RENÉ PASTOR TORRICO BASCOPÉ CONVERSORES CC-CC ZVS-PWM DUPLO FORWARD COM ACOPLAMENTO MAGNÉTICO

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1 RENÉ PASTOR TORRCO BASCOPÉ CONERSORES CCCC ZSPWM DUPLO FORWARD COM ACOPLAMENTO MAGNÉTCO FLORANÓPOLS

2 UNERSDADE FEDERAL DE SANTA CATARNA PROGRAMA DE PÓSGRADUAÇÃO EM ENGENHARA ELÉTRCA CONERSORES CCCC ZSPWM DUPLO FORWARD COM ACOPLAMENTO MAGNÉTCO Tese submeda à Unversdade Federal de Sana Caarna cm pare ds requss para a bençã d grau de Dur em Engenhara Elérca RENÉ PASTOR TORRCO BASCOPÉ Flranópls (SC), Dezembr de

3 CONERSORES CCCC ZSPWM DUPLO FORWARD COM ACOPLAMENTO MAGNÉTCO RENÉ PASTOR TORRCO BASCOPÉ Esa Tese f julgada adequada para bençã d Tíul de Dur em Engenhara Elérca, Área de Cncenraçã em Ssemas de Energa, e aprvada em sua frma fnal pel Prgrama de Pós Graduaçã em Engenhara Elérca da Unversdade Federal de Sana Caarna. Prfessr v Barb, Dr. ng. Orenadr Prf. Agunald Slvera e Slva, Ph.D. Crdenadr d Prgrama de PósGraduaçã em Engenhara Elérca Banca Examnadra: Prf. v Barb, Dr. ng. Presdene Prf. Fernand Luíz Marcel Anunes, Ph.D. Prf. Alexandre Ferrar de Suza, Dr. Prf. Adran nvc, Ph.D. Prf. Denzar Cruz Marns, Dr.

4 Resum da Tese apresenada à UFSC cm pare ds requss necessárs para a bençã d grau de Dur em Engenhara Elérca. CONERSORES CCCC ZSPWM DUPLO FORWARD COM ACOPLAMENTO MAGNÉTCO René Pasr Trrc Bascpé Dezembr/ Orenadr: Prfessr v Barb, Dr. ng. Área de Cncenraçã: Ssemas de Energa (Elerônca de Pênca) Palavraschave: cnversres CCCC, cnversres cm cmuaçã suave Númer de Págnas: 66. RESUMO: Nese rabalh é esudada a asscaçã em sére e em paralel de ds cnversres frward para dvdr esfrçs de ensã u crrene ns nerrupres de pênca. Para mnmzar s prblemas de desequlíbr esác e dnâmc de ensã u de crrene ns nerrupres, s cnversres asscads sã acplads magnecamene usand um ransfrmadr e um ndur de ala freqüênca. Os cnversres CCCC esudads, cmpss de ds cnversres, apresenam caraceríscas de cmuaçã sb ensã nula (ZS), mdulaçã pr largura de puls (PWM), peraçã cm freqüênca cnsane e um únc crcu de cnrle para ambs s cnversres. Para cada cnversr CCCC sã apresenads prncíp de peraçã, as prncpas frmas de nda, a caracerísca de saída, análses das cmuações e uma medlga de prje. Para verfcar s resulads eórcs e equlíbr de ensã u de crrene ns nerrupres, sã msrads resulads expermenas bds aravés de próps de 3kW. Para fuuras pesqusas, sã sugerdas nvas plgas de cnversres CCCC asscandse ds cnversres slads clásscs cm a fnaldade de dvdr esfrçs de ensã e/u crrene ns nerrupres. v

5 Absrac Absrac f Thess presened UFSC as a paral fulfllmen f he requremens fr he degree f Dcr n Elecrcal Engneerng. DOUBLE ZSPWM DCDC FORWARD CONERTERS WTH MAGNETC COUPLNG RENÉ PASTOR TORRCO BASCOPÉ December/ Advsr: Prfessr v Barb, Dr. ng. Area f Cncenran: Energy Sysems (Pwer Elecrncs) Keywrds: DCDC cnverers, sf swchng cnverers Number f Pages: 53. ABSTRACT: n hs wrk, he seres and parallel asscan f w frward cnverers dvde vlage r curren sress amng he pwer swches s suded. T mnmze sac and dynamc vlage r curren unbalance prblems n he swches, he asscaed cnverers are magnecally cupled by usng a hgh frequency ransfrmer and nducr. The suded DCDC cnverers feaures are: zer vlage swchng (ZS), pulse wdh mdulan (PWM), cnsan frequency peran, and he use f ne cnrl crcu fr bh cnverers. Fr each DCDC cnverer, he peran prncples, man wavefrms, upu characerscs, cmmuan analyss, and desgn mehdlgy are presened. T verfy he herecal resuls and vlage r curren balance n he swches, expermenal resuls baned frm 3kW prypes are shwn. Fr fuure research, new DCDC cnverer plges based n w classc slaed cnverers wh he purpse f dvdng vlage r curren sress amng he swches are suggesed.

