Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Piezoelectric transformers (PTs) allow the design of promising power supply applications, increasing
efficiency, reducing size, facilitating the achievement of high transformation ratio, besides providing
high immunity against electromagnetic noise. Due to the electrical equivalent model having resonant
characteristics, some resonant topologies are naturally suitable for these power supplies, i.e. the Class-
E, Half-Bridge, Full-Bridge and Push-pull. Among these topologies, the Class-E converter has a
highlight of having one controlled switch. The static gain of the Class-E is changed through the
switching frequency variation, while the duty cycle is adjusted with the purpose of achieving soft
switching for different switching frequencies and loads. The analisys of this process becomes complex
when the system has a high number of reactive elements. One way to simplify this analisys is applying
a normalized methodology. On this regard, the first result of this work is the normalized analisys of
the functionally of the Class-E converter, including normalized load and switching frequency
variation. This allows choosing one optimum point for the static design, without the necessity of
design parameters. The main objective of this analisys is the obtention of the duty cycle behavior in
order to have soft switching for all operation points. In a second moment, a small-signal model was
derived using the generalized averaging method, through Fourier series aproximation. The model
describes the relevant poles and zeros of the system, being accurate enough for different loads and
switching frequencies. The behavior of resonant converters changes considerably for different
operating points; therefore it is important to have a model that represents the system well. The
normalized analisys allowed simplifying the small-signal model derivation, once soft switching is
achieved for all the operation points. Experimental measurements validate either the normalized or the
small signal derivation methodologies. The measurements were achieved for a 3W step-down
converter, with universal 85-265 V AC input and 6 V DC output. / Os Transformadores Piezoelétricos (PTs) permitem o projeto de aplicações promissoras para fontes de
alimentação até 100W, melhorando a eficiência, reduzindo o tamanho, facilitando a obtenção de
grandes relações de transformação, além de proporcionar alta imunidade contra ruídos
eletromagnéticos e interferências. Os PTs apresentam modelo elétrico ressonante, trazendo a
necessidade de implementação juntamente com topologias de conversores ressonantes, como por
exemplo os conversores: Classe-E, Meia Ponte, Ponte Completa e Push-pull. Dentre estas topologias,
o conversor Classe-E se destaca por apresentar somente um interruptor controlado. O ganho estático
do conversor Classe-E é obtido através da variação da freqüência de chaveamento, e a razão cíclica
muda para atender as condições de comutação suave para diferentes freqüências e cargas. A análise
deste processo se torna complexa à medida que o sistema apresenta inúmeros elementos reativos. Uma
maneira de simplificar esta análise é utilizar uma metodologia normalizada. Devido a isso, o primeiro
resultado deste trabalho é a análise normalizada do funcionamento do conversor piezoelétrico Classe-
E, incluindo variação normalizada da frequênciade operação e da carga. Isso permite escolher um
ponto ótimo de projeto estático, sem a necessidade de parâmetros de projeto. O objetivo principal
desta análise normalizada é a obtenção do comportamento da razão cíclica para obter comutação suave
em todos os pontos de operação. Em um segundo momento, um modelo de pequenos sinais foi
derivado utilizando a metodologia do modelo médio generalizado, através de aproximação por series
de Fourier. O modelo descreve os pólos e zeros relevantes do sistema, sendo suficientemente preciso
para diferentes cargas e da frequencias de operação. O comportamento de conversores ressonantes
varia consideravelmente para diferentes pontos de operação, pois isso um modelo que permita avaliar
estes pontos de maneira precisa se faz importante. A análise normalizada permitiu simplificar a
derivação do modelo de pequenos sinais, uma vez que garante a operação em comutação suave. Para
validar a metodologia apresentada, são mostrados resultados experimentais para um conversor
abaixador de 3W, entrada universal de 85-260 V AC e saída de 6 V DC.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/8495 |
| Date | 04 August 2011 |
| Creators | Engleitner, Raffael |
| Contributors | Pinheiro, José Renes, Bisogno, Fábio Ecke, Michels, Leandro, Schuch, Luciano |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFSM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300400000007, 400, 500, 300, 300, 500, 300, 5979e88f-0899-4b78-afd6-cb650a3ececd, 683e7321-5886-45be-a77a-946b856d3459, 8f48edb1-bc86-4a24-b39e-3be7c6845bd8, 764e962e-ad13-4d56-ad86-02f7d2286eec, 4bb265ca-1959-44aa-bcbd-d994ae4ad468 |
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