Conversores CC-CC isolados tipo T com comutação suave para altas tensões

Abstract

Este trabalho tem como objetivo apresentar novas topologias deconversores cc-cc isolados com modulação por largura de pulso ecomutação suave, ressonantes e não ressonantes, para aplicaçõescom altas tensões na saída (<1kV), baixa ou alta tensão na entrada,baseados no conversor cc-cc isolado tipo T com comutação suave. Oprimeiro conversor estudado é baseado na célula do conversor tipoT, com um filtro capacitivo conectado através de um dobrador detensão ao enrolamento secundário do transformador. Suas principaiscaracterísticas são: (a) operação simétrica, (b) modulação por largurade pulso com frequência constante, (c) comutação suave para amplafaixa de carga, (d) divisão dos esforços de tensão e (d) tensão noenrolamento primário do transformador com três níveis. Uma técnicaé proposta para aumentar a faixa de comutação suave deste conversor,para até toda a faixa de carga. O segundo conversor propostoconsiste na versão paralelo ressonante do primeiro conversor. Alémde incorporar as características do primeiro conversor, também incorporaa capacitância parasita dos enrolamentos do transformador,que possui valor elevado em aplicações com alta tensão. A terceiratopologia proposta consiste na associação do primeiro conversor comuma célula de capacitor chaveado, orientada a aplicações com altatensão na entrada, com ganho elevado. Os benefícios oferecidos pelosdois conceitos são preservados, ocorre tanto divisão nos esforços detensão dos interruptores quanto comutação suave. Dos conversoresapresentados, a versão paralelo ressonante é empregada no projetode uma fonte chaveada, que possui quatro saídas de alta tensão, dedicadaa aplicação em radar. Resultados de simulação e experimentaissustentam o uso das topologias apresentadas em aplicações com altatensão tanto na entrada quanto na saída.

Abstract : In this research, novel topologies of isolated dc-dc converters withPWM modulation and soft switching, resonants and non resonants,based on t-type dc-dc isolated converter is proposed, for high voltagepower supplies. The first topology is composed by a capacitive outputfilter connected through a voltage doubler rectifier to the transformersecondary winding of the converter, with the following features: (a)symmetrical operation, (b) pulse width modulation with constantfrequency, (c) soft switching over a wide load range, (d) reducedvoltage stresses (d) three level voltages applied to the transformerprimary winding. An improvement in soft switching load range isalso presented for this topology. The second topology is a resonantvariant of the first one, in which a parallel resonant version is analyzed.This resonant version share same features of the first topology, byintegrating the parasitics of the transformer, including the windingcapacitance, whose value can be significant for high conversion ratiotransformers. The third topology is a composition between the firsttopology and switched capacitor cells, suitable for high input voltagesand high step down operation. The features of both concepts arepreserved, such as voltage stress reduction and soft switching in allswitches. In order to evidence it s application in high voltage powersupplies, a four high voltage output power supply project for radarapplication is presented, which employs the parallel resonant version.Experimental and simulation verification for the proposed topologiesreveal new candidates for high voltage power supplies.