6 Sumár SUMÁRO SMBOLOGA... x NTRODUÇÃO... CAPÍTULO. CONERSORES CCCC COM APLCAÇÃO DE TÉCNCAS PARA DDR ESFORÇOS DE TENSÃO OU CORRENTE NOS COMPONENTES: UMA RESÃO.. Semcndures Ulzads em Cnversres CCCC Técnca de Asscaçã Cnvencnal de Semcndures Técnca de Cnexã em Sére de Semcndures Técnca de Cnexã em Paralel de Semcndures Células de Cmuaçã Mulníves em Tensã Célula de Cmuaçã NPC Célula de Cmuaçã cm Capacr Fluuane Células Mulníves em Crrene Técnca de Asscaçã de Cnversres Esács Asscaçã de Cnversres CCCC em Pne Cmplea Asscaçã de Cnversres CCCC Frward de Ds nerrupres Asscaçã de Cnversres CCCC Frward de Um nerrupr Asscaçã de Cnversres CCCC em Mea Pne Ours Cnversres CCCC cm Cnexã Sére de nerrupres Cnversr CCCC Mdfcad Cnversr CCCC Basead na Asscaçã em Cascaa de Cnversres Cnclusões... CAPÍTULO. GERAÇÃO DE CONERSORES CCCC SOLADOS APLCANDO A TÉCNCA DE ASSOCAÇÃO DE CONERSORES.. nrduçã Alernavas de Cnexã ds Cnversres CCCC de Múlpls Cnversres Cnversres CCCC de Múlpls Cnversres cm Transfrmadr Únc Enradas ndependenes Enradas Cnecadas em Sére Enradas Cnecadas em Paralel Enradas Cnecadas em Sére/Paralel Cnversres CCCC de Múlpls Cnversres cm Transfrmadres ndependenes Enradas ndependenes Enradas Cnecadas em Sére Enradas Cnecadas em Paralel Enradas Cnecadas em Sére/ Paralel Cnversres CCCC de Múlpls Cnversres cm Transfrmadres ndependenes e Secundárs em Sére v

7 Sumár.5.. Enradas ndependenes Enradas Cnecadas em Sére Enradas Cnecadas em Paralel Enradas Cnecadas Sére/Paralel Cnclusões CAPÍTULO. CONERSOR CCCC ZSPWM DUPLO FORWARD COM GRAMPEAMENTO ATO E NDUTORES DE COMUTAÇÃO DESACOPLADOS 3.. nrduçã Análse Qualava Tplga d Cnversr Esraéga de Cnrle Descrçã das Eapas de Operaçã Prncpas Frmas de Onda Teórcas Análse Qualava Caracerísca de Grampeamen Caracerísca de Saída u Exerna Relaçã de Transfrmaçã d Transfrmadr Esfrçs de Crrene ns Cmpnenes d Cnversr Ondulaçã de Crrene ns ndures d Flr de Saída Máxms Esfrçs de Tensã ns Cmpnenes d Cnversr Análse da Cmuaçã Na Enrada em Cnduçã N Blque Prcedmen e Exempl de Prje Resulads de Smulaçã e Expermenas Cnclusões CAPÍTULO. OTMZAÇÃO DO CONERSOR CCCC ZSPWM DUPLO FORWARD COM GRAMPEAMENTO ATO E NDUTORES DE COMUTAÇÃO DESACOPLADOS 4.. nrduçã Deermnaçã da Reduçã da Razã Cíclca Óma Esclha d Semcndur Cnrlad e Deermnaçã da Freqüênca de Operaçã Óma Especfcações d Cnversr Prcedmen para Deermnar a Freqüênca de Cmuaçã Curvas de lume Tal em Funçã da Freqüênca de Cmuaçã Prcedmen e Exempl de Prje Resulads Expermenas Teses Cnecand as Enradas em Sére Teses Cnecand as Enradas em Paralel v

