Essa dissertação apresenta a modelagem completa de conversores CC-CC Buck-boost de topologia Zeta assíncrono e síncrono em que as perdas ôhmicas de todos os componentes são incluídas no modelo analítico. Logo, a partir da obtenção do equacionamento em espaço de estados, o modelo dinâmico é calculado e comparado à simulação. Assim, para analisar o impacto das perdas no circuito foi utilizado como base uma série de requerimentos obtidas via o estudo dos componentes disponíveis no mercado e o estado-da-arte em termos de ganho, eficiência, regulação de tensão, dentre outros parâmetros de conversores CC-CC de alta eficiência e que operam com níveis de tensão menores que 5V. A partir da inclusão de perdas no circuito que está sendo avaliado, é possível analisar e definir as estratégias de projeto com base no ponto de operação (POL, do inglês Point-of-Load) do dispositivo eletrônico. Nesse ponto de operação é possível projetar o conversor de forma a maximizar a eficiência do circuito na aplicação final. A visão sistêmica permite determinar a relação entre ganho e eficiência, que se denomina como a assinatura de operação do conversor. A partir dessa assinatura, é possível concluir que a análise do impacto das perdas nominais dos componentes do dispositivo sobre o ganho estático e a eficiência contemplam parte essencial do projeto de um conversor CC-CC e que a análise sistêmica é indispensável para a obtenção do desempenho ótimo da aplicação. Nesse contexto, primeiramente é apresentado um conversor de topologia Zeta assíncrono e realizado uma análise dos parâmetros deste circuito frente aos pré-requisitos alvo. Após estimar as perdas dos componentes de forma segregada, é definida, assertivamente, a estratégia de projeto visando a aumentar a eficiência do circuito ao torná-lo síncrono. Por fim, é apresentada uma técnica que contribui com a definição da estrutura de um módulo de potência (composto por um gerador, um conversor CC-CC e uma carga resistiva), dos componentes apropriados e da região de operação (POL) de mais alta eficiência a partir da assinatura de eficiência e ganho do conversor, contemplando os requisitos mínimos de uma aplicação específica, usualmente encontrada em SMPS de dispositivos móveis alimentados por meio de fontes alternativas de energia.

This thesis presents a complete modeling technique of unidrectional and bidirectional Zeta buck-boost converters in which the ohmic losses of all components are included into the analytical model. Therefore, from the state-space equations, the dynamic model is compared to the simulation. Thus, to analyze the impact of the losses in the circuit perfomance, a series of requirements, obtained from the components available in the market and state-of-art technology, were used to evaluate the gain, efficiency, voltage regulation, among other parameters of high efficiency DC-DC converters operating at a voltage range lower than 5V. Including the intrisic losses onto the static gain and efficiency analyses, it is possible to define the circuitry design strategies based on the converter point-of-load (POL). Thus the designer can maximize the converter efficiency. The sistemic vision allows a better understanding of the relationship between gain and efficiency, which can be denominated as the converter signature. From this information, it is possible to conclude the losses impact investigation is an essential procedure during a DC-DC converter design and the understanding of the whole circuit is necessary to achieve the best performance of the electronic device. In this dissertation, an unidirectional Zeta topology converter is presented as well as the respective parameters regarding the pre-defined target are raised. After estimating the losses, individually to each component, we defined assertively the strategy to increase the converter overall performance making it bidirectional to increase its efficiency significantly. Concluding we understand how the converter signature can enhance the whole design process of a switched-mode power supply (SMPS) application by choosing the proper components and the structure (composed of a power-supply, a DC-DC converter and a load) to fulfill the minimum performance requirements, adding value to the applications which are mainly used in mobile devices using alternative energy sources.