Tensão
de
Entrada
e
Alta Potência
RDissertação
submetida
à
Universidade
Federal
de
Santa Catarina
como
parte
dos
requisitos
para a
obtenção
do
grau de
Mestre
em
Engenharia
Elétrica.UNIVERSIDADE
FEDERAL
IDE
SANTA
CATARINA
A1PROGRAMA
DE
POS-GRADUAÇAO
A
EM
ENGENHARIA
ELÉTRICA
DENISE
GERARDI
Entrada
e
Alta Potência
.Denise Gerardi
'Esta Dissertação
foijulgada
adequada
para
obtenção
do
Título
de Mestre
em
Engenharia
Elétrica,Área
de
Concentração
em
Eletrônicade
Potência,e
aprovada
em
sua
forma
finalpelo
Programa
de Pós-Graduação
em
Engenharia
Elétricada
Universidade
Federal
de
Santa
Catarina.' "Ivo Barbi, Dr. Ing.
Orientador
\
I -ø
Edson
rtode
Pieri, Dr.Coordenador
do Programa
de
P
s-Graduação
em
Engenharia
ElétricaBanca
Examinadora:
/øwf
Ivo
Barbi, Dr. Ing.Presidente
Alexandre
Ferraride
Souza,
Dr.E '
Cruylvlartinóf Dr. `
DE
~~
Agora, ao
terminar,tudo
parece
comum
e fácil.Parar
e desistir éuma
opção. Entretanto,o
desafiodo
conhecimento
mantém
a vontade
de
conhecer
novos caminhos.
Conversor
CC-CC
para
Aplicações
com
Elevada
Tensão
de
Entrada
e
Alta
Potência
Denise
Gerardi
Março/
2002
Orientador: Ivo
Barbi,Dr.
Ing.Área
de
Concentração:
Eletrônica
de
Potência..Palavras-chave: células multiníveis,
comutação
suave, conversor
CC-CC,
grampeamento,
modulação
por
largura
de
pulso.
Número
de
Páginas: 134.
.A
RESUMO:
Este
trabalho descreve o
desenvolvimento
teórico e
a
implementação
prática
de
um
estágio
de
conversão
CC-CC
para
aplicações
com
elevada tensão
de
entrada
e
altapotência.
A
topologia
selecionada
foia
do
conversor
CC-CC
ZVS-
PWM
baseado
na
célula
multinível
de
tensão
com
ponto
neutro
grampeado
(NPC).
*Este
conversor apresenta
comutação
suave
dos semicondutores
ativos,opera
com
freqüência
fixae
modulação
por
largura
de
pulso, e aplica
metade da
tensão
de
entrada sobre
os interruptores.
A
estaestrutura
foiagregado o
retificador"Hybridge”
e
um
circuitopara
grampeamento
da
tensão sobre os
retificadoresde
saída,
com
o
intuitode
melhorar
a
eficiênciado
conversor.
O
conjunto
como
um
todo
foiestudado
e
a
análise teórica
permitiu
estabelecer
uma
metodologia
de
projeto
bem
definida.Os
resultados
experimentais
validam
os estudos
realizados,
mas também
revelam
que
várias
característicasdo
circuito,que
passam
desapercebidas
em
pequenas
potências,
são
de fundamental
importância
no
nível
de
potência
desejado.
DC-DC
Converter
for
High
Voltage
and
High Power
Applications
Denise
Gerardi
Marzzh/2002
Advisor: Ivo
Barbi,Dr.
IngL VArea
of
Concentration:
Power
Electronics. -Keywords:
multilevel
cells, softcommutation,
DC-DC
converter,
clamping
circuits,
pulse
width
modulation.
Number
ofPages:
134.ABSTRACT:
This
work
describes the
theoreticaldevelopment
andthe
practicalimplementation
of
a
DC-DC
converter
forhigh
voltage
and
high
power
applications.
The
selected
topology
isthe
DC-DC
ZVS-PWM
converter
based
on
the three level voltage cell
with
neutral pointclamped (NPC).
This converter presents
softcommutation
of the
activeswitches,
operates
with
fixed
frequency
and
pulse
width
modulation,
and
applies half
ofthe
input voltage
across the switches.
The
”Hybridge"
rectifierand
a
clamping
circuit toreduce
output diodes
over
voltages arebeing
introduced to the originalNPC
converter, in order toimprove
efficiency. _The whole
structure
was
analyzed,
which
allowed
establishing
a
well-defined
project
methodology.
The
experimental'
resultsvalidate the
theoretically studies,but
also
show
that
many
circuit characteristics,which
isnot
noticed
atlow
power,
are
very important
atthe
desired
power
level._
`
Introdução Geral
1.1Introdução
r 1.2Contexto
do
Projeto 1.3 Objetivosdo
Projeto 1.4 RequisitosDesejados
1.5Conclusão
Revisão
Bibliográfica . 2.1Introdução
2.2
Conversores
CC-CC
Isolados,de
Elevada
Tensão
de
Entrada
2.3
Associação
de
Células Multiuíveis deTensao
2.3.1
2.3.2
2.3.3
Conversor
CC~CC
ZVS-PWM
IsoladoBaseado na
Célula Multinívelde
Tensão
com
Ponto NeutroGrampeado (NPC)
Conversor
CC-CC
ZVS-PWM
IsoladoBaseado na
Célula Multinívelde
Tensão
com
Capacitor Flutuante(CF)
Conversor
CC~CC
ZVS-PWM
IsoladoBaseado na
Célula Multinívelde
Tensão
com
Capacitor FlutuanteModificado
(CFM)
2.4
Associação de Conversores
2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.5 Análise
Comparativa
2Conversor
CC-CC
ZVS-PWM
IsoladoBaseado
na Associaçãoem
Cascata de Conversores
Meia
Ponte(CMP)
Conversor
CC-CC
ZVS-PWM
IsoladoBaseado na
Associaçãoem
Série de Conversores
Meia
Ponte(SMP)
Conversor
CC CC
ZVS
IsoladoBaseado
na
Associaçao deConversores Ponte
Completa
2.6
Conclusao
Definição
da
Topologia
do
Estágio de Potência
3.1
Introdução
-3.2
Conversores
Selecionados3.3 Circuito
de
Grampeamento
da
Tensão
nosDiodos Retificadores
de-Saída_
3.4
Bloqueio
de
Componentes
Contínuas
deCorrente
no Transformador
Análise da
Topologia
do
Estágio
de Potência
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.4 4.7 4.8 _ 4.9 4.9.1 4.9.2 4.9.3 4.9.4 4.9.5 4.9.6 4.9.7 4.9.8 4.9.9Introduçao
Etapas de
Funcionamento
Características
do
Estágiode
PotênciaAnálise
da
Comutação
Retificador
e Filtrode
SaidaCapacitor de Bloqueio
Esforços nos
Componentes
Característica
de Saída
Relação de Transformação Etapas de
Funcionamento
Ondulação
de Corrente nos Indutoresdo
Filtro de Saída e naCarga
__Ondulação
deTensão no
Capacitordo
Filtro de SaídaCircuito
de
Grampeamento
da Tensão nos Diodos Retificadores
deSaída
_
Interruptores Principais
Diodos
Retificadores de SaídaDiodos
deGrampeamento
..