8 Sumár 4.6. Cmparaçã de Resulads enre s Cnversres Omzad e nã Omzad Cnclusões... 4 CAPÍTULO. CONERSOR CCCC ZSPWM DUPLO FORWARD COM GRAMPEAMENTO ATO E NDUTORES DE COMUTAÇÃO ACOPLADOS 5.. nrduçã Análse Qualava Tplga d Cnversr Efes d Acplamen n Cnrle da Crrene Efcaz e D Esraéga de Cnrle Eapas de Operaçã Prncpas Frmas de Onda Teórcas Análse Quanava Caraceríscas de Grampeamen Caracerísca se Saída u Exerna Relaçã de Transfrmaçã d Transfrmadr Esfrçs de Crrene ns Cmpnenes d Cnversr Máxms Esfrçs de Tensã ns Cmpnenes d Cnversr Deermnaçã da Reduçã da Razã Cíclca Óma Análse da Cmuaçã Na Enrada em Cnduçã N Blque Prcedmen e Exempl de Prje Resulads Expermenas Teses Cnecand as Enradas em Sére Teses Cnecand as Enradas em Paralel Cmparaçã de resulads enre s Cnversres cm e sem ndures de Cmuaçã Acplads Cnclusões... 8 CAPÍTULO. CONERSOR CCCC ZSPWM DUPLO FORWARD SEM GRAMPEAMENTO ATO COM NDUTORES DE COMUTAÇÃO ACOPLADOS 6.. nrduçã Análse Qualava Tplga d Cnversr Funçã ds ndures de Cmuaçã Acplads Esraéga de Cnrle Descrçã das Eapas de Operaçã Prncpas frmas de Onda Teórcas Análse Quanava Caracerísca de Saída u Exerna... 9 x

9 Sumár Relaçã de Transfrmaçã d Transfrmadr Esfrçs de Crrene ns Cmpnenes d Cnversr Ondulaçã de Crrene ns ndures d Flr de Saída Máxms Esfrçs de ensã sbre s Cmpnenes d Cnversr Deermnaçã da Reduçã da Razã Cíclca Óma Análse da Cmuaçã Na Enrada em Cnduçã de S e S 3, e Blque de S N Blque d nerrupr S Prcedmen e Exempl de Prje Resulads Expermenas Teses Cnecand as Enradas em Sére Teses Cnecand as Enradas em Paralel Cnclusões... 7 CAPÍTULO. CONERSOR CCCC ZSPWM DUPLO FORWARD SEM GRAMPEAMENTO ATO COM NDUTORES DE COMUTAÇÃO ACOPLADOS E CRCUTOS AUXLARES DE AJUDA À COMUTAÇÃO 7.. nrduçã Análse Qualava Tplga d Cnversr Funçã ds ndures de Cmuaçã e Auxlares Acplads Esraéga de Cnrle Descrçã das Eapas de Operaçã Prncpas Frmas de Onda Teórcas Análse Quanava Análse da Cmuaçã Análse ds Crcus Auxlares de Ajuda à Cmuaçã ndures Auxlares Capacres Auxlares Prcedmen e Exempl de Prje Resulads Expermenas Teses Cnecand as Enradas em Sére Cmparaçã de Resulads enre s Cnversres cm e sem Crcus Auxlares Cnclusões CONCLUSÃO GERAL... 5 APÊNDCE A REFERÊNCAS BBLOGRÁFCAS... 6 x

10 Smblga SMBOLOGA β Relaçã das ensões de grampeamen e enrada η Rendmen d cnversr Χ Percenagem de em valr abslu Prfunddade de peneraçã da crrene n cndur de cbre B max Máxma varaçã da densdade de flux magnéc D Reduçã da razã cíclca de cnrle D max Máxma reduçã da razã cíclca de cnrle D mn Mínma reduçã da razã cíclca de cnrle,, 3, 4, 5 nervals de emp num períd de cmuaçã x, y, z, w nsanes de cruzamen pr zer da crrene em L r Ondulaçã da crrene n ndur d flr de saída L L Ondulaçã da crrene nrmalzada n ndur d flr de saída µ Permeabldade d vácu µ r Permeabldade relava d ar θ bl Ângul na freqüênca de ressnânca durane blque θ cnd Ângul na freqüênca de ressnânca durane a enrada em cnduçã A e Área da perna cenral d núcle EE A P Prdu de áreas da janela e da perna cenral d núcle A w Área da janela d núcle EE B max Máxma densdade de flux magnéc C C, C C Capacres de grampeamen C d Capacânca nrínseca d dd C Dr Capacr d grampeadr d dd refcadr C OSS Capacânca nrínseca de saída d MOSFET C Capacr d flr de saída C r, C r, C r3, C r4 Capacres de cmuaçã C a, C a, C a3, C a4 Capacres ds crcus de ajuda à cmuaçã D Razã cíclca de cnrle D, D, D 3, D 4 Dds em anparalel cm s nerrupres prncpas e auxlares D S, D S, D S3, D S4 Dds em anparalel cm s nerrupres D f Dâmer de um f D r, D r Dds refcadres de saída f Freqüênca de ressnânca f S Freqüênca de cmuaçã f Freqüênca nrmalzada f sc Freqüênca de sclaçã d ndur e capacr ds crcus auxlares G v Relaçã de ensões saídaenrada,, 3, 4, 5, 6 alres ncas de crrene n L r em cada nerval de emp F Crrene méda num dd Crrene méda na carga mn Crrene de saída mínma Lr, Lr Crrenes nsanâneas ns ndures de cmuaçã L r e L r Crrene efcaz n ndur de cmuaçã L r Lr ef Crrene efcaz nrmalzada n ndur de cmuaçã L r Lref Lr pc Crrene de pc n ndur de cmuaçã L r x

