Conversor CC-CC de Alto Ganho Obtido pela Combinação entre Redes de Indutor e de  Capacitor Chaveados

Marcos A. Salvador; Thamires P. Horn; Telles B. Lazzarin; Roberto F. Coelho

doi:10.18618/REP.2018.2.2754

Authors

Marcos A. Salvador Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Instituto de Eletrônica de Potência – INEP, Florianópolis – SC, Brasil
Thamires P. Horn Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Instituto de Eletrônica de Potência – INEP, Florianópolis – SC, Brasil
Telles B. Lazzarin Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Instituto de Eletrônica de Potência – INEP, Florianópolis – SC, Brasil
Roberto F. Coelho Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Instituto de Eletrônica de Potência – INEP, Florianópolis – SC, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2018.2.2754

Keywords:

Capacitor chaveado, Conversor CC-CC elevador de alto ganho, Indutor chaveado

Abstract

Este artigo apresenta um conversor CC-CC elevador não isolado, obtido a partir da combinação de uma rede ativa de indutores chaveados com uma rede passiva de capacitores chaveados. O conversor proposto pode alcançar ganhos de tensão elevados (>10) e caracteriza-se por apresentar reduzido número de componentes e baixos esforços de tensão nos interruptores. O artigo apresenta o princípio de operação do conversor em modo de condução contínua e descontínua, suas principais formas de onda, equacionamento considerando parâmetros parasitas e análise comparativa com outros conversores de similar ganho, previamente publicados na literatura. A validação experimental do conversor proposto é alcançada por meio de um protótipo com potência nominal de 200 W, tensão de entrada de 20 V, tensão de saída de 260 V, frequência de comutação de 50 kHz e rendimento nominal de 94,27%.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Marcos A. Salvador, Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Instituto de Eletrônica de Potência – INEP, Florianópolis – SC, Brasil

nascido em junho de 1985 em Blumenau, é Engenheiro Eletricista (2012), e Mestre (2014) pela Fundação Universidade Regional de Blumenau (FURB). Atualmente cursa doutorado na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) no Instituto de Eletrônica de Potência (INEP). Atuou na indústria eletroeletrônica de 1999 a 2012 e como professor no ensino superior de 2014 a 2016. Suas áreas de interesse incluem modelagem e controle de conversores estáticos, conversores CC-CC de alto ganho, inversores, energias renováveis, armazenamento de energia, processamento digital de sinais. Marcos Antônio Salvador é membro da SOBRAEP.

Thamires P. Horn, Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Instituto de Eletrônica de Potência – INEP, Florianópolis – SC, Brasil

nasceu em São Miguel do Oeste. Atualmente, é graduanda em Engenharia de Controle e Automação na Universidade Federal de Santa Catarina. Suas áreas de interesse incluem estabilidade de microrredes e técnicas de controle aplicadas a conversores estáticos.

Telles B. Lazzarin, Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Instituto de Eletrônica de Potência – INEP, Florianópolis – SC, Brasil

nascido 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 adjunto no Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da UFSC e pesquisador no Instituto de Eletrônica de Potência (INEP). Suas áreas de interesse incluem processamento de energia renovável (principalmente eólica de pequeno porte), inversores de tensão e conversores estáticos a capacitor chaveado. Prof. Telles é membro da SOBRAEP, PELS, IES e IAS.

Roberto F. Coelho, Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Instituto de Eletrônica de Potência – INEP, Florianópolis – SC, Brasil

nasceu em Florianópolis, em agosto de 1982. Recebeu o título de Engenheiro Eletricista, Mestre e Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, Brasil, em 2006, 2008 e 2013, respectivamente. Atualmente é professor do Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da mesma instituição, onde desenvolve trabalhos relacionados ao processamento de energia proveniente de fontes renováveis, ao controle e estabilidade de microrredes e a conversores elevadores de alto ganho e de alto rendimento. Prof. Roberto é membro da SOBRAEP e do IEEE.

References

R. W. Erickson, D. Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, Kluwer, 2ª Edição, Norwell, 2001.https://doi.org/10.1007/b100747 DOI: https://doi.org/10.1007/b100747

W. Li, X. He, "Review of nonisolated high-step-up dc/dc converters in photovoltaic grid-connected applications," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no.4, pp. 1239-1250, Abril 2011.https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2049715 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2049715

F. L. Tofoli, D. C. Pereira, W. Josias de Paula, D. S. Oliveira Júnior, "Survey on non-isolated high-voltage step-up dc-dc topologies based on the boost converter," IET Power Electronics, vol. 8, no. 10, pp. 2044-2057, Setembro 2015.https://doi.org/10.1049/iet-pel.2014.0605 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2014.0605

