Apresentou-se neste capítulo uma contextualização sobre a operação bidirecional dos conversores clássicos e uma comparação entre seus ganhos estáticos. Além disso, discutiu-se sobre algumas técnicas que podem ser aplicadas a estes e outros conversores para alcançar um ganho estático superior, relatando as principais características de algumas topologias bidirecionais de elevado ganho propostas pela academia.
Ao se tratar das topologias clássicas, observou-se a limitação para se obter um ganho estático máximo igual a 5 vezes. Além do que, ao se discutir sobre as técnicas que podem ser aplicadas aos conversores não isolados para se obter um ganho estático superior, verificou-se um número grande de conversores unidirecionais já apresentados. Mas, por outro lado, percebeu-se um número mais restrito de topologias bidirecionais de elevado ganho. Dependo da técnica que se deseja utilizar, o número de interruptores totalmente controlados pode ser elevado, dificultando a implementação, aumentando a complexidade e o custo do conversor.
Nesse sentido e pela crescente demanda das aplicações de topologias bidirecionais, o estudo desse grupo de conversores é de grande relevância. A proposta de alternativas para obtenção de uma comutação não dissipativa aos conversores, topologias modificadas e outras formas para se chegar a topologias com essas características precisam ser investigadas.
Com o propósito de complementar o estudo e comparar os conversores propostos com os conversores bidirecionais já apresentadas na literatura, está mostrado no capítulo 5 uma comparação mais detalhada dessas topologias.
Por fim, outros conversores que possuem as mesmas características das topologias analisadas e têm um número menor ou igual a quatro interruptores foram propostas por Ardi et al, (2016), Pham et al, (2012), Rathore, Patil, & Srinivasan (2016), Wu et al, (2016) e L. S. Yang & Liang (2012). Quando se trata de um número maior de interruptores, tem-se os conversores propostos por Jang, Choi, & Agelidis (2016), Lai et al, (2016), Mazza et al, (2015) e Pham et al, (2012).
Além disso, pode-se encontrar outras topologias tanto unidirecionais quanto bidirecionais nos artigos de revisão de Forouzesh et al, (2017), Li & He (2011), Lüthje
et al, (2017) e de Paula et al, (2015). Estes também explanam sobre as aplicações e
3 CONVERSOR PROPOSTO I – SEPIC MODIFICADO BIDIRECIONAL
Apresenta-se, nesse capítulo, a primeira topologia proposta neste trabalho de um conversor CC-CC de elevado ganho. Esta topologia tem possibilidade de operação bidirecional e é baseada no conversor SEPIC. O estudo da topologia proposta está apresentado na sequência, o qual inicia pelo princípio de operação do conversor e é finalizado com os resultados experimentais obtidos em laboratório.
Apresentam-se as etapas de operação e as formas de ondas para os dois modos de operação – elevador e abaixador – juntamente com a análise matemática para o projeto da topologia. Além disso, são mostrados os resultados obtidos por meio da simulação numérica, os quais serão utilizados para a validação da análise teórica que também é mostrada.
Na sequência da apresentação do conversor, expõe-se sobre a proposta de um snubber passivo não dissipativo de corrente, o qual é aplicado à topologia. Descreve-se seu funcionamento, as etapas de operação do conversor com o snubber para os dois sentidos e, além disso, comenta-se sobre os benefícios que este traz ao funcionamento da estrutura. Por fim, expressam-se os comentários acerca dos resultados experimentais obtidos em laboratório.
3.1 INTRODUÇÃO
A primeira topologia abordada neste trabalho trata-se de uma proposta de operação bidirecional para o conversor apresentado por De Melo et al. (2010). A topologia dos autores não utiliza uma técnica, propriamente dita, para atingir o elevado ganho estático, mas sim, conta com a inclusão de um diodo e um capacitor, arranjados na estrutura do conversor CC-CC SEPIC convencional, os quais propiciam tal característica. Nomeada de SEPIC modificado, os autores mostraram que a topologia se apresenta como uma boa opção de um conversor unidirecional de elevado ganho, a qual está apresentada na Figura 15.
O conversor SEPIC modificado traz algumas vantagens se comparado à topologia do conversor clássico proposto por Massey, R.; Snyder (1977). Dentre essas vantagens, pode-se destacar a obtenção de um ganho estático superior, entre a entrada e a saída, o qual é obtido por meio da inclusão de um capacitor C e o diodo 2
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D . Estes, além de permitir o elevado ganho, contribuem, significativamente, para a
redução dos esforços de tensão sobre os semicondutores de potência da topologia. Com isso, permite-se o emprego de semicondutores com tensão inferior, que permite a redução das perdas do conversor.
Figura 15 – Conversor CC-CC SEPIC modificado proposto por (De Melo et al., 2010).
R L2 L1 S + V2 − V1 D2 D1 C1 C2 C3
Fonte: Adaptado de (De Melo et al., 2010).
Substituindo os diodos D e 1 D da topologia proposta por De Melo et al. 2
(2010), a qual está apresentada na Figura 15, por interruptores totalmente controlados, chega-se a primeira topologia que será estudada neste trabalho. Esta encontra-se representada na Figura 16 e tem a possibilidade de operação bidirecional.
Figura 16 – Primeira topologia proposta: conversor SEPIC Modificado bidirecional.
L2 L1 S1 V2 V1 C1 C2 S2 S3
Fonte: Autoria Própria.
A topologia bidirecional proposta tem um número maior de interruptores e, consequentemente, demanda um circuito de comando mais complexo do que a topologia unidirecional. Porém, por outro lado, ao se comparar com os conversores CC-CC bidirecionais de elevado ganho mostrados e discutidos no capítulo II, o emprego de três interruptores totalmente controlados em conversores que têm essas características, demostra ser um número reduzido para um conversor bidirecional com alta taxa de conversão. Além de que, a operação bidirecional de um conversor permite utilizá-lo em uma abrangência maior de aplicações. Destaca-se que as propriedades
do conversor unidirecional são mantidas e a partir deste ponto, apresenta-se o desenvolvimento do conversor bidirecional proposto.