Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2018-02-06T03:20:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 349772.pdf: 4802894 bytes, checksum: 390ccc35cd9b3f864ac03aa395323e84 (MD5) Previous issue date: 2017 / Neste trabalho apresenta-se de um conversor cc-cc capaz de lidar com fontes de baixa tensão e elevada corrente de entrada. A topologia proposta é baseada em uma configuração de conversores Forward com entradas conectadas em paralelo e saídas conectadas em série. A referida configuração permite o compartilhamento natural da corrente de entrada entre os módulos associados e resulta e em elevado ganho estático. Mediante a aplicação de modulação phase-shift ao acionamento dos interruptores, há a possibilidade de redução do volume dos componentes que compõem o único filtro de saída da estrutura. O estudo realizado neste trabalho inclui: análise das interligações entre conversores Forward, análise das etapas de operação, formas de onda teóricas, a modelagem do conversor orientada ao controle e proposta de uma estratégia de controle. A partir de um protótipo de 1 kW e 85% de eficiência são extraídos resultados experimentais que validam a teoria e as equações derivadas ao longo do texto. / Abstract : This work presents a DC-DC converter capable of dealing with low voltage sources and high input current. The proposed topology is based on a configuration of Forward converters with parallel connected inputs and serially connected outputs. Said configuration allows a natural sharing of the input current between the associated modules and results in high static gain to the converter. By applying a phase-shift modulation to drive the switches, there is the possibility of reducing the volume of the components that make up the output filters of the structure. The study carried out in this work includes: analysis of Forward converter interconnections, analysis of the operation stages, theoretical waveforms, converter modeling oriented to control and proposal of a control strategy. From a prototype of 1 kW and 85% efficiency are extracted experimental results that validate the theory and derived equations throughout the text.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:33:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328199.pdf: 4702209 bytes, checksum: 62903d21034e4a8f1e3f3dc9e00b4d66 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho apresenta o estudo de um conversor CC-CC isolado com comutação suave, saída em corrente, para aplicações envolvendo altas potências, com nome T-Type Zero Voltage Switching Pulse Width Modulated dc-dc converter(TT-ZVS-PWM). O conversor a ser estudado possui quatro interruptores. Dois deles são submetidos à tensão de entrada, já os outros dois são submetidos à metade da tensão de entrada. Todos os interruptores comutam sob tensão nula. O conversor proposto possui as seguintes semelhanças com os conversores Full Bridge Zero Voltage Switching(FB-ZVS-PWM) e Three Level Zero Voltage Switching(TL-ZVS-PWM): (a) Operação simétrica (b) Modulação por largura de pulso com frequência constante (c) comutação sob tensão nula e (d) tensão de saída do conversor com três níveis, a ser aplicada nos terminais do primário do transformador. O trabalho é dividido em análise teórica, análise do modelo de pequenos sinais do conversor e roteiro para projeto do conversor. Um protótipo com 3 kW, 400 V de entrada, 60V de saída e frequência de comutação de 50 kHz comprova a análise desenvolvida. A eficiência obtida no protótipo foi de 93% para carga nominal e de 95,2% para 1,2 kW.<br> / Abstract : This work presents the analysis of the T-Type Zero Voltage Switching Pulse Width Modulated isolated DC-DC converter (TT-ZVS-PWM Converter). The topology is composed of four switches. Two of them are subjected to the input voltage level and the other two to half the input voltage. All primary side switches commutate under zero-voltage. The proposed converter has the following in common with the Full Bridge Zero-Voltage Switching (FB-ZVS-PWM) and the Three-Level Zero-Voltage Switching (TL-ZVS-PWM) converters: (a) symmetrical operation of the isolation transformer, (b) modulation by pulse-width with constant frequency, (c) zero voltage switching, and (d) three-level voltage applied to the primary winding of the transformer. Theoreticalanalysis, small signal model, design example and experimental results for a 3 kW, 400 VDC input, 60 VDC output, and 50 kHz switching frequency laboratory prototype, are included. Measured efficiency was 93% at full load and a peak efficiency of 95.2% occured at 1.2 kW.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-03-18T21:08:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332879.pdf: 16286741 bytes, checksum: 2005f17c524c7bac9188e821186170ee (MD5) Previous issue date: 2014 / Nesse trabalho é introduzida uma nova família de Conversores CC-CC com elevada taxa de conversão estática. Tais conversores tem origem a partir dos Conversores CC-CC básicos convencionais (Buck, Boost, Buck-Boost, Zeta, Cúk e Sepic), no qual inserindo a célula básica de comutação proposta no trabalho, é possível tornar esses conversores convencionais em conversores com elevada taxa de conversão estática, gerando os Conversores Propostos. A célula de comutação responsável por gerar a família de Conversores Propostos possui apenas semicondutores passivos, o que é uma vantagem para essas topologias. Além disso, a família de Conversores Propostos