Conversores CC-CC alimentados em corrente

Diferentemente dos conversores alimentados em tensão, nos conversores CC- CC alimentados em corrente o indutor de ltro é disposto na entrada do circuito, de modo que a corrente de entrada seja mantida constante e o conversor opere como fonte de corrente. Esses conversores geralmente atuam como elevadores de tensão, apesar de poderem reduzir a tensão de entrada através da relação de transformação. As principais topologias de conversores alimentados em corrente são: conversor Push-Pull alimentado em corrente, conversor ponte-completa alimentado em corrente e conversor meia-ponte alimentado em corrente (LIU et al., 2011).

O conversor push-pull é apresentado na Figura 16, sendo constituído pelo in- dutor Lin, duas chaves S1 e S2, um reticador no secundário constituído por dois diodos,

D1 e D2, e um capacitor de saída Co. A operação desse conversor é dada em quatro etapas, sendo que os comandos das chaves S1 e S2 são defasados em metade do período.

Inicialmente, quando a chave S2 é ativada, o indutor Lin é carregado linearmente e se tem a energização da parte inferior do primário do transformador. Com isso o diodo

D2 é polarizado diretamente, reticando o sinal alternado e transferindo energia para o

capacitor de saída e para a carga. Na segunda etapa ambas as chaves estão desativadas e o capacitor Co fornece energia para a carga. Na próxima etapa a chave S1 é ativada,

e assim se tem a descarga do indutor de entrada e a energização da parte superior do primário do transformador, o diodo D1 entra em condução transferindo energia para Co e para a carga. Por m, novamente as duas chaves estão desativadas e Co transfere energia para a carga.

2.2 Conversores CC-CC aplicados a sistemas fotovoltaicos 38 Ro D1 D2 S2 + Vo - S1 Co Lin Cpv

Figura 16: Conversor push-pull alimentado em corrente.

Essa topologia apresenta um baixa ondulação na corrente de entrada, bem como possibilita um elevado ganho estático por meio da relação de transformação. Apesar disso, o conversor push-pull requer ltros capacitivos mais volumosos por apresentar maior ondulação na tensão de saída. Além disso, apresenta sobretensões elevadas nas chaves devido à indutância de dispersão do transformador, como os demais conversores isolados (KIM; KWON, 2009; Chen et al., 2014; Xu et al., 2018).

O conversor ponte-completa alimentado em corrente é apresentado na Figura 17. Em relação ao funcionamento desse conversor, o comando dos pares de chaves S1-S4 é

defasado em metade do período em relação ao par S2-S3. Inicialmente, as quatro chaves

do conversor são ativadas, carregando o indutor Lin. Após essa etapa, denominada etapa boost, S2 e S3 são desativadas e o primário do transformador é energizado, assim os dio-

dos D1 e D4 entram em condução e transferem energia para a Co e para carga. Devido a defasagem de 180º, novamente as quatro chaves entram em condução, se tendo a carga do indutor, e então S1 e S4 são então desativadas e o par D2-D3 conduzem corrente para

a carga e para o capacitor Co.

Ro D1 D2 S4 1:n + Vo - S1 S3 S2 D4 D3 Co Lin Cpv

2.2 Conversores CC-CC aplicados a sistemas fotovoltaicos 39

Essa topologia também apresenta baixa ondulação na corrente de entrada, de- vido à redução do ripple proporcionado pelo acionamento defasado em metade do período dos pares de chaves, além de não apresentar problemas relacionados ao desbalanço de uxo no transformador. Entre algumas desvantagens dessa topologia têm-se: quantidade relativamente elevada de semicondutores, necessidade de circuitos de bootstrap para as chaves superiores ou fontes isoladas, sobretensões elevadas nas chaves ocasionadas pela energia armazenada na indutância de dispersão do transformador (Adib; Farzanehfard, 2009; R; RATHORE, 2013; Bal et al., 2016).

O conversor ponte completa foi aplicada por Chen et al. (2008) operando com Zero-Current Switching (ZCS) por meio da capacitância e indutância parasita do trans- formador. Para esse circuito obteve-se um rendimento de 92%. Em R e Rathore (2013), esta topologia foi utilizada visando a aplicação em células à combustível, aplicou-se um circuito auxiliar para a comutação em ZVS e, com isso, foi atingido um rendimento de 94%.

Outra topologia para processamento de energia com elevado ganho estático é o conversor meia-ponte alimentado em corrente, o qual é apresentado na Figura 18.

Ro C1 C2 D1 D2 S1 S2 L1 L2 1:n + Vo - Cpv

Figura 18: Conversor meia-ponte alimentado em corrente com dobrador de tensão na saída.

Em relação ao funcionamento dessa topologia, inicialmente as chaves S1 e S2

são ativadas e os capacitores fornecem energia para a carga. S2 é desativada, então o

transformador é energizado e a energia armazenada no indutor L2 é transferida para a

saída por meio da condução do diodo D2, também carregado o capacitor C2. Novamente

S2 é ativada, o diodo D2 entra em bloqueio e os capacitores fornecem energia para a

2.2 Conversores CC-CC aplicados a sistemas fotovoltaicos 40

transferindo energia para a carga. A operação do conversor naliza quando S1 é ativada

novamente.

Comparado ao conversor ponte-completa alimentado em corrente, o indutor de entrada é substituído por dois indutores e se tem a redução do número de chaves semicondutoras pela metade, o que agrega menor custo de implementação, volume e não demanda fontes isoladas ou circuitos para bootstrap. Além disso, as indutâncias de L1e L2

são iguais e, com isso, a corrente nesses elementos é igual à metade da corrente de entrada, se tendo dois indutores de menor volume ao invés de um único indutor mais volumoso, como no caso do conversor em ponte-completa. As chaves são acionadas com mesma razão cíclica (maior que 0,5) com uma defasagem de metade do período de chaveamento entre ambas, o que proporciona a redução do ripple na corrente de entrada (TESTON, 2016).

Apesar das vantagens proporcionadas pelo transformador, o conversor meia- ponte, assim como o ponte-completa e o push-pull, apresenta graves problemas vinculados aos efeitos da indutância de dispersão presente na implementação física do transformador. Quando uma das chaves do conversor é desativada para a transferência de energia para o secundário, o transformador não assume instantaneamente a energia acumulada, não se tendo caminho para a corrente armazenada na indutância de dispersão. Desse modo, essa energia acumulada é descarregada sobre a chave que foi desativada, gerando sobretensões que podem deteriorar o semicondutor ou reduzir sua vida útil, resultando em maior ruído, interferência eletromagnética e perdas de potência no circuito (Hong Mao et al., 2005; Wu et al., 2018).

De modo a amenizar os picos de tensão nas chaves geradas pela indutância de dispersão do transformador são aplicados snubbers, os quais podem ser passivos ou ativos. Os circuitos passivos são de simples implementação e baixo custo, entretanto na maior parte das vezes degradam o rendimento do conversor. Por outro lado, os snubbers ativos/regenerativos, muitas vezes denominados circuitos auxiliares, embora possuam ope- ração complexa em relação aos passivos, possibilitam que o rendimento do conversor não seja afetado signicativamente, uma vez que além de grampear a tensão nas chaves po- dem promover a comutação ZVS e/ou Zero-Current Switching (ZCS) (HAN et al., 2005; ZHAN et al., 2016; Moraes et al., 2018).

Na literatura, alguns snubbers são propostos para o conversor CFHB. Em Zhan et al. (2016) é apresentado um circuito passivo, o qual é composto por três diodos, dois indutores e dois capacitores. A aplicação desse circuito promove a redução das