Conversor CC-CC isolado bidirecional para integração de banco de baterias à microrredes de corrente contínua

Abstract

Esta dissertação de mestrado propõe uma topologia de conversor CC-CC bidirecional isolada baseada na integração dos conversores meia-ponte assimétrica e push-pull alimentado em corrente para realizar a interface entre o barramento principal de uma microrrede CC e um sistema de armazenamento de energia. A energia armazenada na indutância de dispersão do transformador causa sobretensões nos interruptores do estágio push-pull, sendo estas sobretensões reguladas pelo conversor buck. O conversor opera com comutação suave do tipo ZVS nos interruptores do estágio meiaponte em ambos os fluxos de potência. Estudos teóricos a respeito do ganho estático, característica de saída, análise da comutação e cálculo dos esforços de corrente e tensão nos componentes além de uma metodologia de projeto, são demonstrados. O estudo é validado com a experimentação de um protótipo de 2kW, com tensão do barramento de 400V e tensão do banco de baterias de 48V. Atinge-se uma eficiência máxima de aproximadamente 96,3% em ambos os fluxos de potência. O conversor proposto apresenta elevado ganho de tensão, técnica de modulação única, número reduzido de interruptores e baixa ondulação de corrente no lado de baixa tensão.

Abstract: This master?s thesis proposes a bidirectional DC-DC converter topology based in the integration of asymmetric half-bridge and current-fed push-pull converters to create an interface between the main bus of a DC microgrid and an energy storage system. The energy stored in the transformer?s leakage inductance causes overvoltages in the push-pull stage switches, which are regulated by the buck converter. The converter operates with soft switching of the ZVS type on the half bridge stage switches on both flow directions. Theoretical studies on static gain, output characteristic, switching analysis and calculation of current and voltage stresses in the components, as well as a design methodology, are demonstrated. The study is validated with the experimentation of a 2kW prototype, with 400V bus voltage and 48V battery bank voltage. A maximum efficiency of approximately 96,3% is achieved in both flow directions. The proposed converter has high voltage gain, unique modulation technique, reduced number of switches and low current ripple on the low voltage side.