Conversor Boost Quadrático em Serie com o Conversor Zeta para Aplicação de Alto Ganho de Tensão

Authors

  • António M. S. S. Andrade Universidade Federal de Santa Maria – UFSM, Santa Maria - RS, Brasil
  • Luciano Schuch Universidade Federal de Santa Maria – UFSM, Santa Maria - RS, Brasil
  • Hélio Leães Hey Universidade Federal de Santa Maria – UFSM, Santa Maria - RS, Brasil
  • Mário L. da S. Martins Universidade Federal de Santa Maria – UFSM, Santa Maria - RS, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2016.4.2628

Keywords:

Alto Ganho de Tensão, Boost-Quadrático, Conversor CC-CC, Conversor Zeta, elevador de tensão

Abstract

Este artigo propõe uma abordagem diferente para combinar células de conversores PWM CC-CC em cascata e empilhadas, com o objetivo de proporcionar os benefícios de cada estrutura em um único conversor, com um único estágio de processamento de energia e um único interruptor. Além de apresentar e discutir os conceitos das conexões cascata, empilhada e a combinação de ambos, o artigo ainda propõe novas topologias baseadas nestes conceitos e analisa uma delas. O conversor escolhido para ser estudado neste artigo é denominado Boost-Quadrático-Zeta, tendo como caraterística elevado ganho de tensão, com melhoria na eficiência, simplicidade no circuito de comando e alta confiabilidade. Como o nome indica, esse conversor é obtido a partir da combinação de dois conversores CC-CC muito conhecidos na literatura, o conversor Zeta isolado e o conversor Boost-Quadrático. Em consequência disto, o conversor proposto apresenta alto ganho de tensão, baixa ondulação da corrente de entrada (característica do conversor Boost-Quadrático) e baixa ondulação da corrente de saída (característica do conversor Zeta isolado). Com o objetivo de verificar o desempenho do conversor proposto um protótipo foi implementado considerando um painel fotovoltaico de 250 W. Resultados experimentais obtidos em laboratório confirmam as análises teóricas.

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Author Biographies

António M. S. S. Andrade, Universidade Federal de Santa Maria – UFSM, Santa Maria - RS, Brasil

nascido em 1989, Ribeira Grande, Cabo Verde. Recebeu o título de Engenheiro de Controle e Automação pela UCS em 2012, concluiu mestrado em Eletrônica de Potência pela Universidade Federal de Santa Maria (GEPOC – UFSM). Atualmente é aluno de Doutorado na mesma Instituição. Áreas de Interesse: Processamento de energia fotovoltaico; Conversores de alto ganho de tensão e microinversores. É membro da SOBRAEP e da IEEE.

Luciano Schuch, Universidade Federal de Santa Maria – UFSM, Santa Maria - RS, Brasil

recebeu o título de Doutor em Engenharia Elétrica pela UFSM (2007). Atualmente é diretor do Centro de Tecnologia (CT) e professor do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) da UFSM. Atua no desenvolvimento de conversores de alto desempenho, sistemas fotovoltaicos, geração distribuída, integração de sistemas e fontes ininterruptas de energia.

Hélio Leães Hey, Universidade Federal de Santa Maria – UFSM, Santa Maria - RS, Brasil

, nascido em Santa Maria, RS, Brasil, em 1961. Recebeu o título de Engenheiro da Universidade Católica de Pelotas em 1985, e de Mestre e Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Santa Catarina, Brasil, em 1987 e 1991, respectivamente. De 1989 a 1993 esteve com a Universidade Federal de Uberlândia. Desde 1994, ele está com a Universidade Federal de Santa Maria, onde é Professor Titular. De 1995 a 1999, foi Editor da Revista Eletrônica de Potência. De 2005 a 2006 fez estágio Pós-doutoral na Universidade de Oviedo, Espanha. Seus interesses incluem: conversores de alto-desempenho, processamento parcial de energia, conversores aplicados a fontes renováveis.

Mário L. da S. Martins, Universidade Federal de Santa Maria – UFSM, Santa Maria - RS, Brasil

, nascido em 1976, em Palmeira das Missões, RS, Brasil. Recebeu os títulos de Engenheiro, Mestre e Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria, Brasil, em 1999, 2002 e 2008, respectivamente. De 2006 até 2012, atuou como pesquisador na Universidade Federal de Paraná, Pato Branco, Brasil. Desde 2012, faz parte do Departamento de Eletrônica e Computação da Universidade Federal de Santa Maria. Suas áreas de interesse são UPS, SMPS, inversores PV, carregadores de bateria de alto desempenho, reguladores chaveados em CI, e energias renováveis. É membro da SOBRAEP e algumas sociedades da IEEE.