possui a vantagem de ser simétrica, isso possibilita a reflexão dos componentes superiores, gerando os componentes inferiores das novas estruturas. Essa reflexão é uma característica importante nas topologias propostas, pois reduz os esforços de tensão em seus interruptores. Seguindo a nomenclatura básica, os conversores propostos são chamados de: Duplo Buck Quadrático, Duplo Boost Quadrático, Duplo Buck-Boost Quadrático, Duplo Zeta Quadrático, Duplo Cúk Quadrático e Duplo Sepic Quadrático. Dos sete Conversores Propostos no trabalho, somente um não é originado pela célula básica de comutação. Este Conversor é chamado de Duplo Buck Quadrático Básico, e foi importante para consolidar os estudos dos Conversores CC-CC com elevada taxa de conversão estática. Algumas análises como etapas de operação em condução contínua, ganho estático e característica externa são apresentadas para todos os conversores propostos. Para provar as análises teóricas, os resultados experimentais em malha aberta são apresentados para o Conversor Duplo Buck Quadrático Básico, e em malha aberta, malha fechada e malha fechada com desequilíbrio de carga para o Conversor Duplo Boost Quadrático.<br>

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:17:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346335.pdf: 15344793 bytes, checksum: 60f169366b62bedf83ef8f8acda515d1 (MD5) Previous issue date: 2017 / Nesta dissertação é proposto um conversor cc-cc de alto ganho com divisão de esforços de corrente no estágio de entrada. A topologia proposta foi idealizada com base no conversor boost-flyback, ao qual apresenta elevado ganho de tensão, pelo fato de permitir a conexão de N saídas em série. Entretanto, em aplicações com a baixa tensão na entrada, a corrente pode apresentar elevados valores, e dessa forma, foi proposto neste trabalho a divisão de corrente na entrada através da técnica de interleavead, isto é, utilizar N conversores em paralelo. A conexão em paralelo na entrada possibilita a divisão de correntes entre os semicondutores, diminuindo as perdas do conversor, além de permitir a redução da ondulação de corrente na fonte de entrada. O estudo neste trabalho inclui o desenvolvimento da modelagem estática e dinâmica e obtenção da função de transferência do conversor proposto para posterior realização do projeto de controladores. Além disso, nesta dissertação é apresentado o dimensionamento de potência, as simulações e os resultados experimentais do conversor operando em malha aberta e fechada para uma potência de 1,2 kW.<br> / Abstract : In this work is proposed a high-gain dc-dc converter with interleaved power input stage. This converter is based in a boost-flyback topology which has as main characteristic the high voltage gain, by adding N outputs in series. However, in applications with low voltage at the input stage, the current might have high values, and therefore, in this work was proposed the current sharing at the input stage through interleaving techniques. The parallel connection at the input allows the division of currents among the semiconductors, reducing the converter losses and allowing the reduction of the current ripple at the input source. The studies include the development of static and dynamic modeling, the converter transfer function determination and controllers design. In addition, power sizing, simulations and experimental results of the converter operating in open and close looping are presented in a power of 1.2kW.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2015-12-22T03:03:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336609.pdf: 11343096 bytes, checksum: 8511f3b48ceb1ab69df6f778f6fc81ee (MD5) Previous issue date: 2015 / Neste trabalho e apresentado o estudo de uma família de conversores CC-CC bidirecionais baseada na topologia unidirecional Flyback-Push-Pull alimentado em corrente. O escopo inclui o estudo das versões com grampeamento passivo e ativo. Inicialmente, a versão com grampeamento passivo e detalhada, sendo que a descrição de suas etapas de operação em cada modo de operação e realizada e as formas de onda de suas principais grandezas, bem como seus circuitos equivalentes, são ilustradas. Expressões básicas como ganho estático e o calculo de parâmetros dos componentes são deduzidas, assim como esforços de tensão e corrente nos componentes. Uma metodologia de projeto e proposta e um exemplo com potência nominal de 800 W e apresentado empregando-a. Um protótipo e construído e resultados experimentais são obtidos para regime permanente e para transitório de carga. Em seguida, o mesmo procedimento e realizado para o conversor com grampeamento ativo. Por fim, características de interesse das topologias propostas são comparadas as do conversor DAB. / This work presents the study of a family of bidirectional DC-DC convertersbased on the unidirectional current-fed Flyback-Push-Pull topology.The scope includes the study of versions with passive and activeclamping. Initially, the passive clamping version is detailed, whereinthe description of its operation stages accomplished and its mains waveformsas well as its equivalents circuits are illustrated. Basic expressionsuch as static gain and components parameters are deducted as well asthe components voltage and current stress. A designing methodologyis proposed and a 800 watt project example is presented employing it.A prototype with the same specications is built. Experimental resultsare obtained for steady state and load transient. Thereafter, the sameprocedure is realized to the active clamping converter. Nevertheless,its rated power is 600 W. Finally, substantial features of the proposedtopologies are compared to the DAB converter ones.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-12-22T03:04:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336607.pdf: 20076045 bytes, checksum: 6c4d75b14fc1dbf51c92359e068f36d9 (MD5) Previous issue date: 2015

