Retificador Ćuk Bridgeless Monofásico Operando no Modo de Condução Descontínuo

Anderson J. Balbino; Leandro B. K. Fisch; Telles B. Lazzarin

doi:10.18618/REP.2019.2.0027

Authors

Anderson J. Balbino Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis - SC Instituto de Eletrônica de Potência (INEP), Florianópolis - SC, Brasil
Leandro B. K. Fisch Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis - SC Instituto de Eletrônica de Potência (INEP), Florianópolis - SC, Brasil
Telles B. Lazzarin Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis - SC Instituto de Eletrônica de Potência (INEP), Florianópolis - SC, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2019.2.0027

Keywords:

Correção do fator de potência, Modo de Condução Descontínuo, Retificador Cuk Bridgeless

Abstract

Este artigo contribui com a análise estática, dinâmica e a verificação experimental de um retificador Cuk bridgeless monofásico operando no modo de
condução descontínuo (DCM). A ausência de uma ponte retificadora de entrada e a presença de apenas dois semicondutores de potência no caminho da corrente
reduz as perdas em comparação com o retificador Cuk convencional. Os dois interruptores são controlados simultaneamente através de um único pulso de comando, o que reduz a complexidade do circuito de acionamento. O alto fator de potência é naturalmente obtido por meio do DCM, sem a necessidade do controle da corrente de entrada. De modo a validar a análise teórica desenvolvida, foi construído um protótipo de laboratório de 300 W, com tensão eficaz de entrada de 220 V e tensão de saída de 96 V. São demonstrados resultados experimentais com malha de controle da tensão de saída do conversor, o qual, em potência nominal, apresentou um rendimento de 93,3 % e uma corrente de entrada com THD menor que 3 %.

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Author Biographies

Anderson J. Balbino, Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis - SC Instituto de Eletrônica de Potência (INEP), Florianópolis - SC, Brasil

nasceu em Barão de Cotegipe, Rio Grande do Sul, Brasil, em 1995. Recebeu o grau de Engenheiro Eletricista pela Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões (URI) - Campus de Erechim. Atualmente é aluno de mestrado do Instituto de Eletrônica de Potência (INEP) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Seus temas de interesse abordam processamento eletrônico de energia elétrica aplicado à fontes renováveis e sistemas interligados à rede elétrica. É membro da Associação Brasileira de Eletrônica de Potência (SOBRAEP) e da IEEE.

Leandro B. K. Fisch, Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis - SC Instituto de Eletrônica de Potência (INEP), Florianópolis - SC, Brasil

nasceu em Erechim, Rio Grande do Sul, Brasil, em 1995. Recebeu o grau de Engenheiro Eletricista pela Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões (URI) - Campus de Erechim. Atualmente é aluno de mestrado do Instituto de Eletrônica de Potência (INEP) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Sua área de interesse é processamento eletrônico de energia elétrica aplicado à fontes renováveis.

Telles B. Lazzarin, Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis - SC Instituto de Eletrônica de Potência (INEP), Florianópolis - SC, Brasil

nasceu em Criciúma, Santa Catarina, Brasil, em 1979. Recebeu o grau de Engenheiro Eletricista, Mestre e Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, Brasil, em 2004, 2006 e 2010, respectivamente. Atualmente é professor no Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da UFSC. A área de concentração do Prof. Telles é em eletrônica de potência, com ênfase em energias renováveis (principalmente eólica de pequeno porte), inversores de tensão e conversores estáticos a capacitor chaveado. Prof. Telles é membro da SOBRAEP e do IEEE.

References

G. Tibola, Conversor CA-CC trifásico em estágio único com isolamento em alta frequência baseado no conversor CC-CC SEPIC operando no modo de condução descontínuo, Tese de Doutorado, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis,2013.

B. Singh, B. N. Singh, A. Chandra, K. Al-Haddad, A. Pandey, D. P. Kothari, "A review of single-phase improved power quality AC-DC converters", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 50, no. 5,pp. 962-981, 2003.https://doi.org/10.1109/TIE.2003.817609 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2003.817609

H. Z. Azazi, S. M. Ahmed, A. E. Lashine, "A review of single-phase improved power quality AC-DC converters", Nineteenth International Middle East Power Systems Conference (MEPCON), 2017.

W. Y. Choi, J. M. Kwon, B. H. Kwon, "High-performance front-end rectifier system for telecommunication power supplies", IEE Proceedings- Electric Power Applications, vol. 153, no. 4, pp.473-482, 2006.https://doi.org/10.1049/ip-epa:20050257 DOI: https://doi.org/10.1049/ip-epa:20050257

D. Patil, M. Sinha, V. Agarwal, "A cuk converter based bridgeless topology for high power factor fast battery charger for electric vehicle application", IEEE Transportation Electrification Conference and Expo(ITEC), 2012.https://doi.org/10.1109/ITEC.2012.6243481 DOI: https://doi.org/10.1109/ITEC.2012.6243481

F. Musavi, W. Eberle, W. G. Dunford, "A High-Performance Single-Phase Bridgeless Interleaved PFC Converter for Plug-in Hybrid Electric Vehicle Battery Chargers", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 47, no. 4, pp. 1833-1843, 2011.https://doi.org/10.1109/TIA.2011.2156753 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2011.2156753