Diodos
deGrampeamento
daTensão
sobre osDiodos
de SaidaTransformador
Indutor Ressonante
Indutores de Saída Capacitor de Saída Capacitor de Bloqueio -
4.9.10 Capacitor de
Grampeamento
daTensão
sobre osDiodos
de Saída___
4.10Corrente
4.11Projeto
eDimensionamento
5.1Introdução
5.2Metodologia de
Projeto 5.3 Projeto 5.3.1 5.3.2Modelo
do Conversor
NPC-ZVS-PWM
para Controle
deTensão
eConclusão
Especificações
5.3.5 Esforços nos
Componentes
5.4
Dimensionamento
Físico dosComponentes
5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 5.4.5 Interruptores Principais
Diodos
Retificadores de SaídaDiodos
deGrampeamento
Transformador Indutor Ressonante 5.4.6 5.4.7 5.4.8 5.4.9Projeto e
Dimensionamento
do
Circuitode
Grampeamento
da
Tensão
sobre
osDiodos de Saída
Indutores de Saída Capacitores de
Comutação
Capacitor de SaídaH Capacitor de Bloqueio 5.5 5.5.1 Simulação 5.5.2Dimensionamento
5.6 5.7Rendimento
TeóricoProjeto e
Dimensionamento
do
Circuitode Controle
Modelo
do
ConversorNPC-ZVS-PWM
Modelo
do
Controlador 5.7.1 5.7.2 5.7.3 5.7.4 Controlador deTensão
Controlador de Corrente5.8 Projeto e
Dimensionamento
do
Circuitode
Comando
5.8.1 Circuito de
comando
UC35325A
5.8.2 Circuito lógico adicional
5.8.3 Circuito para isolamento e acionamento
5.9 Circuito
Completo
.5.9.1
Esquemático
e Lista deComponentes
5.10
Conclusão
'Resultados
Experimentais
-6.1
Introdução
6.2 Ajustes Práticos
6.3
Nova
Versao do
Conversor
6.4
Formas
de
Onda
Obtidas
em 13kW
69
69
69
71 72 72 78 8082
83 8484
86
88 _89 91 9192
94
97
100
100 104 106 111 111116
II
117
117
122
124
Conclusão
Geral
7.1
Introdução
7.2
Dificuldades Encontradas
e SoluçõesObtidas
7.3 _ Contribuições
do
Trabalho
Símbolos
utilizadosnos
equacionamentos:
simbolo
a
Ac
Acup
Acus
AP
Az
O°UUCb
CC1
'Cds
Cfz
Cgs
Ciz
CissCo
Coss
Crss
Css
Ct
d
. õD
D,
E1Def
defõeq
dio À dviA
AB
A¢
AllAIO
Significado _q VCoeficiente
de
perdas
do
materialmagnético
Área
da
seção
transversalde
um
núcleo
aÁrea da
seção
transversaldo condutor/ lâmina de
cobre
do
primário
Área
da
seção
transversaldo condutor/ lâmina de
cobre
do
secundário
Ganho
de
uma
função
de
transferênciana
freqüênciade
um
pólo
em
decibéís
Ganho
de
uma
função de
transferênciana
freqüênciade
mn
zero
em
decibéis _
Densidade de
fluxomagnético
.Coeficiente
de
perdas
do
materialmagnético
Capacitância
de comutação
Capacitância
de
bloqueio
~Capacitância
de
grampeamento do
secundário
'Capacitância
dreno-sourcede
um
transistorMOSFET
Capacitância
de
realimentaçãode
um
controlador
de
doispólos e
doiszeros '
Capacitância
gatilho-sourcede
um
transistorMOSFET
Capacitância
de
entrada
de
um
controlador
de
doispólos
e doiszeros
Capacitância
de
entrada
de
um
interruptor 'Capacitância
do
filtrode
saídaCapacitância
de
saídade
interruptorCapacitância
de
transferência reversade
um
interruptorCapacitância
de
partidasuave para o
circuitointegrado
UC3525A
Capacitância
de
temporízação para
o
circuitointegrado
UC3525A
Coeficiente
de
perdas
do
materialmagnético
` c1
' '
Diâmetro/
espessura
de
um
condutor/ lâmina
Razão
cíclicade
comando
Perda de
razão
cíclicaPerturbação
na
razão
cíclica efetivacausada por
uma
variaçãona
razão
cíclica
de
comando
Razão
cíclica efetivaPerturbação
na
razão
cíclica efetiva `Diâmetro/
espessura
da
associaçãoem
paralelode
condutores/
lârninasPerturbação
na
razão
cíclica efetivacausada por
uma
variaçãona
corrente
de
carga
Perturbação
na
razão
cíclica efetivacausada por
uma
variaçãona
tensão
de
entrada
Profundidade de
penetração
Variação
da
densidade
de
fluxomagnético
Variação
do
fluxomagnético
Variação
de
corrente atravésde
um
indutor
Variação
de
correntena
carga”AVC
AVo
f fc fpfn
fz8
G
Gc
Gi
Gv
Hi
HP
I-ÍvHz
Ic Is I1 Io io IPIpn
Irr Is Isec IKio
KP
Ks
Kv
Kvo
Ku
Ld
Le
Lr
Lo
U0n
N
11 HI-IVariação
de
tensão
sobreum
capacitorVariação
da
tensão
de
saídaFreqüência
de
chaveamento
Freqüência
de
corteFreqüência
de
um
pólo
de
uma
função
de
transferênciaFreqüência
naturalde
ressonânciado modelo
de pequenos
sinaisdo
conversor
Freqüência
de
um
zero
de
uma
função
de
transferênciaEntreferro total
de
um
indutor
Função de
transferênciada
plantaou
sistema
Ganho
da
função
de
transferênciada
plantaou
sistema
na
freqüência
de
cruzamento
Função de
transferência entre correntede
saída erazão
cíclicado
conversor
`Função de
transferência entretensão
de
saída erazão
cíclicado
conversor
Função de
transferênciado
controladorde
correnteGanho
de
urna função
de
transferênciana
freqüência
de
um
pólo
Função de
transferênciado
controlador
de
tensão
Ganho
de
uma
função
de
transferênciana
freqüência
de
um
zero
