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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIACENTRO DE TECNOLOGIAPROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
CONCEPÇÃO, ANÁLISE E PROJETO DE CONVERSORES CC-CC PWM
COM COMUTAÇÕES EM ZERO DE CORRENTE E ZERO DE TENSÃO,
SIMULTANEAMENTE
CONCEPCONCEPÇÇÃO, ANÃO, ANÁÁLISE E PROJETO LISE E PROJETO DE CONVERSORES CCDE CONVERSORES CC--CC PWM CC PWM
COM COMUTACOM COMUTAÇÇÕES EM ZERO DE ÕES EM ZERO DE CORRENTE E ZERO DE TENSÃO, CORRENTE E ZERO DE TENSÃO,
SIMULTANEAMENTESIMULTANEAMENTEMestrando: Eng. Carlos Marcelo de Oliveira Stein
Orientador: Prof. Dr. Hélio Leães Hey
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TransiTransiçção em Zero de Tensão (ZVT)ão em Zero de Tensão (ZVT)
iSvS
Turn-off:Pseudo ZVS
INPUT OUTPUT
Turn-on:True ZVS
INPUT OUTPUT
Auxiliary NetworkAuxiliary NetworkAuxiliary NetworkAuxiliary Network
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TransiTransiçção em Zero de Corrente (ZCT)ão em Zero de Corrente (ZCT)
iSvS
Turn-off:True ZCS
Turn-on:Pseudo ZCS
INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT
AuxiliaryNetworkAuxiliaryNetwork
AuxiliaryNetworkAuxiliaryNetwork
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Soft Switching TechniquesSoft Switching Techniques
true ZVS
pseudo ZVS
pseudo ZCS
true ZCS
ZCTZCT
iSvS
true ZVS
true ZCS
ZCZVTZCZVT
iSvS
ZVTZVT
iSvS
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TransiTransiçção em Zero de Correnteão em Zero de Correntee em Zero de Tensão (ZCZVT)e em Zero de Tensão (ZCZVT)
iSvS
Turn-on:True ZVS
Turn-off:True ZCS
INPUT OUTPUT
AuxiliaryNetworkAuxiliaryNetwork
INPUT OUTPUT
AuxiliaryNetworkAuxiliaryNetwork
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ZCZVT PWMZCZVT PWMZCZVT PWM
Dispositivo Entrada em condução BloqueioChave principal S ZCS e ZVS ZCS e ZVSDiodo de saída DRL ZVS ZCS e ZVSChave auxiliar SA ZCS ZCS e ZVS
Componentes auxiliares localizados FORA do caminho do fluxo de potência;
NÃO HÁ sobretensão nos semicondutores;Comutações suaves VERDADEIRAS para a chave principal.
L DRL
+ +
Iin
LR
DA1
DA2
CR2CR1
SA
Vi VoSDS
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Etapa 08: t7, t8Etapa 07: t6, t7Etapa 06: t5, t6Etapa 05: t4, t5Etapa 04: t3, t4Etapa 03: t2, t3Etapa 02: t1, t2Etapa 01: t0, t1
ENTRADAEM CONDUÇÃOENTRADAENTRADAEM CONDUEM CONDUÇÇÃOÃO
L DRL
+ +
I in
L R
DA1
DA2
CR2CR1
SA
Vi VoSDS
SSAVo
Vi
Iin
IL2
IL4
VC11
Iin
Vo
Iin
-Vi
vS(t) iS(t)
-vDRL(t)
iDRL(t)
iLR(t)
vCR1(t)
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Etapa 1: t0, t1Etapa 14: t13, t0Etapa 13: t12, t13Etapa 12: t11, t12Etapa 11: t10, t11Etapa 10: t9, t10Etapa 09: t8, t9Etapa 08: t7, t8
BLOQUEIOBLOQUEIOBLOQUEIO
iDRL(t)
L DRL
+ +
I in
L R
DA1
DA2
CR2CR1
SA
Vi VoSDS
vS(t)
iS(t)
-vDRL(t)
iLR(t)
vCR1(t)
SSA
Vo
Vi
Iin
IL11
VC11
Iin
Vo
Iin
-Vi
VC213
VC212VC211
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L DRL
+ +
I in
L R
DA1
DA2
C R2CR1
SA
Vi VoSDS
PLANO DE FASEPLANO DE FASEPLANO DE FASE
EQUAÇÕES DE TERCEIRA ORDEM
INVIABILIZA A APLICAÇÃO DE TÉCNICAS CONVENCIONAIS
3 COMPONENTES RESSONANTES
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PLANO DE FASEPLANO DE FASEPLANO DE FASE
NORMALIZAÇÃO
REDUÇÃO DE ORDEM
titiRL
tvtvtvRCRC 12
in
RL
inn I
ti
Ititi
xin
RCRC
xinn ZI
tvtv
ZItvtv 12
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t0, t1t7, t8
t2
t3
t4
t5
t6
t9t10
t11
t12
t13
PLANO DE FASEPLANO DE FASEPLANO DE FASE2,5
2
1,5
1
0,5
-0,5
0
-1
-1 10 2
DESCONTINUIDADES
nv
ni
2R
e
CC
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Semrestrições
ZCS
Entrada emcondução
Condição:
ZCS e ZVS
Bloqueio
CHAVEAUXILIAR
Comutações Suaves - RestriçõesComutaComutaçções Suaves ões Suaves -- RestriRestriççõesões
Condição:
ZCS e ZVS
Entrada emcondução
Condição:
ZCS e ZVS
Bloqueio
CHAVEPRINCIPAL
io VV 2 11
in
i
IZV
013 t
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EXEMPLO DE PROJETOEXEMPLO DE PROJETOEXEMPLO DE PROJETOEspecificações:
Relação de tensão:
1935,2155340
i
ov VVk
Parâmetro Valor
Potência de saída do conversor Po = 1000 W
Tensão de saída Vo = 340 V
Tensão de entrada Vi = 155 V ( 10% )
M ínimo rendimento desejado 0,95
Variação da corrente do indutor de entrada IL% 50%
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RESULTADOS DE SIMULAÇÃORESULTADOS DE SIMULARESULTADOS DE SIMULAÇÇÃOÃO
ZCS; ZVS ZCS; ZVS
CHAVE PRINCIPALCHAVE PRINCIPALCHAVE PRINCIPAL
vS
iS
(escalas: 100 V/div.; 5 A/div.; 2,5 s/div.)
