Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-25T15:39:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299784.pdf: 5339607 bytes, checksum: 16973c0b19249c488758e2cdf6fae4e2 (MD5) / Neste trabalho são propostos cinco novos conversores CC-CC isolados em alta frequência do tipo push-pull, dentre os quais se tem uma estrutura monofásica e quatro estruturas trifásicas. Os conversores propostos preservam as características dos conversores clássicos do tipo push-pull como: o fluxo magnético no transformador varia em dois quadrantes, o número reduzido de semicondutores, e a facilidade no acionamento dos interruptores visto que não há necessidade de circuito de comando isolado. O conversor monofásico tem como característica principal a operação em toda a faixa de razão cíclica (0 a 100%). Este circuito é obtido a partir do conversor CC-CC push-pull com duplo indutor, onde os indutores de filtragem são substituídos por transformadores flybacks (princípio do conversor de Weinberg). Por outro lado, os conversores trifásicos são derivados a partir dos conversores clássicos do tipo push-pull e proporcionam características como: redução do volume dos filtros, distribuição dos esforços de corrente no circuito, e maior capacidade de dissipação térmica. Os conversores propostos são estudados qualitativa e quantitativamente em regime permanente ao longo de cinco capítulos, sendo apresentado o princípio de funcionamento nos modos de condução contínua e descontínua (MCC, MCD), o ganho estático do conversor para ambos os modos, e as expressões matemáticas para o dimensionamento dos dispositivos de potência no MCC. A análise da operação do conversor considerando as não idealidades do transformador (indutâncias de magnetização e dispersão) em alguns casos também é apresentada. Resultados de simulação são utilizados para validar o estudo teórico idealizado. Para cada conversor proposto é apresentado um exemplo simplificado de projeto, o qual é utilizado na construção do respectivo protótipo de laboratório. Os resultados experimentais obtidos dos protótipos são utilizados para a validação do funcionamento dos conversores propostos. Finalmente, as principais conclusões do trabalho são apresentadas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T18:17:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262179.pdf: 12776815 bytes, checksum: ab4349842c29a704d944dcbd017b8766 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:47:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 224196.pdf: 3377903 bytes, checksum: 00760ed5532d6cf48d26346cf83e13c3 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T09:45:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241201.pdf: 4936153 bytes, checksum: 60ae53b50f60353fa0398f3b9fd82d81 (MD5) / Este trabalho introduz uma nova célula de comutação formada por dois diodos, dois interruptores comandados, dois indutores e um capacitor. Conectada adequadamente aos terminais de uma fonte de tensão (entrada) e de uma carga, as três principais topologias dos conversores CC-CC básicos não-isolados são concebidas: buck, boost e buck-boost. A célula de comutação proposta, juntamente com uma modulação apropriada dos dois interruptores, atribui aos conversores duas características muito importantes: em nenhum instante a tensão sobre cada interruptor atinge o maior valor envolvido na conversão (entrada no buck e saída no boost) ou a soma das tensões de entrada e saída (buck-boost), e o ganho estático varia com o quadrado da razão cíclica, tornando-os atrativos em ganhos altos, especialmente o conversor boost. Além disso, o fato de haver dois interruptores acrescenta aos conversores um grau de liberdade a mais em relação às topologias convencionais, representado pelo parâmetro a. Para cada conversor foi realizada uma análise teórica detalhada, incluindo etapas de operação, ganho estático ideal, principais formas de onda, ondulação de corrente nos indutores e de tensão nos capacitores, bem como a característica externa, matemática e graficamente. Os três conversores foram montados e as principais formas de onda adquiridas a fim de validar a teoria apresentada.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T12:48:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 238944.pdf: 20622091 bytes, checksum: a7e03bad9a9445e6fe4c433e72926e07 (MD5) / Este trabalho apresenta um novo conversor CC-CC, elevador de tensão, com isolamento em alta freqüência, em malha fechada, controlado por valores médios instantâneos de corrente. O referido conversor foi desenvolvido para aplicações industriais que apresentam tensão de entrada contínua e menor que a tensão de saída desejada, como também para aplicações alimentadas por baterias, células a combustível e painéis de células fotovoltaicas. Este novo conversor apresenta como principais características: reduzida ondulação de corrente drenada da fonte, isolamento em alta freqüência, reduzida ondulação da tensão, pois o capacitor é projetado para freqüência igual a três vezes a freqüência de comutação, somente três interruptores ativos conectados à mesma referência (o que é uma das suas principais vantagens). Por meio da modulação adotada o conversor apresenta duas regiões distintas de operação. Esta tese apresenta, ainda, a modelagem por valores médios instantâneos e uma estratégia de controle da corrente de entrada e da tensão de saída, bem como o equacionamento completo do conversor e os resultados experimentais para um protótipo de 6,2 kW e outro de 3,4 kW. This paper presents a new three-phase step-up DC-DC converter with a high-frequency isolation transformer in an average current-mode controlled closed loop. This converter was developed for industrial applications where the dc input voltage is lower than the output voltage, for instance in installations fed by battery units, photovoltaic arrays or fuel cell systems. The converter's main characteristics are: reduced input ripple current, step-up voltage, high frequency isolating transformer, reduced output voltage ripple due to three pulsed output current and the presence of only three active switches connected at the same reference, this being a main advantage of this converter. By means of a specific switch modulation, the converter allows two operational regions. An average current-mode control strategy is applied to both input current and output voltage regulation. Theoretical expressions and experimental results are presented for both 6.2 kW and 3.4kW prototypes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T12:10:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269438.pdf: 5230317 bytes, checksum: 16e34335f88d84472c800afef4ed3082 (MD5) / presente trabalho estudou-se uma UPS de longa autonomia, utilizando Célula a Combustível, em substituição a baterias recarregáveis normalmente empregadas nessas aplicações. Um conversor de interligação entre a Célula e a UPS foi projetado, simulado e implementado, trazendo como variáveis controladas a tensão de saída e a corrente no indutor. O conversor é composto por quatro conversores Forwards, com entrada em paralelo e saída em série. Tal configuração tem o intuito de dividir a corrente de saída da Célula, e somar a tensão de saída de cada um dos conversores. O controle da tensão é também responsável por gerar a referência para o controle da corrente. Tanto a estrutura de potência, quanto de controle foram projetadas para não drenar uma corrente com ondulação da Célula, sendo que para a alta freqüência foi incluído um filtro de entrada e, para eliminar os 120Hz de ondulação provenientes da UPS, utilizou-se o controle de corrente. Os testes experimentais realizados validaram o projeto e a idéia proposta.