrada com a de saída:
in O
Lmed in R
in O
P P
I I I
V V
= + = +
Tensão e Corrente no Diodo D
vS
-(Vin+VO)
0
t
Primeira Etapa: ton = DT
Segunda Etapa: toff = D’T
∆i
ton toff
T
t
Imin
Imax
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Vin
S
CL R
iL iR
iC
VO
+
- +
-
+
-
D
is
Corrente média e eficaz no 
Diodo D
ILmed
Desprezando o ripple de chaveamento:
.
'
Lmed off
Dmed Lmed
I tÁrea
I I D
Período T
= = =
A corrente média no diodo pode ser calculada 
conforme:
A corrente eficaz no diodo pode ser calculada 
conforme:
( )
2
0
1
'
offt
Def Lmed LmedI I dt I D
T
= =
Ou:
0
1
'
offt
Dmed Lmed LmedI I dt I D
T
= =
ton toff
T
t
Imin
Imax
No conversor Buck-Boost a corrente média 
no Indutor é igual a soma da corrente média 
de entrada com a de saída:
in O
Lmed in R
in O
P P
I I I
V V
= + = +
Exercício
Projetar o Conversor Buck-Boost, operando no modo de condução contínua, considerando
os seguintes especificações de projeto:
- Vin = 25V
- Vo = 50V
- f = 30kHz
- Po = 100W
- Máximo Ripple de corrente 10%
- Máximo Ripple de Tensão: 1%
Desenhar as principais formas de ondas.
Realizar simulação computacional e comparar resultados teóricos com os obtidos por
simulação.
Comparar os valores obtidos com o mesmo projeto realizado para o conversor Boost
Exercício
Projetar o Conversor Buck, operando no modo de condução contínua, considerando os
seguintes especificações de projeto:
- Vin = 25V
- Vo = 15V
- f = 20kHz
- Po = 30W
- Máximo Ripple de corrente 20%
- Máximo Ripple de Tensão: 5%
Desenhar as principais formas de ondas.
Realizar simulação computacional e comparar resultados teóricos com os obtidos por
simulação.
Comparar os valores obtidos com o mesmo projeto realizado para o conversor Buck.