11 Smblga Lr pc Ccmd Ccef Cc ef Dr md Crrene de pc nrmalzada n ndur de cmuaçã L r Crrene méda ns capacres grampeadres Crrene efcaz ns capacres grampeadres Crrene efcaz nrmalzada ns capacres grampeadres Crrene méda ns dds refcadres de saída Dr md Crrene méda nrmalzada ns dds refcadres de saída S md Crrene méda n nerrupr prncpal S S md Crrene méda nrmalzada n nerrupr prncpal S S ef Crrene efcaz n nerrupr prncpal S Crrene efcaz nrmalzada n nerrupr prncpal S Sef Crrene méda n nerrupr auxlar S 3 S3md S3 md Crrene méda nrmalzada n nerrupr auxlar S 3 S3 ef Crrene efcaz n nerrupr auxlar S 3 S3 ef Crrene efcaz nrmalzada n nerrupr auxlar S 3 L ef Lef L pc L pc md md ef ef Crrene efcaz n ndur d flr de saída Crrene efcaz nrmalzada n ndur d flr de saída Crrene de pc n ndur d flr de saída Crrene de pc nrmalzada n ndur d flr de saída Crrene méda de enrada Crrene méda nrmalzada de enrada Crrene efcaz de enrada Crrene efcaz nrmalzada de enrada D md Crrene méda n dd D D md Crrene méda nrmalzada n dd D Crrene méda n dd D D3md 3 D3 md Crrene méda nrmalzada n dd D 3 Sec ef Sec ef C ef Cef Lapc Laef Laef Crrene efcaz ns enrlamens secundárs d ransfrmadr Crrene efcaz nrmalzada ns enrlamens secundárs d ransfrmadr. Crrene efcaz n capacr d flr de saída C Crrene efcaz nrmalzada n capacr d flr de saída C Crrene de pc n ndur auxlar de cmuaçã Crrene efcaz n ndur L a Crrene efcaz n ndur L a x

12 Smblga J max Máxma densdade de crrene K Far que depende da plga d cnversr K u Far de ulzaçã da janela d núcle K p Far de área d prmár K Cefcene de acplamen L m nduânca magnezane L ndur d flr de saída L r, L r ndures de cmuaçã L a, L a, L a3, L a4 ndures ds crcus auxlares de ajuda à cmuaçã l e Cmprmen magnéc d núcle l g Enreferr d núcle d ndur l Cmprmen méd de uma espra M nduânca múua N L Númer de espras d ndur d flr de saída N Pr Númer de espras d prmár d ransfrmadr N sec Númer de espras d secundár d ransfrmadr n Relaçã de ransfrmaçã d ransfrmadr n Relaçã de ransfrmaçã nrmalzada d ransfrmadr n f Númer de fs em paralel P dss gramp Pênca dsspada n grampeadr RCD d dd refcadr D r P max Máxma pênca de enrada P O Pênca de saída R C Ressênca d f de cbre a C R DS Ressênca de cnduçã d MOSFET R Dr Ressênca d grampeadr d dd refcadr R Ressênca de carga R SE Ressênca sére equvalene d capacr d flr de saída R eq Ressênca de cnduçã equvalene para GBT s u dds S, S nerrupres prncpas S 3, S 4 nerrupres auxlares S pr Seçã d cndur d enrlamen prmár S sec Seçã d cndur d enrlamen secundár bl nerval de emp de carga de C r bl nerval de emp de carga nrmalzad de C r cnd nerval de emp de descarga de C r cnd nerval de emp de descarga nrmalzad de C r rrmax Temp de recuperaçã reversa num dd w duraçã da largura de puls d nerrupr que cnrla ransferênca de energa T a Temperaura ambene T c Temperaura da cápsula T d Temperaura d dsspadr T J Temperaura de junçã T S Períd de cmuaçã (BR)DS Máxma ensã de peraçã d MOSFET, Tensã de enrada u sbre s capacres de enrada ( ) Cc Tensã de grampeamen ( Cc Cc Cc ) F Queda de ensã num dd gramp Tensã de grampeamen ns dds refcadres Lr Tensã n ndur de cmuaçã L r Tensã méda de saída x

