Dual Active Half Bridge – DAHB

Este conversor é estudado em [4] e é utilizado na interface entre os diversos barramentos CC em veículos elétricos híbridos e veículos à célula combustível.

2.2.4.1 Topologia

A topologia do conversor Dual Active Half Bridge é mostrada na Figura 2-15.

Figura 2-15 - Conversor Dual Active Half Bridge.

O conversor mostrado na Figura 2-15 pode ser representado com o lado “B” referido ao lado “A” conforme mostra a Figura 2-16.

Figura 2-16 - Conversor Dual Active Half Bridge bidirecional com o lado “B” referido ao lado “A”.

Entre a Figura 2-15 e a Figura 2-16 verificam-se as relações dadas pelas equações (2-4), (2-5) e (2-6). ' L tB L tB v v a  (2-4) ' B B V V a  (2-5) ' B B i ai (2-6)

Para simplificar a análise do funcionamento, o circuito da Figura 2-16 pode ser representado conforme mostra a Figura 2-17.

Figura 2-17 - Circuito simplificado para análise do conversor DAHB.

2.2.4.2 Etapas de Operação

A Figura 2-18 mostra as seis etapas de operação do conversor Dual Active Half Bridge bidirecional considerando o fluxo de energia do lado “A” para o lado “B”.

1ª Etapa (t0, t1) - Figura 2-18a

Nesta etapa a corrente circula pelos diodos D1 e D3. A corrente na

indutância (iLr) está partindo de um valor inicial definido de -I2 e

decrescendo até zero.

Esta etapa termina quando iLr = 0 e os diodos são bloqueados.

2ª Etapa (t1, t2) - Figura 2-18b

No instante t1 a corrente iLr inverte o sentido, os diodos D1 e D3 são

bloqueados e os interruptores S1 e S3 entram em condução porque já

estavam comandados na etapa anterior. A corrente iLr agora cresce de

Figura 2-18 - Etapas de operação do conversor Dual Active Half Bridge. 3ª Etapa (t2, t3) - Figura 2-18c

No instante t2 o interruptor S3 é comandado a bloquear e o

interruptor S4 é comandado a conduzir. Contudo, este último, não entra

em condução devido ao sentido da corrente iLr, que força o diodo D4 a

entrar em condução. No início desta etapa, o ângulo de condução, contando desde a origem dos tempos, é igual ao ângulo de defasagem entre as tensões, ou seja,   . Assim, a corrente iLr assume o valor

iLr(ϕ).

Durante esta etapa a corrente iLr varia de I1 até I2 de maneira mais

4ª Etapa (t3, t4) - Figura 2-18d

No instante t3 o interruptor S2 é comandado a conduzir, mas devido

ao sentido da corrente iLr, o diodo D2 que entra em condução.

Inicialmente a corrente iLr tem valor iLr(π) e portanto o ângulo de

condução é .

Durante esta etapa há somente diodos conduzindo e as duas pontes encontram-se em roda livre.

A corrente iLr decresce de I2 à zero.

5ª Etapa (t4, t5) - Figura 2-18e

No instante t4 os diodos são bloqueados e os interruptores S2 e S4

entram em condução.

A corrente iLr cresce em módulo de zero à –I1.

6ª Etapa (t5, Ts) - Figura 2-18f

No instante t5 o diodo D3 entra em condução devido ao sentido da

corrente iLr que neste instante possui valor iLr(π+ϕ)=-iLr(ϕ).

A corrente iLr varia de –I1 à –I2 de maneira mais suave.

2.2.4.3 Formas de Onda

As formas de onda do conversor Dual Active Half Bridge são apresentadas na Figura 2-19.

2.2.4.4 Ganho Estático

O ganho estático do conversor Dual Active Half Bridge é dado pela equação (2-7). 1 4 B B A s r V R q V a f L      _   _   (2-7)

Figura 2-19 - Formas de onda do conversor Dual Active Half Bridge. 2.2.5 Dual Active Bridge – DAB

Este conversor foi inicialmente apresentado em [5] e estudado com mais detalhes em [6] incluindo comutação suave.