Corrente
atravésde
um
capacitorCorrente
de
gatilhoCorrente
atravésde
um
indutor
Corrente
de
saídaVariaçao
na
correntede
saídaCorrente
atravésdo
enrolamento primário
do
transformador
Corrente
no
primário
do
sensorde
efeito Hall,valor
nominal
Corrente
de
recuperação
reversados
diodos
retificadoresde
saídaCorrente
atravésde
um
interruptor'
Corrente
atravésdo
enrolamento secundário
do
transformador
Densidade de
correnteGanho
do
sensorda
corrente de saídado
conversorNúmero
de condutores/lâminasem
paralelono
primárioNúmero
de condutores/lâminasem
paralelono
secundárioFator de
forma
deonda
Ganho
do
sensorda
tensão de saídado
conversor Fator de utilização da janela do núcleo pelo cobreIndutância
equivalente à associaçãoem
sériedo
indutor ressonante e
de
dispersão, vista
pelo secundário
Comprimento médio
de
uma
espiraem
um
elemento
magnético
Indutância ressonante
Indutância
do
filtrode
saídaPermeabilidade
do
arRelação
de
transformação
Número
de
espirasde
um
indutor
Rendimento
Ns
Nt
P
Pa
Pc
Pd
Pm
Pn
-Po
Pr
Ps
Psd
Pt
Qs
RC1Rd
Rdisch
Rds
Rfz
Rip
Riz
Ro
Rr
Rse
Rt
Rth
'Rv
_S UcuT
ton
trTr
TrrTss
Vc
Vce(on)
Vi
viVe
Vf
Vl
Vo
Vout
VP
Número
de
espirasdo
enrolamento
secundário
de
um
transformador
Número
de
transformadores associados
Perdas
totaisno
conversor
NPC-ZVS-PWM
Potência aparente
de
um
transformador
Perdas
no
cobre
de
um
elemento
magnético
Perdas
em
condução de
um
diodo
Perdas
totaisnos elementos magnéticos
Perdas
no
núcleo
de
um
elemento
magnético
Potência
de
saídaPotência
dissipadapor
um
resistorPerdas
em
condução de
um
interruptorPerdas
totaisnos semicondutores
Perdas
totaisem
um
elemento
magnético
Carga de
gatilhode
um
transistorResistência
de
grampeamento do
secundário
Resistência
do
modelo do
conversor
Resistência
que
defineo
tempo
morto
no
circuito integradoUC3525A
Resistência dreno-sourcede
um
transistorMOSFET em
condução
Resistência
de realimentação
de
um
controlador
de
dois pólos edois
zeros
Resistência
de
entrada
de
um
controlador
de
dois pólos e doiszeros
Resistência
de
um
dos
zerosde
um
controlador
de
dois pólos e doiszeros
Resistência
de
carga
Resistência
de
compensação do
amplificador
operacional Resistência série equivalentedo
capacitorde
saídaP
Resistência
de
temporização para o
circuitointegrado
UC3525A
Resistência térmica
de
um
elemento
magnético
Resistência
de
um
resistorem
mn
divisor resistivoFreqüência
complexa
Condutividade
do
cobre
Período
de
chaveamento
Tempo
de condução
dos
interruptoresTempo
de
subida
de
um
sinalde
tensão
Período
de
ressonância -Tempo
de
recuperação
reversados
diodos
retificadoresde saída
Tempo
de
partidasuave
Tensão
sobre
um
capacitorTensão
coletor-emissorde
um
IGBT
em
condução
Tensão de
entrada
do
conversor
Variação
na
tensãode
entrada
do
conversor
Volume
magnético
de
um
núcleo
Tensão de condução
diretaem
um
diodo
Tensão
sobre
um
indutor
Tensão de
saídado
conversor
Tensão de
saídado
sensorde
efeitoHall
Vsec
Vth
Wa
Tensão
sobre
o enrolamento
secundário
do
transformador
Tensão de
limiarde
um
transistorÁrea da
janelade
um
núcleo
WaAc
Produto
da
áreada
janelapela
áreada
seção
transversalde
um
núcleo
co
.Z _
Freqüência
naturalde
ressonânciaImpedância
equivalente
Sírnbolosutilizados
nos diagramas
de
circuitos:Símbolo
Cb
CC1
Cf
Cfz
Ci
Ciz
Co
Con
D
Dc
Doff
Dr
Ld
Lo
LP
Lr
Q
RC1 -Rfz
Rip
Riz
Ron
Rr
RV
S
T
Tr
Va
Significado q _ _Capacitor
de
bloqueio
Capacitor
de
grampeamento do
secundário
Capacitor
flutuante
Capacitor
de
realimentação
de
um
controlador
de
doispólos
e dois zeros
Capacitor
de
entrada
Capacitor
de
entrada
de
um
controladorde
doispólos
e dois zerosCapacitor
do
filtrode
saída .Capacitor
que
defineo
tempo
para
liberaro
sinalde
comando
na
partidado
sistema
'Diodo
em
antiparalelocom
os interruptoresou
diodo de
grampeamento do
primário
Diodo
de
grampeamento
do
secundário
Diodo
para descarregar
o
capacitorCon
Diodo
retificadorde
saídaAssociação
sériedo
indutor
ressonante edo
indutor
de
dispersão
lndutor
do
filtrode
saída -lndutor
parasitalndutor ressonante
›Transistor bipolar
Resistor
de
grampeamento
do
secundário
Resistor
do
circuitodo
controlador,responsável
por
um
dos
zeros
Resistor
do
circuitodo
controlador,responsável pelo pólo
Resistor
do
circuitodo
controlador,responsável
por
um
dos
zeros
Resistor
que
defineo
tempo
para
liberaro
sinalde
comando
na
partidado
sistema
A-
Resistor
do
circuitodo
controlador,responsável
pelacompensação
do
amplificador
operacional Resistorde
um
divisor resistivoInterruptores principais,
MOSFET
ou
IGBT
Transformador
fictíciodo
modelo
de
pequenos
sinaisdo
conversor
_.