13 Smblga rev Tensã reversa num dd Smd Tensã méda n nerrupr prncpal S Sec Tensã n secundár d ransfrmadr La Tensã sbre ndur L a Ca Tensã sbre capacr auxlar C a Ca Tensã sbre capacr auxlar C a Tensã ns capacres de cmuaçã Cr,Cr Pr,Pr Dr,Dr Tensã ns prmárs d ransfrmadr Tensã reversa ns dds refcadres ω Z S,S,S3,S4 D,D,D3,D4 Tensã máxma ns nerrupres prncpas e auxlares Tensã reversa máxma ns dds em anparalel cm s nerrupres Freqüênca angular de ressnânca mpedânca caracerísca xv

14 nrduçã NTRODUÇÃO Ese rabalh f mvad pela presença de alas ensões de barramen devd à ulzaçã de prereguladres rfáscs de al far de pênca baseads em cnversres Bs, que apresenam ensões de saída mares que a ensã de enrada de pc. Aualmene, s prereguladres esã subsund as refcadres cnvencnas a dds e/u rsres na almenaçã de cnversres CCCC, mnmzand desa manera a njeçã de harmôncas de crrene na rede de 6Hz. Em aplcações prácas, as ensões de barramen acma de 4 almenand cnversres CCCC, causam lmações ecnlógcas e prblemas de mplemenaçã. As ensões de barramen acma de 4 aparecem quand cnversr CCCC é almenad aravés de um ssema rfásc de 38. Nese cas, usandse um prereguladr de al far de pênca rfásc, a ensã de saída resula sempre mar que 6 (ensã de barramen d cnversr CCCC). Na práca, perar um únc cnversr CCCC slad cnvencnal (frward, pushpull, mea pne u pne cmplea), cm valr de ensã de barramen ndcad anerrmene, rnase prblemác pelas lmações ecnlógcas de ensã ds nerrupres e prncpalmene s efes das dervadas de ensã (dv/d) sbre urs ssemas durane as cmuações. Cm é cnhecd, ns cnversres frward e pushpull, cnsderand s efes ds elemens parasas (nduâncas de dspersã ds elemens magnécs e da façã), mesm clcand crcus de preçã de sbreensã, as ensões de pc sbre s nerrupres sã mares que dbr da ensã de barramen. Pr ur lad, ns cnversres mea pne e pne cmplea, sã mares que a ensã de barramen. As dervadas de ensã que crrem durane as cmuações, acarream prblemas de peraçã ndevda de crcus de cnrle, curcrcus de braç ns cnversres em cnfgurações mea pne e pne cmplea pela drenagem de crrene aravés das capacâncas nrínsecas ds nerrupres e nerferêncas elecrmagnécas (EM) e de rad freqüênca (RF). Para reduzr a ensã sbre s nerrupres e a mesm emp reduzr s valres das dervadas de ensã, exsem algumas écncas na leraura que pdem ser ulzadas. Enre as écncas cnhecdas esã a asscaçã cnvencnal de nerrupres, as células de cmuaçã mulníves em ensã e a asscaçã de cnversres em sére. Tdas esas écncas se encnram explcadas n capíul dese rabalh. Pel fa de ser puca explrada a écnca de asscaçã de cnversres para dvdr s esfrçs de ensã sbre s semcndures, esa écnca f esclhda cm uma alernava para mnmzar s prblemas de desequlíbr esác e dnâmc de ensã que crrem na asscaçã cnvencnal em sére de semcndures. Anes de realzar a esclha da écnca de asscaçã de

