2.7 CONVERSOR HALF-BRIDGE ALIMENTADO EM CORRENTE
As t ´ecnicas discutidas at ´e ent ˜ao, fazem uso de componentes eletr ˆonicos ativos e passivos para obter elevado ganho de tens ˜ao, de modo que estas t ´ecnicas de elevac¸ ˜ao n ˜ao utilizam transformador. Por outro lado, uma maneira simples de se obter grande elevac¸ ˜ao de tens ˜ao ´e empregando transformadores que permitem ajustar os n´ıveis de tens ˜ao por meio da relac¸ ˜ao de espiras. Essa t ´ecnica fornece isolac¸ ˜ao galv ˆanica entre a entrada e a sa´ıda do conversor.
Na literatura podem ser encontradas v ´arias topologias de conversores CC- CC isolados tais como: Forward, Flyback, C ´uk isolado, SEPIC isolado e ZETA isolado
(DREHER, 2012). Neste trabalho s ˜ao focadas as topologias de conversores Half-Bridge
- meia ponte alimentados em corrente.
A Figura 8 apresenta a estrutura b ´asica do conversor CFHB (Current-Fed Half-Bridge - Meia - Ponte Alimentado em Corrente) com retificador de onda completa na sa´ıda, conforme (Yungtaek Jang; Jovanovic, 2002).
Figura 8: Conversor Half-Bridge alimentado em corrente.
A topologia CFHB foi derivada pelo princ´ıpio da dualidade atrav ´es da to- pologia Meia-Ponte Alimentada em Tens ˜ao, que possui dois indutores L1 e L2 para aumentar a capacidade de pot ˆencia e confiabilidade (Wolfs, 1993). Essa topologia tamb ´em pode ser vista como a vers ˜ao isolada do conversor boost intercalado, onde o transformador ´e inserido entre os indutores e as chaves semicondutoras.
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O grande problema dos conversores isolados ´e a inserc¸ ˜ao de elementos pa- rasitas (n ˜ao-idealidades) do transformador, tais como: capacit ˆancia entre enrolamen- tos, capacit ˆancia entre espiras, indut ˆancia de dispers ˜ao, etc. Os resultados causados s ˜ao picos de tens ˜ao nos semicondutores, altas perdas e interfer ˆencia eletromagn ´etica conduzida e irradiada (ARIVAZHAGAN; PRAKASH, 2011).
Para contornar esse problema s ˜ao inseridos circuitos auxiliares (snubber ) do tipo passivo ou ativo. Existem v ´arias possibilidades de circuitos snubber, mas isso causa alterac¸ ˜ao no funcionamento do conversor e, consequentemente, maiores custos e alterac¸ ˜ao em sua efici ˆencia.
O circuito da Figura 8 foi modificado e analisado em detalhes por (HAN et al., 2005) e designou a essa nova topologia a sigla ACCFHB (Active-Clamped Current-Fed Half-Bridge - Meia-Ponte Alimentado em Corrente com Grampeamento Ativo), devido ao circuito grampeado adicionado na topologia CFHB. Na Figura 9 ´e apresentado o conversor ACCFHB.
Figura 9: Conversor ACCFHB com o capacitor de grampeamento conectado ao n ´o positivo.
A topologia ACCFHB com capacitor de grampeamento ativo conectado ao n ´o positivo e com retificador de onda completa foi analisada e implementada por Rathore et al. (2007), onde o conversor est ´a operando com a tens ˜ao de entrada Vinde 22 V e 41 V e a pot ˆencia de sa´ıda Po de 200 W. A efici ˆencia medida em plena carga foi de 92% e 93%, respectivamente.
O circuito de grampeamento ´e composto por duas chaves auxiliares Sa1 e Sa2 e o capacitor Ca. As chaves auxiliares s ˜ao comutadas por ZVS (Zero-Voltage- Switching - Comutac¸ ˜ao em Zero de Tens ˜ao) em toda a faixa de operac¸ ˜ao do conver- sor. Por outro lado, as chaves principais S1 e S2 utilizam a energia armazenada na
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indut ˆancia de dispers ˜ao do transformador (HF-TR) para operar em ZVS, ou seja, a condic¸ ˜ao ZVS apresenta uma faixa limitada e impacta diretamente na efici ˆencia do conversor.