Transformador
de
potênciaTensão
correspondente a
amostra
de
uma
variáveldo
Unidade
F
F. "1'1'T1F
F
F
F
H
H
H
H
Q
.Q
Q
Q
F
Q
Q
V
Ve
W
Vi
Vref
Vo
Vsec
Z
. .comparação
com
um
sinaldente
de
serraSinal
de
errona
entrada
de
um
controlador
V
Tensão de
entrada
do
modelo
de pequenos
sinaisdo
V
conversor
Tensão de
entrada
do
conversor
Tensão de
referênciapara
um
controlador
Tensão de
saídado
conversor
Tensao
sobre
o
enrolamento secundário
do
transformador
Diodo
zener
<I<I<1<IAcrônimos
e abreviaturas:smmm
CA
cc
G
GM'
um
DPC
DPCZT
DPCM
FB
VNPC
PS
PWM
SMP
›UVLO
35%
SignificadoCorrente
alternadaCorrente contínua
Conversor
CC-CC
baseado
na
célula multinívelde
tensão
com
capacitorflutuante '
_
Conversor
CC-CC
baseado
na
célula multinívelde
tensão
com
capacitor flutuantemodificado
Conversor
CC-CC
baseado
na
associaçãoem
cascata de conversoresmeia
ponte
Conversor
CC-CC
duplo ponte completa
Conversor
CC-CC
duplo ponte completa
acoplado por
doistransformadores
de
potência
'Conversor
CC-CC
duplo ponte completa
acoplado
magneticamente
Conversor
ponte
completa
(Pull Bridge)Conversor
CC-CC
baseado
na
célula multinívelde
tensãocom
ponto
neutro
grampeado
(Neutral PointClamped)
Modulação
por
deslocamento
de
fase (Phase Shift Modulation)Modulação
por
largurade
pulso
(PulseWidth
Modulation)Conversor
CC-CC
baseado
na
associação série de conversoresmeia
ponte Inibiçãodos
sinaisde
comando
no
caso
de
faltada
tensãode
alimentação
(Under
Voltage Lockout)Comutação
sob_.tens.ãonula
(Zero Voltiige Sftvitcliing) Vuti¿li;ados
para
unidades de
grandezas
fí_sicas:_ _Símbolo!
1 L Significado -AA
°C
F
G
g<flmo§mAmperé
- corrente elétricaGraus
Celsius -temperatura
Faraday
-
capacitânciaGauss
-densidade
de
fluxomagnético
Hemy
- indutânciaFreqüência
Ohm
- resistênciaSegundo
-tempo
Tesla -
densidade
de
fluxomagnético
V
-tensão
ou
potencial elétricoWatt
-potência
e ef
H
nom
max
min
med
P
Valor
Efetivoda Grandeza
Valor
Eficazda Grandeza
Nível
Lógico Alto
da
Grandeza
Valor
Nominal
da
Grandeza
Valor
Máximo
ou
de
Picoda Grandeza
Valor
Mínimo
da
Grandeza
Valor
Médio
da
Grandeza
1.1
Introdução
Como
ponto inicial para o projeto de dissertação é interessante caracterizaro
contextono
qual se encaixa
o
sistema que se pretende desenvolver.É
necessáriotambém
deixar claro osobjetivos e requisitos que se deseja alcançar,
bem como
as dificuldades que se espera encontrarno
decorrer
do
trabalho.1.2
Contexto
do
Projeto
É
notórioo
crescimento quevem
sofrendo o setor de telecomunicaçõesem
todo omundo
e,com
ele, ademanda
por equipamentos específicosque atendam
às suas necessidades. Entre estesequipamentos pode-se citar fontes de alimentação para centrais telefônicas de grande porte.
Estas fontes são geralmente compostas por dois estágios de conversão de potência:
um
CA-
CC
para pré-regulação de fator de potência, eum CC~CC
para isolamento, adaptação e regulação da tensão de saida.O
equipamentocomo
um
todo deve ter alta eficiência e atenderuma
sériede
normas, que
regulam
com
rigidez a qualidadeda
energia drenada da rede elétrica eda
energia entregue à carga.i
A
potência eo
custo envolvidos neste tipo de equipamento são elevados. Entretanto, estudos já realizadoscomprovam
que
quanto maior a potência processada pelo conversormenor
éa
relação custo/potência
do
sistema. 11.3
Objetivos
do
Projeto
.Este projeto de dissertação
tem
o objetivo de estudar especificamenteo
estágiode
conversão
CC-CC
deuma
fonte de alimentação para telecomunicações, de24KW
e altorendimento.
A
potência escolhida se deve à sua aplicação e aocompromisso
entre custo edesempenho do
sistema.-,
Existem
várias barreiras tecnológicas que deverão ser dominadas, principalmenteno que
serefere ao processamento de
um
nível de potência tão elevado. Questões taiscomo
o rendimento, osaspectos térmicos
do
conversor, acomutação
dos interruptores, os níveis de corrente envolvidos se1.4
Requisitos
Desejados
_O
conversorCC-CC
a ser desenvolvido será partedo
sistema apresentadona
Fig. 1.1devendo
atenderum
conjunto de requisitos assim definido:I
Tensão
de entrada imposta. I Saídaem
corrente.I
Comutação
sobre tensão nula(ZVS)
dos interruptores. I Circuito decomando
único.I
Operação
com
freqüência constante._
I
Tensão
sobre os interruptores igual àmetade
da tensão de entrada. I Simplicidade e robustez. Vu Vo C Vi/2 A Conversor Renficador _ ¢C-¢z; PWM Carga PWM TFIÍÉSIOO |s°|ad° C V W2 É*V
0Fig. 1.1- Arquitetura do Sistema.
ea
Com
relação às especificações técnicas,em
sistemas de telecomunicações elas são bastantecomplexas, envolvendo inclusive limites para interferência eletromagnética e ruído psofométrico. Entretanto, este desenvolvimento irá definir e implementar
uma
topologia de conversorCC-CC
que
permita alcançar
um
conjunto reduzido de especificações técnicas impostas:I
Tensão
de Entrada:900V.
I
Tensão
de Saida Nominal:60V.
I Corrente de Saída Nominal:
400A.
I Potência
Nominal:
24kW.
I Freqüência de chaveamento:
70kHz.
I
Rendimento
em
Potência Nominal:96%.
I
Ondulação
de corrente:20A.
I
Ondulação
de tensão:100mV.
Observa-se que as especificações técnicas são bastante rigorosas, principalmente
no que
serefere à corrente de saída, à freqüência de
chaveamento
e o rendimento esperados.O
nível decorrente exigido na saída
do
conversor irá,com
certeza, dificultar a operaçãona
freqüência desejada,bem como
a obtençãodo
rendimento especificado.1.5
Conclusão
Uma
vez
traçados os requisitos e as metasdo
projeto é possível estabelecerum
plano paraa execução dos trabalhos. Partindo deuma
análise detalhada das soluções disponíveis na literaturaserá possível selecionar a topologia mais adequada a esta aplicação.