15 nrduçã cnversres f realzada uma revsã da leraura écnca para verfcar s esuds realzads pela cmundade cenífca em relaçã a ema. Na revsã cnsause a exsênca de pucs esuds realzads em relaçã as emas de desequlíbrs esác e dnâmc de ensã e de crrene ns semcndures, prblemas de sauraçã ds elemens magnécs, valres de rendmen, níves de ensã recmendáves para a aplcaçã da écnca. A écnca de asscaçã de cnversres f esudada pr me de ds cnversres, nde cada um deles é cmps de ds cnversres CCCC frward acplads magnecamene. Os cnversres esudads apresenam caraceríscas de cmuaçã suave ds nerrupres e sã cnrlads pr me de um únc crcu de cnrle para regular a ensã de saída. Aprveand a flexbldade da écnca de asscaçã de cnversres slads, ambém fram esudads, adcnalmene, paralelsm de cnversres para dvdr s esfrçs de crrene aravés ds cmpnenes para aplcações em baxas ensões de enrada (almenaçã cm bancs de baeras). Ds resulads expermenas fram bdas mpranes cnclusões para alcançar equlíbr de crrenes aravés ds cnversres. O rabalh cnsa de see capíuls que sã descrs a segur: N Capíul f apresenada uma revsã geral das écncas exsenes para dvdr s esfrçs de ensã e de crrene em semcndures. N Capíul fram geradas rês famílas de cnversres aplcand a écnca de asscaçã de cnversres. Os cnversres gerads sã classfcads segund a cnexã das enradas u das saídas, ulzaçã ds elemens magnécs e cnexã de secundárs d ransfrmadr. N Capíul f esudad e expermenad um cnversr CCCC cm cmuaçã suave e mdulaçã PWM, cmps pr ds cnversres frward cm grampeamen av acplads magnecamene e ulzand um únc ransfrmadr de ala freqüênca. N Capíul, pel fa d cnversr d capíul apresenar bax rendmen, f realzad um esud de mzaçã de parâmers para melhrar rendmen. N Capíul f esudad e expermenad mesm cnversr d Capíul, adcnand acplamen ds ndures de cmuaçã para permr a reduçã da crculaçã de energa reava e melhrar s equlíbrs esác e dnâmc das ensões e/u crrenes ns cmpnenes. N Capíul f esudad e expermenad um cnversr CCCC cm cmuaçã suave (ZS) e mdulaçã PWM cmps de ds cnversres CCCC frward de ds nerrupres. N Capíul f esudad e expermenad mesm cnversr d Capíul, adcnand crcus auxlares de ajuda à cmuaçã em cada braç, para pder garanr a cmuaçã suave ds nerrupres avs desde vaz aé plena carga.

16 Capíul 3 CAPÍTULO CONERSORES CCCC COM APLCAÇÃO DE TÉCNCAS PARA DDR ESFORÇOS DE TENSÃO OU CORRENTE NOS COMPONENTES: UMA RESÃO Nese capíul sã msrads alguns cnversres CCCC, cnrlads pr um únc crcu de cnrle, as quas sã aplcadas dferenes écncas para dvdr esfrçs de ensã u crrene aravés ds cmpnenes de pênca. Cm a revsã bblgráfca, preendese msrar que aualmene exsem algumas écncas cnhecdas e expermenadas capazes de mnmzar s prblemas de desequlíbrs esác e dnâmc de ensã u de crrene quand s semcndures sã asscads em sére u em paralel. Nrmalmene, as écncas sã necessáras em alas ensões de barramen (>5) u em alas crrenes de enrada (>5A). O prncpal mv que leva a ulzar écncas para dvdr esfrçs sã as lmações ecnlógcas de ensã e/u crrene ds semcndures quand crrem aplcações de alas ensões e/u crrenes... Semcndures Ulzads em Cnversres CCCC Os semcndures nrmalmene ulzads em cnversres CCCC sã classfcads em semcndures cnrlads e nã cnrlads, u muas vezes denmnads de nerrupres avs e passvs. Os semcndures nã cnrlads amplamene ulzads em cnversres CCCC sã s dds ulrarápds cm recuperaçã suave (ulrafas sf recvery ddes) []. A recuperaçã suave gera um reduzd d/d e cm cnseqüênca as sbreensões devd à presença de nduâncas parasas (sray nducances) sã menres e fáces de serem lmadas em valres desejads, aravés de crcus snubbers u grampeadres. Pr ur lad, s semcndures cnrlads ulzads na aualdade sã s ranssres bplares BJT (Bplar Juncn Transsr), s ranssres MOSFET s (Meal Oxde Slcn Feld Effec Transsr) e s Transsres GBT s (nsulaed Gae Bplar Transsr). Os ranssres bplares sã anda aplcads em reares elerôncs de baxa pênca para lâmpadas de ala e baxa pressã. As caraceríscas ds rês ps de ranssres sã explcadas de manera geral a segur.