O conversor DAB foi proposto como uma alternativa para conversão CC-CC com alta potência e também é estudado em [7] e [8].

Algumas aplicações deste conversor incluem transformadores de estado sólido, redes inteligentes e veículos elétricos híbridos.

2.2.5.1 Topologia

A topologia do conversor Dual Active Bridge é mostrada na Figura 2-20.

Figura 2-20 - Conversor Dual Active Bridge.

O conversor mostrado na Figura 2-20 pode ser representado com o lado “B” referido ao lado “A” conforme mostra a Figura 2-21.

Figura 2-21 - Conversor Dual Active Bridge com o lado “B” referido ao lado “A”.

As grandezas referidas ao lado “A” na Figura 2-21 relacionam-se com as grandezas não referidas da Figura 2-20 através das equações (2-8), (2-9) e (2-10). ' LtB LtB v v a  (2-8) ' B B V V a  (2-9) ' B B i ai (2-10)

2.2.5.2 Etapas de Operação

A Figura 2-22 mostra as seis etapas de operação do conversor Dual Active Bridge considerando o fluxo de energia do lado “A” para o lado “B”.

Figura 2-22 - Etapas de operação do conversor Dual Active Bridge. 1ª Etapa (t0, t1) - Figura 2-22a

Nesta etapa a corrente circula pelos diodos D1, D4, D6 e D7. A

corrente na indutância (iLr) está partindo de um valor inicial definido de

-I2 e decrescendo em módulo até zero.

2ª Etapa (t1, t2) - Figura 2-22b

No instante t1 os diodos são bloqueados e os interruptores S1, S4, S6

e S7 entram em condução porque já estavam comandados na etapa

anterior. A corrente iLr agora cresce de zero a I1.

3ª Etapa (t2, t3) - Figura 2-22c

No instante t2 os interruptores S6 e S7 são comandados a bloquear e

os interruptores S5 e S8 são comandados a conduzir. Contudo, estes

últimos, não entram em condução devido ao sentido da corrente iLr, que

força os diodos D5 e D8 a entrarem em condução. No início desta etapa,

o ângulo de condução, contando desde a origem dos tempos, é igual ao ângulo de defasagem entre as tensões, ou seja,   . Assim, a corrente iLr assume o valor iLr(ϕ).

Durante esta etapa a corrente iLr varia de I1 até I2 de maneira mais

suave.

4ª Etapa (t3, t4) - Figura 2-22d

No instante t3 os interruptores S1 e S4 são bloqueados e os

interruptores S2 e S3 são comandados a conduzir, mas devido ao sentido

da corrente iLr, os diodos D2 e D3 que entram em condução. Inicialmente

a corrente iLr tem valor iLr(π) e portanto o ângulo de condução é .

Durante esta etapa há somente diodos conduzindo. 5ª Etapa (t4, t5) - Figura 2-22e

No instante t4 os diodos são bloqueados e os interruptores S2, S3, S5

e S8 entram em condução.

A corrente iLr cresce em módulo de zero à –I1.

6ª Etapa (t5, Ts) - Figura 2-22f

No instante t5 os diodos D6 e D7 entram em condução devido ao

sentido da corrente iLr que neste instante possui valor iLr(π+ϕ)=-iLr(ϕ).

A corrente iLr varia de –I1 à –I2 de maneira mais suave.

2.2.5.3 Formas de Onda

As principais formas de onda do conversor Dual Active Bridge são apresentadas na Figura 2-23.

Figura 2-23 – Principais formas de onda do conversor Dual Active Bridge. 2.2.5.4 Ganho Estático

O ganho estático do conversor Dual Active Bridge é dado pela equação (2-11). 1 2 B B A s r V R q V a f L      _   _   (2-11)

2.3 CONVERSORES ASSIMÉTRICOS COM MAGNETIZAÇÃO/