O
estudo teórico aprofundadoda
estrutura escolhida permitirá estabeleceruma
metodologia de projeto para a definição de todos os elementosdo
circuito.O
dimensionamento
necessitará fazeruso das
mais
modernas
tecnologias disponíveis demodo
a atender os requisitos desejados.A
experimentação será,com
certeza, a parte críticado
desenvolvimento pois muitascaracterísticas
que passam
desapercebidasem
potênciasmenores do
que3kW,
serão deextrema
relevância
no
nível de potência desta aplicação. Assim, questõescomo
indutâncias parasitas, resistência de contatos, tecnologias de materiais disponíveis e elevação de temperatura irão constituirem
um
vastocampo
de pesquisa e aprendizado.2.1
Introdução
A
principal caracteristica que está sendo buscada nas topologias de conversoresCC-CC
isolados é a redução da tensão sobre os interruptores àmetade da
tensão de entrada. Isto viabilizaria a utilização de semicondutores de potênciacom
menor
capacidade de tensão e,consequentemente,
menor
resistência de condução,menores
perdas emenor
custo.Com
este intuito será realizadoum
estudo comparativode
algumas topologias de conversoresCC-CC
isolados, para tensão de entrada elevada, propostasna
literatura. Estasestruturas estão baseadas principalmente
na
associação de células multiníveis de tensão ena
associação de conversores.
2.2
Conversores
CC-CC
isolados,
de
Elevada
Tensão
de
Entrada
No
projeto de fontes de alimentação chaveadas para aplicações de alta potência e altafreqüência, o conversor ponte completa
com
comutação
sob tensão nula emodulação
por largurade pulso
(FB-ZVS-PWM)
é consideradouma
das melhores escolhas. Este conversor apresenta asvantagens de
um
conversorPWM
convencional aliadas às vantagens de conversorescom
comutação
suave,ou
seja, operaçãocom
freqüência constante,pequena
circulação de reativos e reduzidas perdas de comutação.Entretanto,
uma
desvantagemdo
conversor ponte completa convencional é a aplicação de toda a tensão de entrada sobre os interruptores bloqueados. Isto dificulta sua utilização'em
fontesde alimentação
com
tensão de entrada elevada, taiscomo
as queempregam
um
estágio de correção de fator de potência trifásico baseadono
conversor Boost. «Pesquisas
têm
sido conduzidascom
o
objetivo de encontrar altemativas ao conversor ponte completa nas aplicaçõescom
tensões de entrada elevadas, deforma
a reduzir os níveis de tensão sobre os interruptores. Isto permitiria a utilização de semicondutores de potênciacom
menor
capacidade de tensão, e consequentemente
menor
custo.Entre os estudos desenvolvidos destacam-se principalmente três diferentes técnicas:
'
A
associação série de interruptores;I
A
associação de células multiníveis de tensão; IA
associação de conversores.A
primeira delas apresenta muitos problemas práticos devido ao compartilhamento estáticoe dinâmico de tensões e correntes entre os interruptores. Assim, serão descritas soluções baseadas nas outras duas técnicas, e que mais se
adaptem
aos requisitos inicialmente propostos.2.3
Associação de
Células Multiníveis
de
Tensão
As
topologias de conversores multiníveis, deum
modo
geral, são constituídas por:'
Uma
célula de comutação, usando semicondutores conectadosem
série;I Circuitos
de grampeamento,
que garantem a divisão de tensão entre os intemiptoresi
bloqueadosz ._
p
Esta técnica é
uma
solução para os problemas de compartilhamento estático edinâmico da
tensão entre os interruptores,
além
demanter
as taxas de dv/dtem
valores aceitáveis.2.3.1
Conversor
CC-CC
ZVS-PWM
Isolado
Baseado
na
Célula
Multinívelde
Tensão
com
Ponto
Neutro
Grampeado
(NPC)
A
Fig. 2.1 apresenta o ConversorCC-CC
ZVS-PWM
propostoem
[1]. Ele estábaseado
na
célula de três níveis de tensão
com
ponto neutro grampeado.Dr1 LG vi/zti '
s1ÍD1C1"L
› * os S2 - 024
C2 Tr Lr D3A
C3 › v¡/2 + ' ,QSä
I
` D6 D4A
C4sã
T
F
ig. 2.1 - ConversorCC-CC Z VS-PWM
Isolado Baseado na Célula Multinível de Tensãocom
Ponto NeutroGrampeado.
Os
interruptores S1, S2, S3 e S4 constituem o braço decomutação
principal.Os
diodosem
antiparalelo D1, D2, D3,
D4 conduzem
a corrente reversa e limitam a tensão reversanos
interruptores.
Os
diodosD5
eD6
são responsáveis pelogrampeamento da
tensão sobre osinterruptores,
no
valor de Vi/2.O
indutorLr
juntocom
os capacitores Cl, C2, C3 e C4 são os responsáveis pela entradaem
condução
sobre tensão nula dos interruptores (ZVS).Os
capacitorestambém
suavizam o
crescimento
da
tensao durante o bloqueio. Desta fonna, esta topologia apresenta perdas decomutação
bastante reduzidas e rendimento elevado.O
transformadorTr
oferece isolamento galvânico e adapta os níveis de tensãoda
entrada eenrolamentos secundários
do
transformadorcom
ponto médio, os diodos retificadores Dri e Drz eo
filtro de saída
Lo
e Co.A
Tabela 2.1 apresenta os esforços de corrente e tensão nos semicondutores.As
correntesaparecem
normalizadasem
relação à corrente de carga.Tabela I - Esforços de corrente e tensão.
C°mP°"e“Í¢
S1, S4 S2, S3 Ds,Dó
Dai,DR2
Tensão
Máxima
Vi/ 2 Vi/ 2 Vi/ 2 .Vsec
Corrente
Eficaz
Normalizada
_
-Ê- . D' ll)_
Ê
. D'-
--
Coirentemédia Normalizada
'---
1/2-
D
1'/2Nas
expressões da Tabela 2.1D
representa a razão cíclica decomando
eD” a
reduçãode
razão cíclica devida à circulação da energia reativa que viabiliza a
comutação
suave.A
equação
(2.1)
define D'
em
função da freqüência de chaveamento,da
indutância ressonante,da
corrente de carga e da tensão de entrada e a expressão (2.2)define
a cargamínima
com
comutação
suave.2-f~Lr-Io
D'=--í
2.1Vi
( ) V' 1,5-C
Í°m¡n=-'ÊIWÍT
(2-2) SGHCÍOC=C1=C2
=C3
=C4.
