Proposta, análise e implementação de técnicas de comutação sob tensão nula aplicadas a fontes cc-cc isoladas para telecomunicações
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Date
2003-08-13Author
Baggio, José Eduardo 
Primeiro orientador
Pinheiro, José Renes
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Nesta tese são propostos e estudados conversores cc-cc isolados com comutação sob
tensão nula. Especial atenção é dedicada aos conversores com conexão série de semicondutores,
que possibilitam o uso de interruptores projetados para suportar metade da tensão do barramento
cc. Um novo tipo de modulação intitulada intercalação da modulação por deslocamento de fase é
proposta, sendo aplicada a dois conversores meia-ponte conectados em série. As principais
características da modulação proposta em relação à modulação por largura de pulso são a
equalização de tensão nos capacitores de entrada e a divisão simétrica de corrente nos
interruptores. Desta forma, eliminam-se oscilações de baixa freqüência de tensão, possibilitando a
implementação de leis de controle mais rápidas e obtém-se um melhor fator de utilização dos
interruptores, possibilitando a obtenção de eficiências mais elevadas. É proposto um processo de
otimização o projeto de circuitos auxiliares de baixo custo que possibilitam comutação sob tensão
nula em toda a faixa de carga. O circuito utilizado é composto por indutores conectados em série e
em paralelo com o(s) transformador(es). O processo de otimização é aplicado a conversores em
meia-ponte conectados em série com comutação suave em toda a faixa de carga com diferentes
tipos de modulação, e ao conversor em ponte-completa isolado. Através do processo de
otimização obtém-se o conjunto de valores de indutores séries e paralelos, que maximizam a
eficiência dos conversores. Resultados teóricos e experimentais para conversores com saída de
60V-25A demonstraram que conversores com projetos otimizados podem apresentar eficiência até
2% superior à de conversores com projetos não otimizados. Além disto, é demonstrado que com o
uso de um processo de otimização, conversores com comutação suave em toda a faixa de carga
podem apresentar eficiência superior à de conversores com comutação suave em somente uma
faixa de carga, apesar da inclusão de indutores paralelos auxiliares. Uma alternativa para a
implementação de modulação por deslocamento de fase em conversores meia-ponte conectados
em série é apresentada. O conversor proposto utiliza na entrada um retificador boost três níveis, o
qual realiza a correção do fator de potência da corrente de entrada e mantém a tensão regulada do
barramento cc com divisão simétrica. O conversor série com modulação por deslocamento de fase
é conectado na saída do circuito retificador. As principais vantagens da utilização da modulação
por deslocamento de fase em relação à modulação por largura de pulso são a divisão simétrica de
corrente nos interruptores e os menores picos de corrente nos circuitos auxiliares, resultando em
menor energia reativa no conversor e maior eficiência. Um estudo comparativo entre o conversor
em ponte completa e conversores com conexão série de conversores meia-ponte com diferentes
modulações é efetuado, considerando como parâmetro a eficiência e o custo dos conversores.
Como resultado verifica-se a melhor performance e menor custo do conversor em ponte completa
para aplicações de 400V, enquanto que para tensão de 800V os conversores série apresentam
maior eficiência e menor custo, com a tecnologia atual.
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