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T18:06:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326746.pdf: 5187002 bytes, checksum: 005b9070fdcbc01e90420747ee669840 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho apresenta uma nova estrutura de conversor CC-CC (Corrente Contínua para Corrente Contínua) unidirecional, modular, adequado às aplicações em alta tensão e alta potência. Essa nova estrutura é gerada através da associação de um conversor CC-CC isolado com um conversor boost modificado topologicamente. As principais características do conversor proposto são: reduzidos esforços de tensão nos componentes, construção com base em conversores já consolidados, isolação em alta frequência, multinível de tensão no indutor de entrada e frequência de operação do indutor boost múltipla da frequência de operação dos interruptores. Uma metodologia de projeto é apresentada envolvendo a parte de eletrônica de potência e também o controle do conversor. Para validar a parte teórica, um protótipo de 6 kW com tensão de entrada de 900 V e tensão de saída de 300 V foi construído e avaliado experimentalmente. Os resultados experimentais confirmam o funcionamento do conversor, evidenciando suas características, vantagens e desvantagens que foram observadas durante os testes. Como desvantagem deste conversor, destaca-se o balanço de potência entre os módulos, o qual não é igual, porém, tolerável.<br> / Abstract : This paper presents a new structure of DC-DC unidirectional converter, suitable for high voltage and high power applications. This new structure is generating by associating DC-DC isolated converters with a topologically modified boost converter. The main features of the proposed converter are: low voltage at the components, construction based on consolidated converters, isolation at high frequency, multilevel voltage at input inductor and the frequency of the boost converter is multiple of the switching frequency. A design methodology is presented, involving the power electronics design and also the control design. To validate the theoretical analysis, a prototype of 6 kW with input voltage of 900 V and output voltage of 300 V was constructed and evaluated experimentally. The experimental results confirm the functioning of the converter, highlighting their features, advantages and disadvantages. The main disadvantage of this converter is the power balance between the modules, which is not equal, but tolerable.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2015-12-22T03:03:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336612.pdf: 10263116 bytes, checksum: ad174b5b5d79500696cec8964c92c14d (MD5) Previous issue date: 2015 / 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.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:33:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310350.pdf: 17052017 bytes, checksum: 4e316fff0da3fb0057a4349a83edb3ce (MD5) / Esta tese propõe uma topologia de conversor CC-CC trifásico de três níveis, modulado por largura de pulso e com comutação suave. A análise estática dos sete modos de condução descontínua e dos seis modos de condução contínua é apresentada no decorrer do documento. A análise dinâmica do conversor voltada para a operação em condução contínua também é apresentada, fornecendo a função de transferência que relaciona a tensão de saída com a razão cíclica. A comutação dos doze interruptores comandados é investigada em detalhes, enfatizando-se a condução contínua, onde há a possibilidade de obtenção de comutação suave do tipo ZVS em todos os doze interruptores do conversor. Para a comprovação das análises apresentadas, realiza-se a simulação numérica e a experimentação através de um protótipo de 10 kW, 800 V de tensão de entrada, 200 V de tensão de saída e 40 kHz do conversor proposto. / This thesis proposes a three-level three-phase pulse-width-modulated soft-switched DC-DC converter. The static analysis of seven discontinuous conduction modes and six continuous conduction modes is carried out. The dynamic analysis is also performed, providing the output voltage to duty cycle transfer function. The commutation of all converter switches is detailed, emphasizing the continuous conduction, where there is the possibility of achieving zero-voltage-switching for all the twelve converter switches. In order to validate the presented analyses, the computer aided simulation and experimental results from a prototype rated at 10 kW, 800 V input voltage, 200 V output voltage, and 40 kHz are performed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T00:06:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 252069.pdf: 1081803 bytes, checksum: 1e06950f43e87071a2b3915f1a9f7665 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo e a implementação prática de um circuito de grampeamento ativo empregando o conversor Forward aplicado ao estágio retificador Hybridge de um conversor CC-CC Três Níveis-ZVS-PWM. A generalização do circuito de grampeamento para aplicação nos estágios retificadores de Onda Completa, com Derivação Central e Hybridge é apresentada, assim como o uso de uma malha de controle realimentada para a tensão de grampeamento. A análise do circuito de grampeamento aplicado ao estágio retificador Hybridge apresentou os principais parâmetros que influenciam o comportamento do circuito e os principais esforços de tensão e de corrente nos seus componentes. Uma metodologia de projeto e os resultados experimentais do circuito de grampeamento aplicado a um conversor CC-CC Três Níveis-ZVS-PWM com tensão de entrada de 900V, tensão de saída de 60V, freqüência de comutação de 35kHz e potência de saída de 24kW são por fim apresentados.