Para ser obtida
uma
ampla
faixa de cargacom
comutação
suave,o
valorde
Lr deve
ser o_maior
possível. Entretanto, quantomaior
o valor deLr
maior será0
valor de D' emenor
será arazão cíclica efetiva
do
conversor. Assim,um
bom
projeto deve sacrificar acomutação
suave paracargas leves,
quando
as perdas decomutação
são menores,em
favor deuma
otimizaçãoda
eficiência
em
carga nominal.2.3.2
Conversor
CC-CC
ZVS-PWM
Isolado
Baseado
na
Célula
Multinívelde
Tensão
com
Capacitor
Flutuante
(CF)
rO
conversorCC-CC
ZVS-PWM
isolado baseadona
célula de três níveisde
tensãocom
capacitor flutuante é apresentadona
Fig. 2.2. Esta topologia foi inicialmente propostaem
[2]. _O
braço decomutação
principal é formado pelos interruptores S1, Sz, S3, S4.Os
diodosem
antiparalelo D1, Dz, D3,
D4 conduzem
a corrente reversa egrampeiam
a tensão reversa nosDr1 Lo 4- s1 ' V¡¡2 ,
W
D1 C1 ' I Co\_l_|Ro Vo_ S2Í
. 02 C2 n Tr Lr a tl' OQ _ , Cf C3 os va/2 + 53 .D4 C4 sz:Fig. 2.2
-
ConversorCC-CC Z
VS-PWM
isolado baseado na célula de comutaçãocom
capacitor flutuante.O
indutorLr
juntocom
os capacitores C1, C2, C3 e C4 são os responsáveis pela entradaem
condução
sobre tensão nula dos intemiptores (ZVS).Os
capacitorestambém
suavizam o
crescimento da tensão durante o bloqueio. Desta forma, esta topologia apresenta perdas de
comutação
bastante reduzidas e rendimento elevado. iO
capacitor flutuanteCf
, ou degrampeamento,
é responsável pela divisão de tensão entreos interruptores
em
série, etambém
pela produção deuma
tensãode
três níveisno
primáriodo
transformador.
O
comando
dos interruptores deve garantir que a correntemédia
atravésde
Cf
sejanula, para
que
a tensão sobre omesmo
seja mantidaem
Vi/2. Istopode
ser obtidoquando
os pares S1-S4 e S2-S3têm
amesma
razão cíclica.O
transformadorTr
oferece isolamento galvânico e adapta os níveis de tensãoda
entrada eda
saídado
conversor.O
estágio de saídado
conversor éformado
pela associação entre osenrolamentos secundários
do
transformadorcom
ponto médio, os diodos retificadores Dr¡ e Dr; eo
filtro de saída
Lo
e Co. .A
Tabela 2.2 apresenta os esforços de corrente e tensãoem
algunscomponentes
do
circuito.As
correntesaparecem
normalizadasem
relação a corrente de carga.Tabela 2.2
-
Esforços de corrente e tensão.COITIPOUCIIÍC S1, S3 S2, S4
CF
DR1,DR2
Tensão
Máxima
Vi/ 2 Vi/ 2 Vi/ 2Vsec
Corrente Eficaz
Normalizada
._É
. D'ip
_
.Ê . D' ,/1- 2 .D
_
Corrente
média Normalizada
_-
_
_
1/2Nas
expressõesda
Tabela 2.2D
representa a razão cíclica decomando
eD'
a redução de razão cíclica devida a circulação de energia reativa que viabiliza acomutação
suave.A
equação
(2.3)
define D'
em
funçãoda
freqüência de chaveamento,da
indutância ressonante,da
corrente de carga e da tensão de entrada.D,=2-f~Lf-10
.
A
expressão (2.4)define
a cargamínima
com
comutação
suave.Vi
4-C
Iomin
za-.
lí
(2.4)Sendo
C=C¡
=C2 =C3
=C4.
Para ser obtida
uma
ampla
faixa de cargacom
comutação
suave,o
valor deLr deve
sero
maior
possível. Entretanto, quantomaior
o valor deLr maior
será o valor de D' emenor
será arazão cíclica efetiva do conversor. Assim,
um
bom
projeto deve sacrificar acomutação
suave paracargas leves,
quando
as perdas decomutação
já são menores,em
favor deuma
otimizaçãoda
eficiência
em
carga nominal.2.3.3
Conversor
CC-CC
ZVS-PWM
Isolado
Baseado
na
Célula Multinível
de
Tensão
com
Capacitor
Flutuante
Modiflcado (CFM)
A
Fig. 2.3 mostra o conversorCC-CC
ZVS-PWM
propostoem
[3]. Ele é baseadona
célulade três níveis de tensão
com
capacitor flutuante modificado.Pode
ser demostradoque
se trata deuma
variação topológicada
estrutura apresentadano
item 2.3.2. .S1 D1 C1 _ Vi/2 + Lr DF1 Lu . S2 Tr › + S D3 - vi/2 + °3 l cb - + ' s4 › D4 C4
F
ig. 2. 3 - ConversorCC-CC
Z
VS-PWM
isolado baseadona
célula de comutaçãocom
capacitor flutuantemodíficado. ç
Este conversor é
formado
pela associação série de dois braços decomutação
S1-S2 e S3-S4 ,com
os respectivos diodosem
antiparalelo D¡, Dz, D3, D4.A
tensãona
junção dos dois braços éigual à
metade da
tensão de entrada, garantindoque
a tensão aplicada sobre os interruptorestambém
sejaVi/2
.A
tensão sobre o capacitor série Cb, deve sermantida
em
Vi/ 2 , acionando os pares S¡-S2 eS3-S4
com
amesma
razão cíclica.A
presençado
capacitorCb
impede
a circulação de correntecontínua
no
transformador, evitando sua saturação, e possibilita o controledo
fluxo
de
potênciado
conversor.
O
indutor Lr juntocom
os capacitores C1, Cz, C3 e C4 são os responsáveis pela entradaem
condução
sobre tensão nula dos interruptores (ZVS).Os
capacitorestambém
suavizam o
crescimento
da
tensão durante o bloqueio. Desta forma, esta topologia apresenta perdasde
-O
transformadorTr
oferece isolamento galvânico e adapta os níveis de tensãoda
entrada eda
saídado
conversor.O
estágio de saidado
conversor éformado
pela associação entre osenrolamentos secundários
do
transformadorcom
ponto médio, os diodos retificadores Dr; e Drz eofiltro de saída
Lo
e Co.'
A
Tabela 2.3 apresenta os esforços de corrente e tensãoem
algunscomponentes
do
circuito.As
correntesaparecem
norinalizadasem
relação à corrente de carga. .Tabela 2.3
-
Esforços de corrente e tensão.COlTlpOneI'lÍ€ S1, S3 S2, S4 l
CB
DR1,Dgz
Tensão
Máxima
Vi/ 2 TVi/2
Vi/ 2Vsec
Corrente Eficaz
Normalizada
J
D
_
%
- D' Já--
Ê
- D' l/n
--
Coirentemédia Normalizada
_-
-
--
1/2Nas
expressões da Tabela 2.3D
representa a razão cíclica decomando, D”
a redução derazão cíclica devida à circulação de energia reativa
que
viabiliza acomutação
suave, en
a relaçãode transformação.