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T23:31:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 312254.pdf: 8757356 bytes, checksum: a27f4ccb3efdc0c63be387eb6a49c195 (MD5) / : Este trabalho apresenta o estudo de conversores CC-CC de alto ganho de tensão não isolado e rendimento elevado, baseado em conversores CC-CC básicos integrados, visando obter tensão elevada de saída e dar solução aos problemas das perdas devido ao grande esforço de tensão sobre os elementos. As estruturas apresentadas fazem uso da técnica de distribuição da tensão de saída, permitindo assim a utilização de componentes com valores iguais de baixa tensão e alta frequência a fim de reduzir as perdas de condução durante a comutação e os efeitos de recuperação reversa do diodo. São apresentadas duas estruturas propostas, uma de três circuitos básicos buck-boost integrados e outra de três circuitos boost convencionais integrados, as quais foram analisadas matematicamente e avaliadas em simulações numéricas computacionais. Foram propostas metodologias de projeto para cada estrutura, bem como a estratégia de comando dos interruptores. Para as duas estruturas foram montados protótipos para o teste e verificação dos resultados obtidos teoricamente e através das simulações. Os protótipos fotam projetados para processar 1 kW de potencia nominal com uma tensão de entrada de 100 V, uma tensão de saída de 400 V e uma frequência de comutação de 50 kHz. Aplicações como estágio de conversão CC-CC em fontes ininterruptas de energia, lâmpadas de alta intensidade de descarga no sistema automotivo e sistemas de conversão de energia renovável são exemplos que podem se beneficiar das vantagens apresentadas por estes conversores. / This work presents the study of the high step-up gain voltage non-isolated and high performance DC-DC converters based on the integrated basic DC-DC converters in the way of stacking, in order to boost the output voltage and to solve the problem of losses due to the large voltage stress on the components. In the proposed converters were used the distribution technique of the output voltage on the components with identical values of low voltage and high frequency, in order to reduce conduction losses on the switches and alleviated the severe reverse-recovery problem on the diodes. Two proposed converter are presented, one of this, is the integrating three basic buck-boost circuits and the other is the integrating three conventional boost circuits, which were analyzed mathematically and evaluated in numerical computational simulations. Design methodologies were proposed for each converter, as well as the switching command strategy is suggested. Two prototypes have been designed and implemented in order to test and verify the results obtained theorically and through simulations. Each prototype was designed to process 1 kW at full load with an input voltage of 100 V, an output voltage of 400 V and a switching frequency of 50 kHz. Application as front-end stage in the DC-DC convertion such as uninterruptable power supplies, high intensity discharge lamp for automobile headlamp and renewable energy conversion are some examples that can benefit from the advantages presented by these converters.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T21:11:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 271859.pdf: 3803604 bytes, checksum: 599ee100afac334dc860bd21c200c590 (MD5) / Esta pesquisa tem por objetivo a apresentação de um conversor CC-CC boost, controlado de forma a rastrear o ponto de máxima potência (MPPT, sigla em inglês para Rastreamento do Ponto de Máxima Potência) de um pequeno sistema de geração elétrica (menor que 5kW). O conversor aproveita a indutância intrínseca de máquinas elétricas girantes, não requer o uso de sensores como o de velocidade e posição e o seu pequeno peso e volume contribuem para a redução de custo, caso venha a se tornar um produto de mercado. No primeiro estágio desta pesquisa é apresentado um estudo sobre o gerador síncrono de ímãs permanentes de fluxo axial, o qual possui vantagens no que diz respeito à relação potência/peso e geração em baixa velocidade. Em seguida são apresentadas características do conversor e o seu sistema de controle, baseado em um circuito analógico e são realizadas simulações para comprovar a eficiência do conversor no que diz respeito ao MPPT. A confecção do protótipo é apresentada detalhando a escolha dos componentes e sua montagem. Por último, são apresentados os resultados experimentais, que confirmam os resultados esperados, e as conclusões a cerca de todo o trabalho. / This work presents a DC-DC boost converter, controlled to track the point of maximum power (MPPT - Maximum Power Point Tracking) of a small electrical generation system (less than 5kW). The converter uses the intrinsic inductance of rotating electrical machines, does not require the use of sensors such as speed and position and its small weight and volume contribute to the reduction of cost, if it become a product to market. In the first part of this work is presented a study about a permanent magnet synchronous generator of axial flux, which has advantages in that it concerns the power to weight ratio and generation at low speed. Then, the characteristics of the converter and its control system are presented, based on an analog circuit, and simulations are conducted to demonstrate the efficiency of the converter with MPPT. The confection of the prototype is presented detailing the choice of components and assembly. Finally, we present the experimental results, which confirm the expected results, and conclusions about all the work.