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.

This work developed a deep investigation about different three level three level modulation patterns that the DAB converter can operate, and the impact of these different patterns over the converter power flow and efficiency. The DAB converter can be controlled by three design variables, here defined as control trio (D1, D2, φ). D1 is the duty cycle applied to the high voltage Full Bridge, D2 is the duty cycle applied to the low voltage Full Bridge and φ is the angle between the voltages. For the selection of the control trio that allow the current flow reduction and the efficiency maximization, two algorithms based on the sweep of these variables have been developed. First, the switching frequency (fs), the transformation ratio (a) and the inductance (LHV) are defined by the weighted average efficiency (standards) which result in an optimum design (maximum efficiency) considering the transformer load curve. On the second algorithm, one figure of merit is used, here called current factor , which finds the control trio to mitigate the power flow for each operation point, specified by input and output voltages and power. As result, this work figures out the best relation of design parameters (fs, a, LHV) and of the control trio (D1, D2, φ) for all the operation range (power and voltages variations in a defined period) that results in a maximum efficiency to the DAB converter, according with the component technologies. An analysis of the conditions to get zero voltage switching on semiconductors is also performed. / Este trabalho realiza uma investigação aprofundada sobre os diferentes padrões de modulação três níveis três níveis que o conversor DAB pode assumir, e o impacto que esses diferentes padrões provocam sobre a energia circulante na estrutura e sobre o rendimento. O conversor DAB pode ser controlado por três variáveis de projeto, aqui definidos como trio de controle (D1, D2, φ). D1 é a razão cíclica aplicada ao Full Bridge do lado de alta tensão, D2 a razão cíclica aplicada ao Full Bridge do lado de baixa tensão e φ o ângulo de defasagem entre as duas tensões. Para a seleção do trio de controle que permita a redução da corrente circulante e a maximização do rendimento, foram desenvolvidos dois algoritmos baseados na varredura destas variáveis. No primeiro, através do rendimento médio ponderado (normatizado), são encontradas a frequência de comutação (fs), a relação de transformação (a) e a indutância (LHV) que resulta em um projeto ótimo (máximo rendimento) considerando a curva de carga do transformador. Já, no segundo algoritmo, é utilizada uma figura de mérito, aqui denominada de fator de corrente que encontra o trio de controle que mitiga a energia circulante para cada ponto de operação especificado pelas tensões de entrada e saída e potência. Como resultado final, este trabalho aponta a melhor combinação de parâmetros de projeto (fs, a, LHV) e do trio de controle (D1, D2, φ) para toda a faixa de operação (variações de tensões e potências no período de tempo) que implica no máximo rendimento do conversor DAB, de acordo com as tecnologias. Também é realizada uma análise das condições a serem satisfeitas para que a comutação das chaves ocorra sob zero de tensão.