This work presented is DC-DC isolated ZVS Bidirectional Dual Active Bridge (DAB) single phase converter, based three-state switching cell is presented. The proposal is to apply it in photovoltaic systems with battery bank into smart networks. Basically the drive control is the duty cycle (D) of the switches and the Phase Shift (φ) of the fundamental tensions between the bridges. The gyrator modeling of the converter is presented, highlighting its natural operating characteristic as gyrator. Shows the qualitative and quantitative analysis of the converter, realizing the full study of the stages of operation of the topology and checking all sixteen regions of operation. To obtain the regions of soft-switching, the fundamental model is applied. The design procedure of the converter is presented, and the results of simulations. A 2kW prototype was developed, aimed at obtaining experimental results validate the theoretical analysis / Neste trabalho à apresentado o conversor CC-CC ZVS isolado bidirecional Dual Active Bridge (DAB) monofÃsico, baseado na cÃlula de comutaÃÃo de trÃs estados. A proposta à aplicÃ-lo em sistemas fotovoltaicos com banco de baterias em redes inteligentes. Basicamente o controle do conversor consiste na razÃo cÃclica (D) dos interruptores e o Phase Shift (φ) entre as componentes fundamentais das tensÃes entre as pontes. A modelagem por gyrator do conversor à apresentada, destacando-se sua caracterÃstica natural de funcionamento como gyrator. Mostra-se a anÃlise qualitativa e quantitativa do conversor, realizando o estudo completo das etapas de operaÃÃo da topologia e verificando todas as dezesseis regiÃes de operaÃÃo. Para obtenÃÃo das regiÃes de comutaÃÃo suave, à aplicado o modelo fundamental. O procedimento de projeto do conversor à apresentado, alÃm dos resultados de simulaÃÃes. Um protÃtipo de 2 kW foi desenvolvido, visando a obtenÃÃo dos resultados experimentais e validando a anÃlise teÃrica.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / This work presents the analysis, design example, simulations and experimental results on a soft-switching bidirectional isolated three-phase dc-dc converter using dual phase-shift control with variable duty cycle. The topology uses three single H-bridges in the primary side and a three-phase inverter in the secondary side. High-frequency isolation is ensured by using three single-phase transformers connected in open delta-wye configuration. The variation of both phase-shift (PS) angles between the H-bridge legs and/or primary and secondary sides allows controlling the power flow, while reduced reactive power flow is possible. The variable duty cycle is used to ensure a constant voltage bus and/or zero voltage switching (ZVS) operation. A detailed analysis is presented considering a model based on the fundamental components for the voltages and currents in the transformer and, aiming its validation, a second analysis from the operation stages of the converter has also been developed. Besides, the dynamic model of the converter, based on fundamental components and employing the gyrator theory has been developed. A design example with nominal values assumptions, stresses and specifications for components, discrete control system characterization and its FPGA programming are presented. Simulation and experimental results in steady state and closed-loop performance are presented and discussed to validate the proposed approach. / Este trabalho apresenta a anÃlise, exemplo de projeto, simulaÃÃes e resultados experimentais de um conversor CC-CC trifÃsico isolado bidirecional com comutaÃÃo suave, dual phase shift (DPS) e razÃo cÃclica variÃvel. A topologia utiliza trÃs pontes H monofÃsicas no lado primÃrio e um inversor trifÃsico no lado secundÃrio. A isolaÃÃo em alta frequÃncia à garantida utilizando-se trÃs transformadores monofÃsicos conectados em uma configuraÃÃo delta aberto/estrela. A variaÃÃo de ambos os Ãngulos de deslocamento de fase, entre os braÃos de uma ponte H e/ou entre os lados primÃrio e secundÃrio, permitem o controle do fluxo de potÃncia. Esta flexibilidade garante a obtenÃÃo de um baixo conteÃdo reativo na anÃlise de projeto da topologia. A razÃo cÃclica variÃvel à utilizada para assegurar um barramento constante e uma operaÃÃo dos interruptores com comutaÃÃo suave. Uma anÃlise matemÃtica da estrutura à apresentada considerando um modelo baseado em componentes fundamentais e, com o propÃsito de comprovar a validade deste modelo, uma segunda anÃlise a partir das etapas de operaÃÃo do conversor tambÃm foi desenvolvida. O modelo dinÃmico do conversor, baseado nas componentes fundamentais, tambÃm foi concebido com auxÃlio da teoria do gyrator. Um exemplo de projeto, com a obtenÃÃo de valores nominais, esforÃos e especificaÃÃes dos componentes, caracterizaÃÃo do sistema de controle discreto e sua programaÃÃo atravÃs de FPGA sÃo desenvolvidos. SimulaÃÃes e resultados experimentais do conversor operando em regime permanente e dinÃmico sÃo apresentados para validar o modelo proposto.