A
equação (2.5)define D'
em
funçãoda
freqüência dechaveamento,
da
indutância ressonante, da corrente de carga e da tensão de entrada.
2-f~Lr-Io
D'=-_-~
2.5Vi
( )A
expressão (2.6) define a cargamínima
com
comutação
suave.T
v'
4-c
I‹>...z..=;'-,/-fr-,
V (2.6)
SGHÕO
C=C|
=C2
=C3 =C4.
Para ser obtida
uma
ampla
faixa de cargacom
comutação
suave, o valor deLr deve
sero
maior
possível. Entretanto, quantomaior o
v_alor deLr maior
seráo
valor de D' emenor
será arazão cíclica efetiva
do
conversor. Assim,um
bom
projetodeve
sacrificar acomutação suave
paracargas leves,
quando
as perdas decomutação
já são menores,em
favor deuma
otimização da eficiênciaem
carga nominal. -2.4
Associação de Conversores
A
associaçãoem
sérieou
em
cascata de conversorestambém
pode
serempregada
com
oobjetivo de reduzir a tensão aplicada sobre os semicondutores. Entretanto, assim
como
a associaçãode
interruptores, esta técnicanão
elimina os problemas de compartilhamento estático edinâmico
deNo
entanto, estes conversorespodem
operar de maneira apropriada se alguns requisitosforem
atendidos, taiscomo: boa
simetria doscaminhos
de correnteno
circuito, forteacoplamento
dos elementos magnéticos, sinais de
comando
e circuitos de acionamento similares e topologiado
conversor adotado.
2.4.1
Conversor
CC-CC
ZVS-PWM
Isolado
Baseado
na Associação
em
Cascata
de
Conversores
Meia Ponte
(CMP)
O
conversor apresentadona
Fig. 2.4, propostona
referência [4],pode
ser descritocomo
aassociação
em
cascata de dois conversoresmeia
ponte.O
primeiro éformado
pelas fontes deentrada,
no
lugar de capacitores, os interruptores S1 e S4 e o transformador Trz.O
segundo
é constituído pelos capacitores Cc¡ e Ccz, os interruptores Sz e S3, e pelo transformadorTn.
DH Lo S1 D1. c1-L A _ › vi/2+ I 'nz " _ r S2 Ç Ro Vo c D2 c ' _ Tq Lrz ° - 1-,1_ Lr1
^
Tf1_
+“_
sa ' O C z D3 Tr1 Vi/2+ ~A
C ' s4 D4 I 'rrzA
CÉ
,Í › _ naF
ig. 2.4 - ConversorCC-CC
Z
VS-PWM
isolado baseado na associaçãoem
cascata de conversores meia. ponte.
-
Os
capacitores Cc1 e Cczpodem
ser consideradoscomo
capacitores degrampeamento
detensão,
uma
vez
que a tensão aplicada sobre osmesmos
será responsável pela reduçãoda
tensãoaplicada sobre os interruptores principais. Para que a tensão sobre estes capacitores seja estável o conversor
deve
sermodulado
demodo
que os pares S,-S4 e Sz-S3tenham
amesma
razão cíclica.Os
indutores Lr¡ e Lrz, juntocom
os capacitores C,, C2,C3
e C4 são os responsáveis pela entradaem
condução
sobre tensão nula dos interruptores (ZVS).Os
capacitorestambém
suavizam
o
crescimentoda
tensão durante o bloqueio. Desta forma, esta topologia apresenta perdas decomutaçao
bastante reduzidas e rendimento elevado.O
estágio de saídado
conversor éformado
pela associaçãoem
série dos enrolamentossecundários dos transformadores Trl e Trz, os diodos retificadores Dr¡ e Drz e o filtro
de
saídaLo
eCo. A
A
Tabela 2.4 apresenta os esforços de corrente e tensãoem
algunscomponentes
do
circuito.As
correntesaparecem
norrnalizadasem
relação a corrente de carga.Nas
expressões da Tabela 2.4D
representa a razão cíclica de operação eD'
a redução derazão cíclica devida à circulação de energia reativa
que
viabiliza acomutação
suave.A
equação
(2.7)
define D'
em
função da freqüência de chaveamento, da indutância ressonante,da
correntede
Tabela 2.4
-
Esforços de corrente e tensão.COI`l"lpOI'l6I`lÍ€ S1, S3 S2, S4 CC1 Ccz
Dm,
DR2
Tensão
Máxima
~Vi/2
Vi/2
l;l~(1-D)
YIELD
*Vsec
Corrente Eficaz 1 5 | 5 ,Normalizada
\iD"z'D
V1`2`D
V1"2`D
_
Correntemédia
Normalizada
_
_-
-_
_
1/22-f-Lr~lo
D'=-í-_-
2.7Vi
( ) V'4-C
I°min ='š£'¡f'"L-1;' (2-3) Sefldü C-'=C¡=C2
=C3
=-C4.Para ser obtida
uma
ampla
faixade
cargacom
comutação
suave,o
valorde
Lr deve
sero
maior
possível. Entretanto, quantomaior o
valor deLr
maior será o valor deD”
e menor' será arazão cíclica efetiva
do
conversor. Assim,um
bom
projeto deve sacrificar acomutação
suave paracargas leves,
quando
as perdas decomutação
já são menores,em
favor deuma
otimizaçãoda
eficiência
em
carga nominal.É
interessante observar que este conversor é bastante apropriado para aplicações de altapotência, devido à possibilidade de compartilhar a potência de saída entre dois transformadores. Entretanto,
o
uso de dois transformadorespode
representartambém
um
aumento
de peso,volume,
complexidade
e perdas.2.4.2
Conversor
CC-CC
ZVS-PWM
Isolado
Baseado
na Associação
em
Série
de
Conversores Meia Ponte
(SMP)
'O
conversor apresentadona
Fig. 2.5, propostona
referência [5],pode
ser descritocomo
sendo
a associaçãoem
série de dois conversores meia-ponte.O
primeiro éformado
peloscapacitores Ci] e Ciz, os interruptores S¡ e Sz e
o
transformador Tr1.O segundo é constituído pelos capacitores Ci; e CÍ4, os interruptores S3 e S4, e pelo transformador Trz.Os
capacitores Cil, Ciz , Ci; e Ci4, juntamentecom
uma
seqüência de sinaisde
comando
adequada, são os responsáveis pelo
grampeamento da
tensão sobre os interruptoresem
Vi/2
_Os
indutores Lr¡ e Lrz juntocom
os capacitores C1, C2, C3 e C4 são os responsáveis pela entradaem
condução
sobre tensão nula dos interruptores (ZVS).Os
capacitorestambém
suavizam
o
crescimentoda
tensão durante o bloqueio. Desta fomia, esta topologia apresenta perdasde
comutação
bastante reduzidas e rendimento elevado. '-Í--[t¬~l-[¬ .J _:_Ê _.../N __) _.
