Choppers abaixadores-elevadores II

Quando a chave Q é fechada, o diodo D não conduz e há transferência de energia da fonte para o indutor e a carga é alimentada pelo capacitor. Já quando a chave é aberta, o diodo passa a conduzir garantindo a continuidade da corrente no indutor, o qual passa a alimentar tanto o capacitor quanto a carga. As formas de onda da corrente no diodo, da corrente no indutor e da tensão de saída do Buck-boost são mostradas na Figura 12 para o modo contínuo de operação.

No regulador Bock-Boost o ganho estático é dado pela Equação 3, lembrando que a polaridade da tensão de saída é oposta à da tensão de entrada.

$$ \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{D}{1 - D} \ \ \ \ (3) $$

É na Equação 3 que está a chave do funcionamento do conversor Buck-boost. Nessa perspectiva, controlando o ciclo de trabalho D podemos ter uma relação diferente para as tensões de entrada e saída. A Figura 13 mostra o gráfico do ganho estático em função da variação de D.

A Figura 13 retrata o quanto o ganho estático varia em função do ciclo de trabalho. Note que, no gráfico, à medida que o ciclo de trabalho aumenta, a relação entre a tensão de saída e a de entrada também aumenta. Para ciclos de trabalho até 0,5, o ganho estático assume valores abaixo de 1, ou seja:

$$ \frac{V_{out}}{V_{in}} < 1 \rightarrow V_{out} < V_{in} $$

Já para valores de ciclo de trabalho superior a 0,5, o ganho estático passa a apresentar valores superiores a 1:

$$ \frac{V_{out}}{V_{in}} > 1 \rightarrow V_{out} > V_{in} $$

Dessa forma, a escolha do ciclo de trabalho é essencial para a determinação de como o conversor trabalhará, se elevando ou abaixando a tensão.

Outra topologia conhecida para um conversor capaz de abaixar e elevar uma tensão é o Conversor Cúk, que é um conversor à acumulação capacitiva e tem a sua topologia mostrada na Figura 14 com uma carga resistiva.

Como no conversor Buck-boost, a tensão de saída do Cúk também tem a polaridade invertida em relação à tensão de entrada Vin. Ele apresenta uma configuração com um indutor e um capacitor a mais que o Buck-boost.

A Figura 15 mostra o conversor Cúk quando a chave está aberta e fechada.

Quando a chave Q está fechada, a corrente nos dois indutores cresce, ou seja, eles estão armazenando energia. O indutor L1 recebe energia da fonte de alimentação e o L2 do capacitor C1, que também fornece energia para a saída. Esses dois indutores possibilitam a regulação de corrente tanto do lado da carga quanto do lado da fonte.

Já quando a chave Q está aberta, o capacitor C1 acumula energia fornecida pelo indutor L1 e a energia armazenada no indutor L2 fornece energia para a carga. Quanto às formas de onda da tensão no diodo, da corrente no indutor e da tensão de saída do Cúk, são mostradas na Figura 16 para o modo contínuo de operação.

O ganho estático do regulador Cúk é igual ao ganho do regulador Buck-boost, dado pela Equação 3, lembrando que a polaridade da tensão de saída também é oposta à da tensão de entrada.