Vo
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RESULTADOS DE SIMULAÇÃORESULTADOS DE SIMULARESULTADOS DE SIMULAÇÇÃOÃO
iLR
vSA
CHAVE AUXILIARCHAVE AUXILIARCHAVE AUXILIAR
(escalas: 100 V/div.; 5 A/div.; 2,5 s/div.)
ZCS ZCSZCS; ZVSZCS; ZVS
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RESULTADOS DE SIMULAÇÃORESULTADOS DE SIMULARESULTADOS DE SIMULAÇÇÃOÃO
iDRL
vDRL
ZVS ZCS; ZVS
DIODO DE SAÍDADIODO DE SADIODO DE SAÍÍDADA
(escalas: 100 V/div.; 5 A/div.; 2,5 s/div.)
Vo
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Componente Parâmetro Componente ParâmetroVi (entrada) 155 V L (filtro) 1 mH, 50 espiras (E-65/26)Vo (saída) 340 V LR 5 H, 6 espiras (E-42/15)
Razão Cíclica 0,48 CR1 e CR2 33 nF (polipropileno)Potência de Saída 1000 W S e DS HGTP7N60C3D (600 V, 7 A)
Freqüência 40 kHz SA e DA1 HGTP3N60C3D (600 V, 3 A)Cf (filtro) 330 F (eletrolítico) DRL e DA2 RHRP870 (700 V, 8 A)
RHRP870
RHRP870
L
LR
DA2
CR1+
Vi CR2+
Cf+HGTP3N60C3D
HGTP7N60C3D
DRL
S RL
SA
RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS
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RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS
ZCS; ZVS ZCS; ZVS
CHAVE PRINCIPALCHAVE PRINCIPALCHAVE PRINCIPAL
vS
iS
(escalas: 100 V/div.; 5 A/div.; 2,5 s/div.)
Vo
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iLR
vSA
RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS
CHAVE AUXILIARCHAVE AUXILIARCHAVE AUXILIAR
(escalas: 100 V/div.; 5 A/div.; 2,5 s/div.)
ZCS ZCSZCS; ZVSZCS; ZVS
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iDRL
vDRL
RESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAISRESULTADOS EXPERIMENTAIS
ZVS ZCS; ZVS
DIODO DE SAÍDADIODO DE SADIODO DE SAÍÍDADA
(escalas: 100 V/div.; 5 A/div.; 2,5 s/div.)
Vo
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90919293949596979899
100
350 450 550 650 750 850 950 1050Potência de Saída (W)
Rend
imen
to (%
)
CURVA DE RENDIMENTOCURVA DE RENDIMENTOCURVA DE RENDIMENTO
97,9 %
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COMUTAÇÕESCOMUTACOMUTAÇÇÕESÕESL DRL
+ +
I in
L R
DA1
DA2
C R2C R1
SA
Vi VoSDS
Dispositivo Entrada em condução BloqueioChave principal S ZCS e ZVS ZCS e ZVSDiodo de saída DRL ZVS ZCS e ZVSChave auxiliar SA ZCS ZCS e ZVSDiodo auxiliar DS ZVS ZCS e ZVSDiodo auxiliar DA1 ZCS e ZVS ZCSDiodo auxiliar DA2 ZVS ZCS e ZVS
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C O N C L U S Õ E SC O N C L U S Õ E SC O N C L U S Õ E S Comutações suaves para todostodos os dispositivos
semicondutores; Operação PWM; É adequada tanto com dispositivos do tipo
portadores minoritminoritááriosrios como com dispositivos do tipo portadores majoritmajoritááriosrios;
Não hNão háá sobretensão nos dispositivos; A recuperação reversa do DRL é minimizadaminimizada; O circuito auxiliar está localizado fora do caminhofora do caminho
do fluxo de potência sendo acionado apenas durante as comutadurante as comutaççõesões;
Nas implementações práticas não foi necessnão foi necessááriorio o uso de circuitos grampeadores.