O presente trabalho apresenta o estudo, o equacionamento, a simulação e uma metodologia de projeto para um conversor CC/CC do tipo Half-Bridge, com transformador de potência alimentado por transistores bipolares em semi-ponte, com circuito de acionamento de base proporcional isolado. O circuito possui um controle de sincronismo aplicado ao transformador de pulso responsável pelo controle das chaves semicondutoras do conversor. A metodologia de projeto do circuito de acionamento de base proporcional isolado é discutida e alguns resultados são mostrados. Além disso, pretende-se empregar esse tipo de conversor em veículos aeroespaciais devido a robustez no circuito de acionamento de base, em específico na Unidade de Suprimento de Energia do satélite universitário ITASAT. Utilizando-se o diagrama esquemático do conversor proposto é feito o equacionamento matemático, a fim de se obter a frequência de oscilação livre, ou natural, a partir do qual é proposta uma metodologia de projeto. Ao final do trabalho são comparados os resultados experimentais com a simulação, com o objetivo de melhor avaliar a metodologia proposta. / This work presents the study, equation development, simulation and a design methodology for a Half-Bridge DC/DC converter, with power transformer fed by bipolar transistors in a half-bridge configuration, with proportional base drive circuit. The circuit has a synchronism control applied to the pulse transformer responsible for controlling the semiconductor switches of the converter. The design methodology of the proportional base drive is discussed and some results are shown. In addition, this type of converter is intended to be used in aerospace vehicles due to the increased robustness of the base drive circuit, for instance, the Power Supply Unit of ITASAT Satellite. A mathematical modeling is done in order to obtain the oscillation frequency (natural frequency) of the converter, from which a design methodology is proposed. At the end of the study the experimental are compared with the simulation, in order to evaluate the proposed methodology.

O presente trabalho apresenta o estudo, o equacionamento, a simulação e uma metodologia de projeto para um conversor CC/CC do tipo Half-Bridge, com transformador de potência alimentado por transistores bipolares em semi-ponte, com circuito de acionamento de base proporcional isolado. O circuito possui um controle de sincronismo aplicado ao transformador de pulso responsável pelo controle das chaves semicondutoras do conversor. A metodologia de projeto do circuito de acionamento de base proporcional isolado é discutida e alguns resultados são mostrados. Além disso, pretende-se empregar esse tipo de conversor em veículos aeroespaciais devido a robustez no circuito de acionamento de base, em específico na Unidade de Suprimento de Energia do satélite universitário ITASAT. Utilizando-se o diagrama esquemático do conversor proposto é feito o equacionamento matemático, a fim de se obter a frequência de oscilação livre, ou natural, a partir do qual é proposta uma metodologia de projeto. Ao final do trabalho são comparados os resultados experimentais com a simulação, com o objetivo de melhor avaliar a metodologia proposta. / This work presents the study, equation development, simulation and a design methodology for a Half-Bridge DC/DC converter, with power transformer fed by bipolar transistors in a half-bridge configuration, with proportional base drive circuit. The circuit has a synchronism control applied to the pulse transformer responsible for controlling the semiconductor switches of the converter. The design methodology of the proportional base drive is discussed and some results are shown. In addition, this type of converter is intended to be used in aerospace vehicles due to the increased robustness of the base drive circuit, for instance, the Power Supply Unit of ITASAT Satellite. A mathematical modeling is done in order to obtain the oscillation frequency (natural frequency) of the converter, from which a design methodology is proposed. At the end of the study the experimental are compared with the simulation, in order to evaluate the proposed methodology.

This work presents an analysis of a Piezoelectric Transformer (TP), showing the main types of devices, characteristics, operation modes, among others important points. The parameters of Mason Classic Model are determined by frequency response analysis. The nominal load is determined considering the maximum power transfer and the efficiency from the load tests. In order to obtain a more accurate equivalent model, an optimization methodology of equivalent model is proposed. The criterion used to optimize the model is the minimum standard square error between frequency response of TP and model. To prove the results obtained by the optimization meth-odology, it is presented, in impedance graphs, the curves of model obtained by fre-quency response, optimized model and TP. The optimized model is obtained for dif-ferent segments configurations of TP. The analysis of segments has the goal to adapt the TP to specific applications, enabling the parameters adjust, to different condi-tions of load impedance to maximum power transfer, voltage gain and efficiency, among others. The Half-Bridge practical results with nominal load are presented to all segments configurations, using as resonant converter. / Este trabalho apresenta uma análise sobre Transformador Piezelétrico (TP), mostrando os principais tipos de dispositivos, características, modos de operação, en-tre outros pontos importantes. Os parâmetros do modelo clássico de Mason são de-terminados pela análise da resposta em frequência. A carga nominal é determinada levando em conta a máxima transferência de potência e o rendimento a partir de tes-tes de carga. Para obter o modelo equivalente mais preciso é proposto uma metodolo-gia de otimização do modelo equivalente. O critério utilizado para otimizar o modelo é do menor erro quadrático normalizado e ponderado entre a resposta em frequência do modelo e a resposta experimental do TP. Para comprovar os resultados obtidos pela metodologia de otimização, são apresentados gráficos de resposta em frequência do modelo obtido pela resposta em frequência, do modelo otimizado e a resposta ex-perimental do TP. O modelo otimizado é estendido para diferentes configurações de segmentos do TP. A análise dos segmentos tem como objetivo adequar o TP para aplicações específicas, possibilitando o ajustes de parâmetros, para diferentes condi-ções de resistência de carga para máxima transferência de potência, ganho de tensão e rendimento, entre outros. Resultados práticos com carga nominal são apresentados para todas configurações de segmentos, utilizando como conversor ressonante o con-versor Half-Bridge.