References

X. Z. Gao, Z. X. Hou, Z. Guo, X. Q. Chen,"Reviews of methods to extract and store energy for solar-powered aircraft," Elsevier Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 44, pp. 96-108, Abril 2015. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.11.025 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.11.025

M. F. de Melo, W. Vizzotto, A. L. Kirsten, M. A. Dalla Costa, J. Garcia, "Conversor Flyback Bidirecional Conectado à Rede Elétrica Aplicado a um Sistema de Microgeração Distribuida e Iluminação Pública", Eletrônica de Potência, v. 20, n.1, p. 59-67, Dezembro2014/Feveiro. 2015. https://doi.org/10.18618/REP.2015.1.059067 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2015.1.059067

S. Vighetti, J. Ferrieux e Y. Lembeye, "Optimization and Design of a Cascaded DC/DC Converter Devoted to Grid-Connected Photovoltaic Systems," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, n. 4, pp. 2018-2027, Abril 2012. https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2167159 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2167159

S.-M. Chen, T. J. Liang, L. S. Yang e J. F. Chen, "A Cascaded High Step-Up DC-DC Converter With Single Switch for Microsource Applications," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, n. 4, pp. 1146-1153, Abril 2011. https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2090362 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2090362

G. Mukul, R. K. Singh, "Coupled inductor boost converter with enhanced ESR filter capacitor for DC microgrid applications,"in Proc. Of ICIT, pp. 963-968, 2015.

H. S. H. Chung, W. T. Yan, A. K. T. Sung, "Active cancellation of capacitor ESR and ESL effects for improving converter transient and steady-state response," in Proc. Of ECCE, pp. 723-730, 2009. https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316443 DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316443

C. H. G. dos Santos, P. F. D.-Garcia, S. I. Seleme Jr, A. P. Magalhães, "Cascaded Cell StringCurrent Diverter For Improvement Of Photovoltaic Solar Array Under Partial Shading Problems" Eletrônica de Potência, v. 20, n. 3, p. 272-282, Junho/Agosto. 2015. https://doi.org/10.18618/REP.2015.3.2542 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2015.3.2542

Y. M. Ye, K. W. E. Cheng, "Quadratic boost converter with low buffer capacitor stress,"IET Power Electronics, vol. 7, no. 5, pp. 1162-1170, Maio 2014. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2013.0205 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2013.0205

D. Maksimovic, S. Cuk, "Switching converters with wide DC conversion range," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 6, no. 1, pp. 151-157, Janeiro 1991. https://doi.org/10.1109/63.65013 DOI: https://doi.org/10.1109/63.65013

T. J. Liang, H. H. Liang, S. M. Chen, J. F. Chen; L. S. Yang, "Analysis, Design, and Implementation of a Bidirectional Double-Boost DC-DC Converter,"IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 50, no. 6, pp.3955-3962, Novembro/Dezembro 2014. https://doi.org/10.1109/TIA.2014.2315504 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2014.2315504

X. Hu, C. Gong, "A High Voltage Gain DC-DC Converter Integrating Coupled-Inductor and Diode-Capacitor Techniques,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 2, pp. 789-800, Fevereiro 2014. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2257870 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2257870

M. Prudente, L. L. Pfitscher, G. Emmendoerfer, E. F. G. 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, March 2008. https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.915762 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.915762

J. D. Navamani, M. L. Veena, A. Lavanya, K. Vijayakumar, "Efficiency comparison of quadratic boost DC-DC converter in CCM and DCM," in Proc. Of ICECS, pp. 1156-1161, 2015. https://doi.org/10.1109/ECS.2015.7124765 DOI: https://doi.org/10.1109/ECS.2015.7124765

L. S. Vilefort, F. V. R. da Silva, E. A. A. Coelho, L. C. de Freitas, J. B. V. Jr, "Conversor boost quadrático sr-zvs-qrc pwm," Eletrônica de Potência, vol. 17, pp. 393-400, Fevereiro 2012. https://doi.org/10.18618/REP.2012.1.393400 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2012.1.393400

J. B. R. F. Cabral, S. V. G. Oliveira, Y. R. de Novaes, "Conversor C.C.-C.C. Boost Quadrático para Aplicação em Fontes Alternativas", Eletrônica de Potência, vol. 18, n.3, pp.1064-1072, Junho/Agosto 2013. https://doi.org/10.18618/REP.2013.3.10641072 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2013.3.10641072

Y. J. A. Alcazar, D. de S. Oliveira, F. L. Tofoli, R. P. T. Bascope, "DC-DC Nonisolated Boost Converter Based on the Three-State Switching Cell and Voltage Multiplier Cells,"IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.60, no. 10, pp. 4438-4449, Octubro 2013. https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2213555 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2213555

K. B; Park, G. W. Moon, M. J. Youn, "Nonisolated High Step-Up Stacked Converter Based on Boost-Integrated Isolated Converter,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 2, pp. 577-587, Feveiro2011. https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2066578 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2066578

A. M. S. S. Andrade, J. R. Dreher, M. L. da S Martins, "High step-up integrated DC-DC converters: Methodology of synthesis and analysis,"in Proc. Of COBEP, pp. 50-57, 2013. https://doi.org/10.1109/COBEP.2013.6785094 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2013.6785094

Published

2016-12-31

How to Cite

[1]
A. M. S. S. Andrade, L. Schuch, H. L. Hey, and M. L. da S. Martins, “Conversor Boost Quadrático em Serie com o Conversor Zeta para Aplicação de Alto Ganho de Tensão”, Eletrônica de Potência, vol. 21, no. 4, pp. 274–284, Dec. 2016.

Issue

Section

Original Papers