Conversores cc-cc de alto ganho de tensão não isolados com rendimento elevado formados pela integração de conversores cc-cc básicos

Abstract

: Este trabalho apresenta o estudo de conversores CC-CC de alto ganho de tensão não isolado e rendimento elevado, baseado em conversores CC-CC básicos integrados, visando obter tensão elevada de saída e dar solução aos problemas das perdas devido ao grande esforço de tensão sobre os elementos. As estruturas apresentadas fazem uso da técnica de distribuição da tensão de saída, permitindo assim a utilização de componentes com valores iguais de baixa tensão e alta frequência a fim de reduzir as perdas de condução durante a comutação e os efeitos de recuperação reversa do diodo. São apresentadas duas estruturas propostas, uma de três circuitos básicos buck-boost integrados e outra de três circuitos boost convencionais integrados, as quais foram analisadas matematicamente e avaliadas em simulações numéricas computacionais. Foram propostas metodologias de projeto para cada estrutura, bem como a estratégia de comando dos interruptores. Para as duas estruturas foram montados protótipos para o teste e verificação dos resultados obtidos teoricamente e através das simulações. Os protótipos fotam projetados para processar 1 kW de potencia nominal com uma tensão de entrada de 100 V, uma tensão de saída de 400 V e uma frequência de comutação de 50 kHz. Aplicações como estágio de conversão CC-CC em fontes ininterruptas de energia, lâmpadas de alta intensidade de descarga no sistema automotivo e sistemas de conversão de energia renovável são exemplos que podem se beneficiar das vantagens apresentadas por estes conversores.

This work presents the study of the high step-up gain voltage non-isolated and high performance DC-DC converters based on the integrated basic DC-DC converters in the way of stacking, in order to boost the output voltage and to solve the problem of losses due to the large voltage stress on the components. In the proposed converters were used the distribution technique of the output voltage on the components with identical values of low voltage and high frequency, in order to reduce conduction losses on the switches and alleviated the severe reverse-recovery problem on the diodes. Two proposed converter are presented, one of this, is the integrating three basic buck-boost circuits and the other is the integrating three conventional boost circuits, which were analyzed mathematically and evaluated in numerical computational simulations. Design methodologies were proposed for each converter, as well as the switching command strategy is suggested. Two prototypes have been designed and implemented in order to test and verify the results obtained theorically and through simulations. Each prototype was designed to process 1 kW at full load with an input voltage of 100 V, an output voltage of 400 V and a switching frequency of 50 kHz. Application as front-end stage in the DC-DC convertion such as uninterruptable power supplies, high intensity discharge lamp for automobile headlamp and renewable energy conversion are some examples that can benefit from the advantages presented by these converters.