17 Capíul 4 Anes d desenvlvmen ds MOSFET s de pênca, únc nerrupr esác almene cnrlad dspnível para aplcações em alas freqüêncas (5 a khz) e médas pêncas (aé kw) era ranssr bplar de pênca. A ecnlga dese nerrupr evluu basane, permnd a fabrcaçã deles cm capacdade de suprar crrenes de cler de cenenas de ampères e ensões de blque de aé 8. Apesar de permr a manpulaçã de pêncas cnsderáves, eses cmpnenes apresenam algumas desvanagens em suas caraceríscas de peraçã, as cm, elevada crrene de base drea e reversa quand pera cm nerrupr (a crrene de base deve ser em rn de a 5% da crrene de cler). Eses requermens fazem cm que crcu de cmand seja cmplex e car; apresena elevads emps de escagem (srage me) durane blque, prvcand emp de cmuaçã mu grande (na rdem de mcr segunds); crre pns sbreaquecds n nerr d semcndur pr aplcaçã smulânea de ensã cleremssr e de crrene de cler quand pera cm carga nduva prvcand a falha de segunda avalanche e, end cm cnseqüênca, a desruçã d cmpnene; cmpnene apresena cefcene de emperaura negava da ensã de sauraçã ( CEsa ), que ndca que a ensã de sauraçã reduz quand a emperaura de junçã aumena, send um fenômen ndesejável para realzar paralelsm [, 3, 3]. Pserrmene, ranssr MOSFET de pênca f desenvlvd para mnmzar as lmações d desempenh d ranssr bplar de pênca. O MOSFET é um cmpnene cm caraceríscas de cnrle pr snal de ensã aplcad enre gaesurce ( GS ). A crrene de gae necessára para carregar e descarregar a capacânca de enrada durane as cmuações (enrada em cnduçã e blque) é bem baxa, dmnund cnsderavelmene a cmplexdade d crcu de cmand e reduznd seu cus. A mpedânca de enrada d MOSFET é mu elevada, mv pel qual a crrene de gae é pequena em freqüêncas de peraçã ípcas (cenenas de klherz). N MOSFET nã sã bservads arass, que sã resulad d emp de escagem pela recmbnaçã de pradres mnrárs durane blque. Em relaçã a ranssr bplar, apresena menres emps de cmuaçã. Esa caracerísca é parcularmene araene para peraçã de crcus de ala freqüênca, que êm as perdas pr cmuaçã dmnanes. Os MOSFET s ambém apresenam uma excelene área de peraçã segura (SOASafe Operang Area) pdend suprar aplcaçã smulânea de elevadas ensões e crrenes de cura duraçã, sem causar desruçã pr falha de segunda avalanche, cm crre cm

18 Capíul 5 ranssr bplar [3]. Ese cmpnene em cefcene de emperaura psv da ressênca de cnduçã (a ressênca de cnduçã d cmpnene aumena cm aumen da emperaura de junçã), caracerísca que favrece a dsrbuçã de crrenes quand é efeuad paralelsm. O cmpnene em esad de cnduçã cmprase cm um ressr enre drensurce. Nese cmpnene, à medda que a ensã de peraçã é mar, valr da ressênca de cnduçã ambém é mar, aumenand as perdas de cnduçã. Pr ese mv nã exsem MOSFET s para ensões acma de. As capacdades de crrene ds MOSFET s sã menres em relaçã as bplares devd prncpalmene à ressênca de cnduçã. Para vencer as lmações de ambs s nerrupres de pênca descrs anerrmene, realzuse uma negraçã das vanagens: capacdade de crrene d cler (caracerísca d ranssr bplar) e cnrle pr ensã aplcada enre gaesurce (caracerísca d ranssr MOSFET), num únc cmpnene híbrd que se denmna ranssr GBT. Aualmene, ese cmpnene apresena uma ecnlga mu avançada e é mas ulzad n desenvlvmen de cnversres CCCC pelas reduzdas perdas de cnduçã. As caraceríscas prncpas sã: cnrle pr snal de ensã, baxas perdas de cnduçã, elevada capacdade de crrene de cler, peraçã em ensões elevadas (), nã apresena prblemas de falha de segunda avalanche, e peraçã em alas freqüêncas, aé khz perand cm cmuaçã suave e aé 5kHz perand cm cmuaçã dsspava [3, 4]... Técnca de Asscaçã Cnvencnal de Semcndures A segur sã explcadas as écncas de cnexã sére e paralel de semcndures.... Técnca de Cnexã em Sére de Semcndures A aplcaçã da écnca de cnexã em sére de semcndures nã é usual em cnversres CCCC ulzand BJT s, MOSFET s u GBT s devd às dfculdades de cnsegur s equlíbrs esác e dnâmc da ensã sbre s semcndures prque sã necessáras écncas especfcas e cudads especas. O equlíbr esác (nerrupres em esad blquead) aé pdera ser alcançad clcand ressres de elevada ressênca em paralel cm cada nerrupr. Pr ur lad, prblema mas sér é cnsegur equlíbr dnâmc (nerrupres em esad de cmuaçã), ps s nerrupres nem sempre cmuam a mesm emp, devd às dferenças ds snas de cnrle, às

