Análise Comparativa De Conversores Monofásicos Aplicados À Correção De Fator De Potência

Fernando Beltrame; Leandro Roggia; Luciano Schuch; José Renes Pinheiro

doi:10.18618/REP.2010.4.284293

Authors

Fernando Beltrame Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul, Ibirubá – RS, Brasil
Leandro Roggia Grupo de Eletrônica de Potência e Controle – GEPOC, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria – RS, Brasil
Luciano Schuch Grupo de Eletrônica de Potência e Controle – GEPOC, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria – RS, Brasil
José Renes Pinheiro Grupo de Eletrônica de Potência e Controle – GEPOC, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria – RS, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2010.4.284293

Keywords:

Boost, dual boost, intercalado, PFC

Abstract

Esse trabalho apresenta um estudo comparativo entre conversores monofásicos aplicados à correção de fator de potência. Os conversores sob análise são o conversor boost, o conversor boost intercalado, e o conversor dual boost. Tais conversores são utilizados como estágio de entrada em fontes de equipamentos da tecnologia da informação. Nesta análise todos os conversores utilizam os mesmos parâmetros de projeto, e foram projetados para apresentarem a mesma taxa de distorção harmônica da corrente de entrada com o intuito de utilizarem o mesmo filtro de entrada. O sistema de controle utilizado é baseado em uma lei de controle de corrente preditiva e um algoritmo para detectar o modo de condução, uma vez que os conversores operam em modo de condução mista. Os parâmetros analisados para a comparação das topologias são: fator de potência, taxa de distorção harmônica da corrente de entrada, perdas nos dispositivos semicondutores e magnéticos, volume dos dissipadores e materiais magnéticos, interferência eletromagnética conduzida, eficiência e custos.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Fernando Beltrame, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul, Ibirubá – RS, Brasil

nascido em Janeiro de 1982 em Santa Rosa, Brasil, é engenheiro eletricista (2006), mestre (2009) pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Atualmente é aluno de doutorado do Programa de Pós Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Maria. Suas áreas de interesse incluem eletrônica de potência, PFC, interferência eletromagnética, geração distribuída entre outros.

Leandro Roggia, Grupo de Eletrônica de Potência e Controle – GEPOC, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria – RS, Brasil

nascido em Abril de 1985 em Santa Maria, Brasil, é engenheiro eletricista (2008), mestre (2009) pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Atualmente é aluno de doutorado do Programa de Pós Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Maria. Suas áreas de interesse incluem eletrônica de potência, controle de conversores, correção do fator de potência, geração distribuída, micro-redes, entre outros.

Luciano Schuch, Grupo de Eletrônica de Potência e Controle – GEPOC, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria – RS, Brasil

nascido em de 1974 em Santa Maria, é engenheiro eletricista pela Universidade Federal de Santa Maria (1999); mestrado e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria (respectivamente em 2001 e 2007). Atualmente é Professor Adjunto e chefe do Departamento de Processamento de Energia Elétrica (DPEE) da UFSM. Suas áreas de interesse incluem Circuitos Eletrônicos, atuando principalmente no desenvolvimento de conversores de alto desempenho, integração de sistemas, técnicas de comutação suave e fontes alternativas de energia.

José Renes Pinheiro, Grupo de Eletrônica de Potência e Controle – GEPOC, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria – RS, Brasil

nascido em de 1958 em Santa Maria, Brasil, é engenheiro eletricista pela Universidade Federal de Santa Maria (1981), mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (1984) e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (1994), Pós-doutorado pela VTech, VA, EUA (2002). Atualmente é professor titular da Universidade Federal de Santa Maria. Suas áreas de interesse incluem conversores Multiníveis Hibrido, UPS, Fontes para Telecomunicação e Servidores, Modelagem e Controle de Conversores Estáticos, Integração de Sistemas e Técnicas de Comutação Suave, Correção de Fator de Potência, Fontes de Alimentação e Geração distribuídas.

References

R. W. Erickson; D. Maksimovic, Fundamentals of power electronics, Kluwer Academics Publishers, 2ª Edição, Colorado, 2001. https://doi.org/10.1007/b100747 DOI: https://doi.org/10.1007/b100747

N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, Power Electronics: converters, applications and design,. John Wiley & Sons, 2ª Edição, New York, 1995.

"Power Factor Correction (PFC) Handbook - Choosing the Right Power Factor Controller Solution", ON Semiconductor, Reference Manuals, Doc. ID: HBD853/D, www.onsemi.com, 2004.

