Modulação, Modelagem e Controle do Inversor Boost a Capacitor Chaveado

Gilberto V. Silva; Jéssika M. de Andrade; Roberto F. Coelho; Telles B. Lazzarin

doi:10.18618/REP.2019.1.0030

Authors

Gilberto V. Silva Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina - IFSC, Florianópolis - SC, Brasil
Jéssika M. de Andrade 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
Telles B. Lazzarin Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Instituto de Eletrônica de Potência - INEP, Florianópolis - SC, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2019.1.0030

Keywords:

Capacitor chaveado, Inversor Boost Diferencial, Linearização de Ganho, Modelagem, Controle

Abstract

O presente artigo analisa um inversor elevador bidirecional de estágio único concebido a partir da integração entre o inversor diferencial boost e células a capacitor chaveado. O inversor boost convencional, mesmo sendo elevador, possui limitação de ganho devido às perdas e, por isso, não é capaz de atender a todas as especificações de elevação. A inserção de células multiplicadoras a capacitor chaveado permite ampliar seu ganho estático sem aumentar os esforços de tensão sobre seus componentes. No entanto, a topologia resultante é não linear e apresenta elevada quantidade de componentes armazenadores de energia, o que dificulta sua modelagem. Neste artigo, realiza-se a análise estática e dinâmica do inversor boost diferencial a capacitor chaveado sob diferentes tipos de modulação. Propõe-se um circuito equivalente e um modelo de pequenos sinais de ordem reduzida e dinâmica equivalente, além de uma técnica linearização de ganho estático que reduz consideravelmente a distorção harmônica da tensão de saída, regulada em malha fechada por meio de um controlador ressonante. O artigo ainda apresenta uma comparação entre o inversor diferencial boost e sua versão com célula multiplicadora a capacitor chaveado e valida o estudo por meio de um protótipo com potência de 250 W, tensão de entrada de 60 V, frequência de comutação de 50 kHz e tensão de saída de 220 V.

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Author Biographies

Gilberto V. Silva, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina - IFSC, Florianópolis - SC, Brasil

nasceu em Florianópolis, Santa Catarina, em 1968. É Engenheiro Eletricista (1992) e possui Mestrado (1994) em Engenharia pela Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC. Gilberto é professor do Departamento de Eletrotécnica no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina - IFSC, desde 1995. Atualmente é aluno de doutorado no Instituto Eletrônica de Potência / UFSC e seus interesses incluem conversores a capacitor chaveado, inversores, modelagem e simulação de conversores chaveados.

Jéssika M. de Andrade, Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Instituto de Eletrônica de Potência - INEP, Florianópolis - SC, Brasil

nasceu em Florianópolis, Brasil, em julho de 1994, se formou em Sistemas Eletrônicos no Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC) em Florianópolis, no ano de 2015. Recebeu o título de Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) em Florianópolis, no ano de 2018. Atualmente é aluna de doutorado em engenharia elétrica no Instituto de Eletrônica de Potência na UFSC. Seus interesses incluem modelagem e controle aplicados à eletrônica de potência, conversores/inversores com células de ganho, energia renovável e áreas afins.

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 e ao controle e estabilidade de microrredes. Prof. Roberto é membro da SOBRAEP e do IEEE.

Telles B. Lazzarin, Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, 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.

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