This paper presents the study and development of a topology of nonisolated converter operating at high frequency, which is suitable for the integration of battery banks, photovoltaic panels, and a high voltage dc link in a single conversion stage. The topology is based on the bidirectional version of the three-state switching cell and is recommended for battery charging, while a 200V dc link can be obtained in a single conversion stage using photovoltaic (PV) panels. The presented converter is able to supply a 200V dc link using a battery bank and a PV array and, depending on the solar irradiance level, it is also possible to charge the batteries by using a single conversion stage. Moreover, all the switches of the converter are able to operate under zero voltage switching (ZVS) condition over a wide operation range. The experimental results are obtained from a 500W laboratory prototype, which has been developed and tested in three situations: energy flow from the battery bank to the load, energy flow from the PV panel to the load; and energy flow from the panel to the battery bank, achieving the efficiency of 94,18%, 96,09% e 94,67% respectively. The high gain afforded by this topology and the excellent performance obtained in all operations mode, shows as a solution where the requirement of increasing the voltage to 200V or 400V from low input voltage energy sources, typically 12V, 24V or 48V, provided by batteries, solar panels or others sources of energy, for Uninterruptable Power Supply (UPS), or a DC link, for example. / Este trabalho tem por escopo apresentar o estudo e desenvolvimento de um conversor CC-CC nÃo isolado de trÃs portas, adequado à integraÃÃo em um Ãnico estÃgio de conversÃo: um banco de baterias, um conjunto de painÃis fotovoltaicos e o link CC. A topologia proposta apresenta um conversor boost de alto ganho baseado na versÃo bidirecional da cÃlula de comutaÃÃo de trÃs estados na qual se tem integrado um banco de baterias e um conjunto de painÃis fotovoltaicos com capacidade para gerar um barramento CC de 200V em um Ãnico estÃgio de processamento. A caracterÃstica bidirecional da topologia permite aos painÃis fotovoltaicos carregar as bateiras e alimentar a carga dependendo da incidÃncia solar. No caso de ausÃncia de sol, o banco de baterias supre a carga. Outra importante caracterÃstica deste conversor à a comutaÃÃo suave em modo ZVS para todas as chaves. Foi desenvolvido um protÃtipo experimental com potÃncia nominal de 500W de forma a validar todo o embasamento teÃrico e de simulaÃÃo apresentados. O conversor desenvolvido foi submetido a trÃs condiÃÃes: o fluxo de energia da bateria para a carga, do painel fotovoltaico para a carga e do painel para o banco de baterias, sendo obtido o rendimento de 94,18%, 96,09% e 94,67% respectivamente para cada condiÃÃo. AlÃm disso, as formas de ondas experimentais e de simulaÃÃo para cada condiÃÃo e o comparativo de rendimento de topologias, tambÃm sÃo apresentados. O alto ganho e o rendimento alcanÃado nesta topologia, a torna uma forte soluÃÃo quando hà necessidade de elevar a tensÃo a partir de baterias ou painÃis fotovoltaicos, quando os valores fornecidos por estes geralmente sÃo de 12V, 24V ou 48V. Ressalte-se que este trabalho contribui cientificamente na Ãrea da eletrÃnica de potÃncia, mais especificamente, no que concerne ao estudo e desenvolvimento de novas topologias de conversores CC-CC nÃo isolados de trÃs portas para aplicaÃÃes em energias renovÃveis.