Choppers DC e Inversor PWM

Choppers DC

Os Choppers são conversores DC-DC que possibilitam a obtenção de uma fonte de tensão DC variável através de uma fonte DC constante. Existem três tipos de choppers: Buck, Boost e Buck-Boost, sendo o primeiro, o objeto de estudo deste trabalho. Os dispositivos geralmente utilizados como interruptores para controle são os MOSFET’s, TBJ e GTO.  O chaveamento é feito por PWM (Modulação por Largura de Pulso).

Chopper Buck (Step Down)

Com o circuito Chopper Buck é obtida uma tensão de saída menor ou igual a tensão de entrada, por esse motivo também é chamado de conversor abaixador

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Funcionamento, componentes e aplicações do Chopper Buck

Em um primeiro instante quando a chave está fechada, o diodo passará para seu estado desligado, pois se encontrará inversamente polarizado. Nesse momento, a corrente irá aumentar de forma linear e passar pelo indutor e pela carga. A tensão de saída será a mesma da fonte.

Após a abertura da chave, a corrente no indutor começa a diminuir até chegar a zero. Com isso, a polaridade da tensão no mesmo inverte, e esse polariza o diodo diretamente, fazendo com que este passa a conduzir, servindo como caminho para retorno da corrente. Como a chave está fechada não há tensão e corrente na carga, sendo fornecida a esta, a energia armazenada pelo indutor. Como o controle é feito por PWM, os tempos ton e toff , será gerido conforme a necessidade.

No circuito mostrado acima, um MOSFET foi usado como chave, onde seu estado ligado e desligado é controlado por meio da aplicação ou não, de tensão na porta. Poderia ter sido usado também um BJT, onde o controle seria feita pela aplicação de corrente na base. O indutor e o diodo são usados para eliminar as pulsações de correntes e o indutor ainda serve como bateria quando do seu processo de descarga.

O capacitor é colocado em paralelo com a carga para conter possíveis ripples e harmônicas, formando um filtro para esse fim.

Existem diversas aplicação para os Choppers Buck, podem ser usados para controle de motores DC para tração elétrica; chaveamento de alimentação de potência; diminuir a tensão para uso de auto-rádios em caminhões; fontes de alimentação de funcionamento contínuo (UPS) e  regulação de tensão em computadores.

Inversores PWM Monofásico

Os inversores são circuitos que fazem a conversão de potência em corrente contínua para corrente alternada. Existem vários tipos de inversores, com vários tipos de modulação, sendo que será abordado neste trabalho o inversor monofásico com modulação PWM, que podem ser em ponte completa e em meia ponte.

No inversor de ponte completa, o chaveamento acontece em intervalos regulares a fim de que a tensão de saída seja variável. Para obter essa tensão de saída, varia-se a largura de pulso em cada ciclo de tensão.

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Funcionamento, componentes e aplicações do Inversor Monofásico com PWM

O circuito mostrado na seção anterior representa um inversor monofásico em ponte completa. O capacitor e o indutor funcionam como um filtro. Os transistores S1, S2, S3 e S4, fazem o chaveamento do circuito, por meio da aplicação ou não de corrente na base. Há uma alternância entre os estados ligado e desligado das chaves. S1 e S4 ficam ligados ao mesmo tempo, bem como seus respectivos diodos, que conduzem no estado ligado e não conduzem quando desligadas essas chaves. O mesmo ocorre com S2 e S3.