J. C. Fischer, J. A. da Silva, Y. R. de Novaes,S. V. G. Oliveira, "A front-end bridgeless powerfactor corrector for electric vehicle battery chargers", Eletrônica de Potência, Joinvile, vol. 22, no. 4, pp.389-397, 2017.https://doi.org/10.18618/REP.2017.4.2707 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2017.4.2707

V. Bist, B. Singh, A. Chandra, K. Al-Haddad, "An adjustable speed PFC bridgeless-SEPIC fed brushless DC motor drive", IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2015.https://doi.org/10.1109/ECCE.2015.7310349 DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2015.7310349

O. Garcia, J. Cobos, R. Prieto, P. Alou, J. Uceda," Single phase power factor correction: a survey", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 18, no. 3, pp.749-755, 2003.https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.810856 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.810856

J. P. M. Figueiredo, F. L. Tofoli, B. L. A. Silva,"A review of single-phase PFC topologies basedon the boost converter",9th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications, 2010.https://doi.org/10.1109/INDUSCON.2010.5740015 DOI: https://doi.org/10.1109/INDUSCON.2010.5740015

C. H. I. Font, Retificadores trifásicos híbridos bidirecionais com fator de potência unitário, Tese de Doutorado, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2009.

W. Zhang, L. Ruan, P. Ye, "The design and analysis of power factor pre-regulator based on boost circuit", Proceedings IPEMC 2000 Third International Power Electronics and Motion Control Conference, 2000.

H. Wei, I. Batarseh, "Comparison of basic converter topologies for power factor correction", Proceedings IEEE Southeast on '98 'Engineering for a New Era',1998.

J. Chen, D. Maksimovic, R. Erickson, "A new low-stress buck-boost converter for universal-input PPC applications", APEC 2001 Sixteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition,2002.

J. Kolar, H. Ertl, F. Zach, "A novel three-phase single-switch discontinuous-mode AC-DC buck-boost converter with high-quality input current waveforms and isolated output", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 9, no. 2, pp. 160-172, 1994.https://doi.org/10.1109/63.286809 DOI: https://doi.org/10.1109/63.286809

U. Kamnarn, V. Chunkag, "Analysis and Design of a Modular Three-Phase AC-to-DC Converter Using CUK Rectifier Module With Nearly Unity Power Factor and Fast Dynamic Response", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 24, no. 8, pp.2000-2012, 2009.https://doi.org/10.1109/TPEL.2009.2019575 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2009.2019575

G. Tibola, I. Barbi, "Isolated Three-Phase High Power Factor Rectifier Based on the SEPIC Converter Operating in Discontinuous Conduction Mode", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 11, pp.4962-4969, 2013.https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2247775 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2247775

A. D. Callegaro, I. Barbi, D. T. da Silva Borges, D. C.Martins, "Retificador trifásico isolado modular com correção do fator de potência baseado no conversor Zeta operando no modo de condução descontínuo", Eletrônica de Potência, Joinvile, vol. 23, no. 2, pp.204-215, 2018.https://doi.org/10.18618/REP.2018.2.2768 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2018.2.2768

D. S. L. Simonetti, J. Seastian, J. Uceda, "The discontinuous conduction mode Sepic and 'Cuk power factor preregulators: analysis and design", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 44, 1997.https://doi.org/10.1109/41.633459 DOI: https://doi.org/10.1109/41.633459

D. C. Martins, I. Barbi, Conversores CC-CC Básicos Não Isolados, 4 ed., Edição dos Autores, Florianópolis,2011.

A. A. Fardoun, E. H. Ismail, A. J. Sabzali, M. A.Al-Saffar, "A Comparison between Three Proposed Bridgeless 'Cuk Rectifiers and Conventional Topology for Power Factor Correction", IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies(ICSET), 2010.https://doi.org/10.1109/ICSET.2010.5684436 DOI: https://doi.org/10.1109/ICSET.2010.5684436

A. J. Sabzali, E. H. Ismail, M. A. Al-Saffar, A. A.Fardoun, "New bridgeless DCM Sepic and 'Cuk PFC rectifiers with low conduction and switching losses", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 47,2011.https://doi.org/10.1109/TIA.2010.2102996 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2010.2102996

P. J. S. Costa, Retificadores Sepic monofásicos trifásicos com elevação do ganho estático e redução dos esforços de tensão sobre os semicondutores, Tese de Doutorado, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2017.

P. J. S. Costa, C. H. I. Font, T. B. Lazzarin, "Single-Phase Hybrid Switched-Capacitor Voltage-Doubler SEPIC PFC Rectifiers", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 33, pp. 5118-5130, 2017.https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2737534 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2737534

M. Yilmaz, P. T. Krein, "Review of Battery Charger Topologies, Charging Power Levels, and Infrastructure for Plug-In Electric and Hybrid Vehicles", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 5, pp.2151-2169, 2013.https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2212917 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2212917

J. R. Nolasco, G. M. Soares, H. A. C. Braga,"High Power Factor Converter for LED Drivers Basedon Isolated 'Cuk Topology",Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos (SBSE), 2018.https://doi.org/10.1109/SBSE.2018.8395865 DOI: https://doi.org/10.1109/SBSE.2018.8395865