Ái--|i¬-‹i--|i-3
. `_.s
vâ
W2 + f ' ' ' ' Tr2 T Co Ro vo Vil2 -› F LúFig. 2.5
-
ConversorCC-CC
Z
VS-PWM
isolado baseado na associaçãoem
série de conversores.O
estágio de saídado
conversor éformado
pela associaçãoem
série dos enrolamentossecundários dos transformadores Tr, e Trz, os diodos retificadores Dr¡ e Dr; e
o
filtro de saídaLo
eCo. `
A
Tabela 2.5 apresenta os esforços de corrente e tensãoem
algunscomponentes
do
circuito.As
correntesaparecem
normalizadasem
relação a corrente de carga.Tabela 2.5
-
Esforços de corrente e tensão.C°mP°nenÍe
Y T
S1, S4 S2, S3
É
Cn,
Cm
Cn, C13Dm,
DR2
rensâo
Máxima
vi/2vi/2
%›D
É-(1-D)
vsez
Corrente
Eficaz
Jl__â_D,
JD_§__D,
\/1_â.D
__
2 6 6 2 2Normalizada
T Correntemédia
V . 1/2Normalizada
É
_
_
_'
Nas
expressõesda
Tabela 2.5D
representa a razão cíclica decomando
eD'
a redução derazão cíclica devida à circulação de energia reativa
que
viabiliza acomutação
suave.A
equação
(2.9)
define D'
em
função da freqüência de chaveamento, da indutância ressonante,da
correntede
carga e da tensão de entrada.
A
expressao (2.10)define
a cargamínima
com
comutação
suave.2-f-Lr-Io
'D'=-À-~
.Vi
(29)
V'
4-C
Iomínzší-J-É
(210)
senao
czc, =c2 =c3
=c4.
Para ser obtida
uma
ampla
faixa de cargacom
comutação
suave,o
valor deLr deve
sero
maior
possível. Entretanto, quantomaior
o valor deLr
maior seráo
valor deD”
emenor
será arazão cíclica efetiva
do
conversor. Assim,um
bom
projeto deve sacrificar acomutação
suave paracargas leves,
quando
as perdas decomutação
são menores,em
favor deuma
otimizaçãoda
2.4.3
Conversor
CC-CC ZVS
Isolado
Baseado
na Associação de Conversores
Ponte
Completa
'As
referências [6] e [7]descrevem algumas
topologias de conversoresCC-CC
ZVS
baseadas
na
associação de conversores Ponte Completa. Serão descritas três destas topologias,que
satisfazem os requisitos desejados.
2.4.3.1
Conversor
CC-CC ZVS
IsoladoDuplo
Ponte
Completa (DPC)
O
conversorCC-CC
ZVS
isoladoDuplo
PonteCompleta
é apresentado na Fig. 2.6.No
ladoprimário* dos transformadores é realizada a associação série de dois conversores Ponte
Completa..O
primeiro é
formado
pelos interruptores S1, Sz, S3 e S4, e osegundo
pelos interruptores S5, S6, S7 eS8.
A
junçao dos dois conversores é mantidaem
metade da
tensao de entrada.Assim,
a tensãomáxima
aplicada aos interruptores é igual a Vi/ 2.S1\ s2\ 'Dn
.LL
Tr11"'
Lr1 O VÍÍ2 + Q co Roë _ *i P I S^\ s3\ oa l z~~
DIG ss\ sô\ T” _ LIQ VI2 + . 'i
0 Dr4ss\ s7\
Fig. 2.6
-
ConversorCC-CC
Z
VS
duplo ponle completa.A
utilizaçãoda
técnica demodulação
por deslocamentode
fasecom
freqüênciafixa
permite controlar
a
tensão de saída e obtercomutação
suavedo
tipoZVS,
aproveitando os próprioselementos parasitas
do
circuito. Desta forma, este topologiatambém
apresentaum
rendimentoelevado, apesar
do
grandenúmero
de interruptores.Os
transformadores oferecem isolamento galvânico e adaptação dos níveis de tensãoda
entrada e
da
saídado
conversor.O
estágio de saida éformado
pela associaçãoem
paralelo dos doisretificadores
em
pontomédio
e o filtro de saídaLo
e Co. .Para
o
funcionamentoadequado
desta estrutura é necessário garantir a perfeita divisãoda
energia entre os dois conversores associados. Qualquer desigualdade
pode
provocarum
desequilíbrio
de
tensão sobre os capacitores de entrada ocasionandoa
destruição dos interruptorespor sobretensão.
É
necessário então implementaruma
malha
de controleda
tensão sobrecada
um
2.4.3.2
Conversor
CC-CC
ZVS
IsoladoDuplo
Ponte
Completa Acoplado Magneticamente
(DPCM)
'Conforme
descritono
item 2.4.3.1, a associação série de conversores pontecompleta
só operaadequadamente
se for possível garantir a perfeita divisãoda
energia entre os conversores.Esta condição
pode
ser obtida acoplandomagneticamente
os conversores atravésdo
transformador de potência,conforme
mostra a Fig. 2.7.O
conversor continua sendoformado
pela associação série de dois conversores Ponte Completa. Entretanto, elesempregam
omesmo
transformador de potência e omesmo
circuito decontrole,
comandando
os interruptores equivalentes de cadaum
deles simultaneamente.O
transformadorcontem
dois enrolamentos primários idênticos, conduzindoa
corrente dosdois conversores, e
um
enrolamento secundário único, alimentando a carga.As
pequenas
diferenças de tensão sobre os capacitores de entrada são corrigidas naturalmente pela transferência
de energia de
um
conversor para outro atravésdo
transformador.A
comutação
suavedo
tipoZVS
é obtidaempregando
a técnica demodulação
pordeslocamento de fase e freqüência fixa, aproveitando os próprios elementos parasitas
do
circuito.Desta forma, é possível obter
um
bom
rendimentocom
esta topologia, apesardo
número
elevado de interruptores.De
ual uermodo
› ainda assim é conveniente ue os ulsos decomando
e os arâmetrosP
dos dispositivos sejam
aproximadamente
iguais para atingirum
bom
equilíbrio.S1 S2 Lr1 T"1 VÍ/2 +