F.T. Wakabayashi, C. A. Canesin, "Retificador Pré-regulador Boost Com Elevados Fator De Potência E Rendimento, Para Sistemas De Telecomunicações", Eletrônica de Potência, vol.7, no. 1, pp. 71-78, Nov 2002. https://doi.org/10.18618/REP.2002.1.071078 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2002.1.071078

C. M. O. Stein, J. R. Pinheiro, H. L. Hey, "Correção De Fator De Potência Com Conversores Boost Zcs Entrelaçados Operando No Modo De Condução Crítica",Eletrônica de Potência, vol.5, no. 1, pp. 28-34, May 2000. https://doi.org/10.18618/REP.2000.1.028034 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2000.1.028034

J.E. Baggio, H.L. Hey, H.A. Gründling, H. Pinheiro, J.R. Pinheiro, "Modelagem E Controle Discreto Para O Retificador Pfc Boost Três Níveis", Eletrônica de Potência, vol.7, no. 1, pp. 54-61, Nov. 2002. https://doi.org/10.18618/REP.2002.1.054061 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2002.1.054061

C. A. Gallo, J. A. C. Pinto, L. C. de Freitas, V. J. Farias, E. A. A. Coelho, J. B.Vieira Jr, "A Soft-switched Pwm Interleaved Boost-flyback Converter With Power Factor Correction", Eletrônica de Potência, vol.9, no. 2, pp. 29 - 35, Nov. 2004. https://doi.org/10.18618/REP.2004.2.029035 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2004.2.029035

C. A. Gallo, F. L. Tofoli, J. A. C. Pinto, E. A. A. Coelho, L. C. Freitas, V. J. Farias, J. B. Vieira Jr, "Association Of An Interleaved Boost-flyback Converter And A Full Bridge Converter In A Soft-switching High Power Factor Power Supply", Eletrônica de Potência, vol.9, no. 2, pp. 61-68, Nov. 2004 https://doi.org/10.18618/REP.2004.2.061068 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2004.2.061068

F. J. M. de Seixas, C. M. de Seixas, C. A. Canesin, "A 300a Dynamic Electronic Load Based On Modified Buck+boost Interleaved Converter", Eletrônica de Potência, vol. 11, no. 3, pp. 61-68, Nov. 2006. https://doi.org/10.18618/REP.2006.3.161166 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2006.3.161166

R. Martinez, "A High-Performance Single-phase Rectifier with Input Power Factor Correction", IEEETransactions on Power Electronics, vol 11, , pp 311 - 317, March 1996. https://doi.org/10.1109/63.486181 DOI: https://doi.org/10.1109/63.486181

Y. Yao, Y. Chen, "Analysis and Design of One-Cycle-Controlled Dual-Boost Power Factor Corrector", in Proc of IPEMC, vol.2, pp.1-4, Aug. 2006. https://doi.org/10.1109/IPEMC.2006.297298 DOI: https://doi.org/10.1109/IPEMC.2006.297298

L. Huber, Y. Jang, M. M. Jovanovic, "Performance Evaluation of Bridgeless PFC Boost Rectifiers", IEEETransactions on Power Electronics, vol.23, no.3, pp. 1381-1390, May 2008. https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.921107 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.921107

H. Ye, Z. Yang, J. Dai, C. Yan, X. Xin, and J. Ying, "Common mode noise modeling and analysis of dual boost PFC circuit", in Proc of INTELEC, pp. 575-582, 19-23, 2004.

D. A. B. Zambra, C. Rech, J. R. Pinheiro, "A Comparative analysis between the symmetric and the hybrid asymmetric nine-level series connected H-bridge cells inverter", in Proc of EPE, pp. 1-10, 2007. https://doi.org/10.1109/EPE.2007.4417714 DOI: https://doi.org/10.1109/EPE.2007.4417714

F. Beltrame, H. C. Sartori, J. R. Pinheiro, "Estudo Comparativo de Pré-Reguladores para Correção de Fator De Potência da Família Boost", in Proc of CBA, 2008.

J. Liu; T. G. Wilson Jr, R. C. Wong, R. Wunderlich, F. C. Lee, "A method for inductor core loss estimation in power factor correction applications", in Proc of APEC,vol.1, pp. 439-445, 2002.

"2008 Magnetics Powder Cores Design Manual and Catalog" Magnetics®, Inc.,http://www.mag-inc.com.

D. Damasceno,L. Schuch, J. R. Pinheiro, "Design Procedure to Minimize Boost PFC Volume Concerning the Trade-offs Among Switching Frequency, Input Current Ripple and Soft-Switching", in Proc. of PESC,pp.2333-2338, 2005

H. C. Sartori, H. L. Hey, J. R. Pinheiro, "An optimum design of PFC Boost Converters", in Proc of EPE, pp. 1-10, 2009.

F. Beltrame, L. Roggia, A. R. Abaide, L. Schuch, J. R. Pinheiro, "EMI investigation yield by single-phase PFC pre-regulators", in Proc. of IECON,pp. 4128-4133, 2009. https://doi.org/10.1109/IECON.2009.5415093 DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2009.5415093

Y. Liyu, L Bing, D. Wei, L. Zhiguo, X Ming, F. C. Lee, and W. G. Odendaal, "Modeling and characterization of a 1 kW CCM PFC converter for conducted EMI prediction," in Proc. of APEC, vol.2, pp. 763-769, 2004.

L. Roggia, J. E. Baggio, J. R. Pinheiro,"Comparison among digital current controllers applied to power factor correction boost converters", in Proc. of ECCE, pp. 2965-2971, 2009. https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316284 DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316284

L. Roggia, F. Beltrame, J. E. Baggio, H. L. Hey, J. R. Pinheiro, "Implementation issues of a digital control system applied to a PFC boost converter", in Proc. of IECON, pp. 1519-1524, 2009. https://doi.org/10.1109/COBEP.2009.5347724 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2009.5347724