N. P. Papanikolaou, E. C. Tatakis, "Active voltage clamp in flyback converters operating in CCM mode under wide load variation," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 51, no. 3, pp. 632-640, Junho 2004.https://doi.org/10.1109/TIE.2004.825342 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2004.825342

C. M. Wang, "A novel ZCS-PWM flyback converter with a simple ZCSPWM commutation cell," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 55, no. 2, pp. 749-757, Fevereiro 2008.https://doi.org/10.1109/TIE.2007.911917 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2007.911917

S.-M. Chen, T.-J. Liang, L.-S. Yang, J.-F. Chen, "A safety enhanced, high step-up DC-DC converter for AC photovoltaic module application," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, no. 4, pp. 1809-1817, Abril 2012.https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2170097 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2170097

Y. Berkovich, B. Axelrod, "Switched-coupled inductor cell for DC-DC converters with very large conversion ratio," IET Power Electronics, vol. 4, no. 3, pp. 309-315, Março 2011.https://doi.org/10.1049/iet-pel.2009.0341 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2009.0341

Q. Zhao, F. C. Lee, "High-efficiency, high step-up dc-dc converters," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 18, no. 1, pp. 65-73, Janeiro 2003.https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807188 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807188

T. F. Wu, Y. S. Lai, J. C. Hung, Y. M. Chen, "Boost converter with coupled inductors and buck-boost type of active clamp," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 55, no. 1, pp. 154-162, Janeiro 2008.https://doi.org/10.1109/TIE.2007.903925 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2007.903925

T.-F. Wu, T.-H. Yu, "Unified approach to developing single-stage power converters," IEEE Transactions on Aerospace and Electronics Systems, vol. 34, no. 1, pp. 211-223, Janeiro 1998.https://doi.org/10.1109/7.640279 DOI: https://doi.org/10.1109/7.640279

F. L. Luo, H. Ye, "Positive output cascade boost converters," IEE Proceedings - Electric Power Applications, vol. 151, no. 5, pp. 590-606, Setembro 2004.https://doi.org/10.1049/ip-epa:20040511 DOI: https://doi.org/10.1049/ip-epa:20040511

Y. R. de Novaes, A. Rufer, I. Barbi, "A new quadratic, three level, dc/dc converter suitable for fuel cell applications," in Proc. of Power Conversion Conference, pp. 601-607, 2007.https://doi.org/10.1109/PCCON.2007.373028 DOI: https://doi.org/10.1109/PCCON.2007.373028

M. Prudente, L. L. Pfitscher, G. Emmendoerfer, E. F. Romaneli, R. Gules, "Voltage multiplier cells applied to non-isolated dc-dc converters," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 23, no. 2, pp. 871-887, Março 2008.https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.915762 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.915762

E. H. Ismail, M. A. Al-Saffar, A. J. Sabzali, A. A. Fardoun, "A family of single-switch PWM converter with high step-up conversion ratio," IEEE Transactions on Circuits and SystemsI, Reg. Papers, vol. 55, no. 4, pp. 1159-1171, Maio 2008.https://doi.org/10.1109/TCSI.2008.916427 DOI: https://doi.org/10.1109/TCSI.2008.916427

B. Axelrod, Y. Berkovich, A. Ioinovici, "Switched-capacitor/switched-inductor structures for getting transformerless hybrid DC-DCPWM converters," IEEE Transactions on Circuits and Systems I, Reg. Papers, vol. 55, no. 2, pp. 687-696, Março 2008.https://doi.org/10.1109/TCSI.2008.916403 DOI: https://doi.org/10.1109/TCSI.2008.916403

L. Schmitz, D. C. Martins, R. F. Coelho, "Generalized High Step-Up DC-DC Boost-Based Converter With Gain Cell," IEEE Transaction on Circuits and Systems I, Reg. Papers,vol. 64, no. 2, pp. 480-493, Fev. 2017.https://doi.org/10.1109/TCSI.2016.2603782 DOI: https://doi.org/10.1109/TCSI.2016.2603782

Y. Tang, D. Fu, T. Wang, Z. Xu, "Hybrid Switched-Inductor Converters for High Step-Up Conversion," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62, no.3, pp. 1480-1490, Março 2015.https://doi.org/10.1109/TIE.2014.2364797 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2014.2364797

L. S. Yang, T. J. Liang, J. F. Chen, "Transformerless DC-DC Converters With High Step-Up Voltage Gain," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.56, no.8, pp. 3144-3152, Agosto 2009.https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2022512 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2022512

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

J. C. Rosas-Caro, J. M. Ramirez, F. Z. Peng, A. Valderrabano, "A DC-DC multilevel boost converter," IET Power Electronics, vol. 3, no. 1, pp. 129-137, Janeiro 2010. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2008.0253 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2008.0253