Conversor CC-CC LLC híbrido a capacitor chaveado ZVS-FM

Abstract

Neste trabalho é apresentado o conversor CC-CC isolado com comutação suave, saída em tensão, para aplicações que envolvem altas potências (= 20 kW) e operando em alta frequência, com nome Conversor CC-CC LLC Híbrido a Capacitor Chaveado ZVS-FM (LLC-H-SC). O conversor proposto surge da integração de um célula ladder ao conversor LLC, possuindo seis interruptores, sendo que todos são submetidos à metade da tensão de entrada. Os interruptores do lado primário comutam sob tensão nula e os diodos do secundário comutam sob corrente nula. O conversor desenvolvido possui operação simétrica, modulação em frequência, comutação suave em todos os semicondutores e ganho estático pouco sensível à variação de carga. O trabalho é estruturado na análise teórica da estrutura híbrida, validação da análise por simulações e metodologia para projeto do conversor. Um protótipo com 2 kW, 1000 V de entrada, 48 V de saída e frequência de comutação de 90 kHz comprova a análise desenvolvida. O rendimento medido no protótipo foi superior a 96%, teve um valor de pico de 97,27% para 593,65 W e o rendimento para carga nominal foi estimado em 95,01%.<br>

Abstract : An isolated DC-DC converter is presented in this work with soft commutation, voltage output, for applications involving high power (= 20 kW) and operating at high frequency, named DC-DC Hybrid Switched-Capacitor LLC Resonant Converter ZVS-FM (LLC- H-SC). The proposed converter arises from the integration of a ladder cell to LLC converter, having six switches, all of which are subjected to half the input voltage. The primary side switches under zero voltage and the secondary diodes switches under zero current. The developed converter has symmetrical operation, frequency modulation, soft commutation in all semiconductors and static gain little sensitive to variation of load. The work is structured in the theoretical analysis of the hybrid structure, validation of the analysis by simulations and methodology for the design of the converter. A prototype with 2 kW, 1000 V input, 48 V output and 90 kHz switching frequency proves the analysis developed. The yield measured on the prototype was greater than 96%, had a peak value of 97.27% to 593.65 W and the yield for nominal load was estimated at 95.01%.