This master thesis presents the development of an auxiliary power supply to provide energy to sensors, gate drivers, instrumentation circuits and control of a three-stage Solid State Transformer (SST). These devices require an insulated power supply of ±15V and 5V. For reason of reliability and modularity, a distributed auxiliary source is proposed. Thus, it is necessary a power supply to provide energy to the low voltage (LV) side and another to the medium voltage (MV) side. With this proposal, the auxiliary power supply does not need to have the same galvanic insulation of the SST, 25kV. However, a local power supply must operate at high voltage levels and, consequently, contain a high step-down voltage gain. Relative to LV side, the most generally used topologies as an auxiliary power supply are discussed. However, these topologies cannot be used at the MV converters, due to the high voltage stress levels involved. A study of topologies used on medium and high voltage and which enable to reach a high step-down voltage gain is realized, and two interesting topologies for this application were found. One of them uses a Flying capacitor converter connected in cascade with a Double-Ended Flyback converter. The Flying capacitor converter lowers the DC bus voltage in a controlled manner to low voltage levels. So the Double-ended Flyback converter operates in LV and provides the insulated outputs to command circuits of SST. The other topology is a unidirectional four-level NPC converter operating as Double-ended Flyback converter. For this case, a modulation strategy that allows the converter to reach a high step-down voltage gain was also proposed. These topologies were evaluated and the one which showed the best result was the four-level Double-ended Flyback converter. This converter was implemented and the experimental results prove to be effective. For the LV side, a Half-bridge LLC resonant converter as auxiliary power supply was used. This converter operates in ZVS and performs the output voltage regulation through the operating frequency variation. The experimental results of this converter are also presented. / Este trabalho de mestrado apresenta o desenvolvimento de fontes auxiliares para alimentar sensores, circuitos de comando, instrumentação e o controle de um Transformador de Estado Sólido (SST) de três estágios. Estes dispositivos necessitam de alimentação isolada com tensões de ±15V e 5V e por questões de confiabilidade e modularidade, propõe-se a utilização de fontes auxiliares distribuídas. Assim, emprega-se uma fonte auxiliar para alimentar o lado de média tensão (MT) e outra para alimentar o lado de baixa tensão (BT). Com essa proposta, as fontes auxiliares não necessitam ter a mesma isolação galvânica do SST, 25kV. Entretanto, uma das fontes locais deve operar em níveis de tensão elevados e, por consequência, apresentar baixo ganho estático. No lado de BT, as principais topologias normalmente utilizadas como fonte auxiliar são discutidas. No entanto, devido aos altos níveis de tensão envolvidos, estas topologias não podem ser aplicadas ao conversor que opera em MT. Um estudo sobre topologias aplicadas a média tensão e que possibilitam alcançar um baixo ganho estático é realizado, sendo que duas topologias se mostram interessantes para esta aplicação. Uma consiste na utilização de um conversor de capacitores flutuantes conectado em cascata com um conversor Double-Ended Flyback. O conversor de capacitores flutuantes rebaixa a tensão do barramento CC, de forma controlada, para baixa tensão. Assim o Double-Ended Flyback opera em BT e fornece as saídas isoladas para alimentar os circuitos de comando do SST. A outra topologia trata-se de um conversor NPC de quatro níveis unidirecional operando como conversor Double-Ended Flyback. Para este caso, também foi proposta uma estratégia de modulação que permite o conversor alcançar o baixo ganho estático. Essas topologias foram avaliadas, apresentando melhor resultado a esta aplicação o conversor Double-ended Flyback de quatro níveis, conforme será demonstrado neste trabalho. Esse conversor foi implementado e os resultados experimentais comprovam o seu funcionamento. Para a fonte do lado de BT utilizou-se um conversor Half-Bridge LLC ressonante que opera em ZVS e realiza a regulação da tensão de saída pela variação da frequência de operação. Os resultados experimentais deste conversor também são apresentados.