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-24T23:33:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 284944.pdf: 4660677 bytes, checksum: 42804668ed63de89ca3b0a2ab39b369f (MD5) / In this thesis, a three-phase current-fed Push-Pull DC-DC converter and its version with active clamping and soft-switching are proposed. First, the topology with passive clamping is studied. When compared to single-phase topologies, this three-phase dc-dc converter increases the power density, uses the magnetic core of the transformer more efficiently, reduces the stresses on the switches and requires smaller filters since the input and output frequencies are three times higher than the switching frequency. To sum up, this topology uses three active switches connected to the same reference, which simplifies the gate drive circuitry. After this, the three-phase current-fed Push-Pull ZVS-PWM DC-DC converter with active clamping is proposed as an improvement to the first topology. In this converter, the active clamping technique is employed by connecting the primary side of the transformer to a three-phase full bridge of switches and a clamping capacitor. This circuit allows the energy from the leakage inductances to be reused, increasing the efficiency of the converter. If appropriate parameters are chosen, soft-switching of the switches (ZVS) can also be achieved. The soft-switching improves the efficiency even further, allows higher switching frequencies to be used and reduces the electromagnetic interference (EMI) significantly. Applications such as fuel cell systems, transportation and uninterruptable power supplies are some examples that can benefit from the advantages presented by this converter. The theoretical analysis, a design example and experimental results from a prototype implementing this topology are presented. The prototype was designed to process 4 kW at full load with an input voltage of 120 V, an output voltage of 400 V and a switching frequency of 40 kHz. / Nesta tese, um conversor Push-Pull CC-CC trifásico alimentado em corrente e sua versão com grampeamento ativo e comutação suave são propostos. Primeiramente, a topologia com grampeamento passivo é estudada. Quando comparado com topologias monofásicas, este conversor CC-CC trifásico aumenta a densidade de potência, utiliza o núcleo magnético do transformador mais eficientemente, reduz os esforços nos interruptores e requer filtros menores já que estes são submetidos a uma freqüência igual a três vezes a freqüência de comutação. Além disso, esta topologia usa três interruptores ativos conectados à mesma referência, o que simplifica os circuitos de comando de gatilho. Depois disso, o conversor Push-Pull ZVS-PWM CC-CC trifásico alimentado em corrente com grampeamento ativo é proposto como um aprimoramento à primeira topologia. Neste conversor, a técnica de grampeamento ativo é empregada conectando o lado primário do transformador a uma ponte completa trifásica de interruptores e um capacitor de grampeamento. Este circuito permite que a energia armazenada nas indutâncias de dispersão seja reutilizada, aumentando o rendimento do conversor. Utilizando-se parâmetros adequados, a comutação suave dos interruptores (ZVS) pode também ser obtida. A comutação suave melhora o rendimento do conversor, permite o uso de freqüências de comutação maiores e reduz a interferência eletromagnética (EMI). Aplicações como sistemas de células a combustível, meios de transporte e fontes ininterruptas de energia são exemplos que podem se beneficiar das vantagens apresentadas por este conversor. São apresentados a análise teórica, um exemplo de projeto e resultados experimentais para um protótipo implementando essa topologia. O protótipo foi projetado para processar 4 kW em potência nominal com uma tensão de entrada de 120 V, uma tensão de saída de 400 V e uma freqüência de comutação de 40 kHz.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T06:24:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 282758.pdf: 7911722 bytes, checksum: f3270730c76bfeb2547b67bef4f25fc1 (MD5) / Os conversores CC-CC utilizados em aplicações com tensão de entrada ou de saída elevadas tipicamente demandam transistores para tensões elevadas, causando maiores perdas de comutação. A identificação dessa demanda motivou a pesquisa em topologias de três níveis com grampeamento ativo. Nesse contexto, este trabalho apresenta estudos de conversores CC-CC com novos grampeamentos ativos de três níveis do tipo buck e do tipo boost, operando com comutação ZVS, frequeência constante e modulação PWM. Conforme apresentado de forma analítica e experimental, são alcançados maior rendimento e redução de tensão máxima aplicada aos interruptores. Essas topologias são apropriadas para conversores que requerem maior tensão de entrada ou tensão de saída.