Conexão série-série de módulos CC-CC isolados

Abstract

Esta tese apresenta a associação de conversores CC-CC de duas portas conectados em série-série tanto na versão unidirecional quanto na versão bidirecional com comando único de controle. Inicialmente é realizado um estudo sobre os conversores CC-CC isolados bidirecionais de duas portas onde é proposta uma classificação para estes conversores com base no fluxo magnético de seus respectivos transformadores. Na sequência é realizado um estudo sobre a conexão série na entrada e série na saída de módulos CC-CC com característica externa em queda de tensão onde se verifica que para este tipo de módulo é possível realizar tal conexão de modo que haja equilíbrio nas tensões individuais dos módulos em ambos os lados da conversão sem a necessidade do uso de malhas de controle. Por apresentar característica externa em queda de tensão tanto no modo de condução contínua quanto no modo de condução descontínua, o conversor CC-CC isolado Ponte Completa com saída em tensão é estudado e utilizado como unidade modular da versão unidirecional da conexão série-série. O mecanismo de balanço da conxão série-série unidirecional é demonstrado analiticamente e comprovado via simulação. Resultados experimentais da conexão sériesérie unidirecional são obtidos a partir de um protótipo de 4 módulos, 4 kW, 1600V na entrada, 1600V na saída, 40 kHz e incluem operação em malha aberta, degrau na tensão de entrada e degrau de carga. O conversor Dual Active Bridge  DAB é estudado e utilizado como unidade modular da versão bidirecional da conexão série-série. Verificou-se analiticamente que na conexão série-série de módulos DAB sem perdas as tensões nos capacitores de cada módulo, tanto do lado  A quanto do lado  B da conversão, oscilam indefinidamente quando há um desequilíbrio nestas tensões, porém, ocorre o equilíbrio nestas tensões em termos de valores médios. Para a extinção das referidas oscilações é necessário que haja perdas de modo a proporcionar amortecimento para anulação das oscilações. Resultados experimentais da conexão série-série bidirecional são obtidos a partir de um protótipo de 4 módulos, 4 kW, 1600V no lado  A , 1600V no lado  B , 40 kHz e incluem operação em malha aberta com fluxo direto e operação em malha aberta com fluxo direto e reverso de modo a comprovar a bidirecionalidade do conversor. <br>

Abstract : This thesis presents the association of DC-DC converters with two ports connected in series-series in both unidirectional and bidirectional version with single control. Initially is carried out a study on the isolated bidirectional DC- DC converters with two ports where it is proposed a classification for these converters based on magnetic flux in their transformers. In the sequence is carried out a study on the modular input-series and output-series connection of DC-DC converters with external characteristic type voltage drop where it can be seen that for this type of module it is possible to perform such a connection, so that there is balance in voltages of individual modules in both sides of the conversion without the need to use a control loop. By presenting external characteristic type voltage drop in both continuous conduction as in discontinuous conduction mode, the isolated DC-DC converter Full Bridge with voltage output is studied and used as a modular unit of unidirectional series-series connection version. The unidirectional series-series connection balance mechanism was analytically demonstrated and proven by simulation. Experimental Results of unidirectional series-series connection are obtained from a prototype with 4 modules, 4 kW, 1600 Vdc input, 1600 Vdc output, 40 kHz and include operation in open-loop, step on the input voltage and step load. The Dual Active Bridge  DAB converter is studied and used as a modular unit of bidirectional series-series connection version. It was verified analytically that in the series-series connection of lossless DAB modules the voltages across the capacitors of each module, both the side "A " and the "B" side of the conversion, oscillate indefinitely if there is an imbalance in these voltages, however, occurs balancing in these voltages in terms of average values. To extinguish these oscillations it is required losses to provide damping for cancellation of oscillations. Experimental results of the bidirectional series-series connection are obtained from a prototype with 4 modules, 4 kW, 1600 Vdc in side A, 1600 Vdc on side B, 40 kHz and include operation in open loop with direct power flow and operation in open loop with direct and reverse power flow in order to prove the bidirectional capability of the converter.