De acordo com Rathore et al. (2009), a limitac¸ ˜ao pode ser resolvida atrav ´es de uma pequena modificac¸ ˜ao na topologia do conversor ACCFHB da Figura 9. Basi- camente, ´e inserido um indutor Lp em paralelo com o transformador nos pontos c e d, conforme mostra a Figura 10.
Figura 10: Conversor ACCFHB modificado com o capacitor de grampeamento conectado ao
n ´o positivo.
Nesse trabalho o autor analisa de forma detalhada o conversor proposto na Figura 10, onde todas as chaves semicondutoras est ˜ao operando em ZVS nas condic¸ ˜oes de carga leve e a plena carga com ampla variac¸ ˜ao de tens ˜ao. No entanto, para atingir ZVS em carga leve, a relac¸ ˜ao L0p/Ls deve ser menor. A indut ˆancia L0p ´e a indut ˆancia em paralelo com o enrolamento secund ´ario do transformador refletida ao prim ´ario. Consequentemente, os valores de pico e eficaz da corrente nas chaves aumentam, o que implica em maiores perdas, reduzindo a efici ˆencia do conversor. Para satisfazer as condic¸ ˜oes de carga leve e plena carga, a relac¸ ˜ao de transformac¸ ˜ao n deve ser ajustada. Quando n for igual a 3,5, a indut ˆancia Ls ´e menor e reduz o intervalo de ZVS. Para n igual a 4,5, a indut ˆancia Ls ´e maior e, consequentemente, aumenta o intervalo de ZVS, mas a regulac¸ ˜ao de tens ˜ao de sa´ıda para carga leve torna-se mais dif´ıcil.
Por outro lado, ´e poss´ıvel obter a regulac¸ ˜ao de tens ˜ao de sa´ıda para uma carga leve em uma ampla variac¸ ˜ao da tens ˜ao de entrada. Para isso, n dever ´a ser igual a 4 e a indut ˆancia Ls apresenta um valor intermedi ´ario. O valor eficaz da corrente
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reduz `a medida que a relac¸ ˜ao L0
p/Lsaumenta, sendo que o caso abordado pelo autor essa relac¸ ˜ao ´e maior ou igual a 25. Assim, a comutac¸ ˜ao por ZVS ocorre at ´e atingir 12% da carga nominal e os diodos retificadores de sa´ıda operam com ZVS.
Apesar das vantagens citadas em relac¸ ˜ao `a ampla variac¸ ˜ao de carga que o conversor pode operar com as chaves semicondutoras operando em ZVS, o conversor ACCFHB apresentado na Figura 10 torna-se volumoso devido a inclus ˜ao do indutor Lp. Outra informac¸ ˜ao importante que pode ser extra´ıda da topologia ´e em relac¸ ˜ao `a conex ˜ao do capacitor de grampeamento Ca ao n ´o positivo, que por sua vez, influencia diretamente na corrente de entrada do conversor, ou seja, a parcela iCa ´e somada na ondulac¸ ˜ao da corrente de entrada. Essa conex ˜ao foi analisada de forma detalhada por Teston et al. (2015b) e o autor prop ˜oe que a conex ˜ao do capacitor seja realizada ao n ´o negativo para aplicac¸ ˜oes fotovoltaicas.
Em Teston et al. (2015a), o conversor ACCFHB ´e analisado de forma deta- lhada para duas configurac¸ ˜oes: (a) a primeira consiste na topologia apresentada na Figura 9, mas com o capacitor de grampeamento Ca conectado ao n ´o negativo entre os pontos e e f, (b) o conversor ACCFHB mostrado na Figura 9 ´e utilizado como base, mas as alterac¸ ˜oes s ˜ao realizadas no lado do enrolamento secund ´ario e na conex ˜ao do capacitor de grampeamento ao n ´o negativo. Basicamente ´e substitu´ıdo o retificador de onda completa que ´e constitu´ıdo pelos diodos (Dr1− Dr4) e o capacitor de filtro Co por um circuito dobrador de tens ˜ao, formado pelos diodos (Dr1)e (Dr2) e os capacitores Co1 e Co2, conforme mostra a Figura 11.
Figura 11: Conversor ACCFHB modificado com o capacitor de grampeamento conectado ao