19 Capíul 6 dferenças ns emps de aras (delay me) na enrada em cnduçã e n blque, às dferenças ns emps de subda (rse me) e descda (fall me). Assm, nerrupr que blquea prmer, u aquele que cnduz deps, supra da a ensã d barramen. Em mus cass para pder sncrnzar as cmuações sã necessárs crcus de cnrle capazes de cmpensar s emps de aras durane as cmuações [5]. A écnca de cnexã em sére de semcndures é aplcada em cnversres cm freqüêncas menres que khz. Os semcndures ulzads ns cnversres em baxa freqüênca sã s rsres u GTO s. Cm eses semcndures, nrmalmene sã prcessadas pêncas na rdem de Megawas para aplcações em acnamens de máqunas (rens elércs), em cmpensadres de energa reava de lnhas de ransmssã, em refcadres cnrlads para ransmssã em crrene cnnua [6, 7, 3, 3]. Cm exempl, na Fg.. é msrada uma célula de cmuaçã cm semcndures cnecads em sére e na Fg.., é msrada uma aplcaçã da célula de cmuaçã para a bençã d cnversr CCCC mea pne. A S S S3 a S4 B Fg... Célula de cmuaçã cm semcndures cnecads em sére. A a S S S3 n Ca Tr Dr Dr L C R B S4 Cb Fg... Cnversr CCCC mea pne cm nerrupres cnecads em sére.

20 Capíul 7... Técnca de Cnexã em Paralel de Semcndures Em cnversres CCCC e urs, a aplcaçã da écnca de cnexã em paralel de semcndures é puc realzada pels prblemas de desequlíbr esác (esad de cnduçã) e dnâmc (esad de cmuaçã) de crrene aravés ds semcndures. Para cnsegur realzar as cnexões sã necessáras écncas especfcas e cudads especas. Nesa écnca, al cm na écnca de cnexã sére, prblema mas sér é desequlíbr dnâmc das crrenes durane as cmuações, ps nerrupr que enra em cnduçã anes u aquele que blquea deps supra da a crrene. Os prncpas fares que prvcam eses prblemas sã: às dferenças ns snas de cnrle, às dferenças ns emps de aras (delay me) e às dferenças ns emps de subda (rse me ) e descda (fall me) [,, 36]. Na cnexã paralela, as caraceríscas de cmpramen nrínsec ds semcndures sã fundamenas. N cas ds ranssres bplares a pssbldade de realzar paralelsm é descarada pel fa de apresenar cefcene de emperaura negav da ensã cleremssr ( CEsa ) e excessva varaçã de CEsa cm aumen da emperaura de junçã, mesm send d mesm le []. O MOSFET é cmpnene mas acnselhável para realzar paralelsm pr apresenar cefcene de emperaura psv da ressênca de cnduçã (R DS(n) ), ps quan mar a crrene aravés d cmpnene em paralel, pr efe da emperaura, mar é a ressênca de cnduçã lmand nauralmene crescmen da crrene. Desa manera s prblemas de desequlíbr esác de crrene sã mnmzads. Pr ur lad, s prblemas de desequlíbr dnâmc permanecem sem aleraçã devd as fenômens ndcads anerrmene [8,,, 36]. Em relaçã as GBT s, exsem duas ecnlgas dspníves para sua aplcaçã em elerônca de pênca. A mas cmum é a ecnlga PT (PunchThrugh) que apresena cefcene de emperaura negav da ensã de sauraçã CEsa [9]. Esa caracerísca é ndesejável para paralelsm, ps prvca nsabldade érmca ds cmpnenes quand s mesms nã sã mnads n mesm dsspadr. Pr ese mv, é necessár mnáls ds num mesm dsspadr. Um ur prblema desa ecnlga é a excessva varaçã de CEsa enre cmpnenes, cm aumen de emperaura de junçã, prvcand desequlíbr esác [9,, 3].

21 Capíul 8 Uma ura ecnlga é a NPT (NnPunchThrugh) que apresena um cefcene de emperaura psv da ensã de sauraçã CEsa [9,, 3]. Esa caracerísca é mprane para paralelsm, ps perme alcançar um rápd equlíbr érmc das junções ds cmpnenes, mesm sem esarem acplads ermcamene aravés de um únc dsspadr de calr. Uma ura caracerísca mprane dese p de GBT s sã as mínmas varações de CEsa cm aumen da emperaura de junçã, que é uma caracerísca mprane para alcançar equlíbr esác. Pdese cnclur e dexar esclarecd que nenhum ds semcndures cnrlads, asscads cnvencnalmene, slucna s prblemas de desequlíbr dnâmc das crrenes. Na Fg..3 é apresenada uma célula de cmuaçã cm s nerrupres cnecads em paralel. A célula pde ser aplcada para gerar qualquer p de cnversr. Cm exempl, na Fg..4 é lusrada uma aplcaçã da célula para a geraçã d cnversr CC CC mea pne. A S S a S3 S4 B Fg..3. Célula de cmuaçã cm s nerrupres cnecads em paralel. A a S S n Ca Tr Dr Dr L C R B S3 S4 Cb Fg..4. Cnversr CCCC mea pne cm nerrupres cnecads em paralel.

22 Capíul 9.3. Células de Cmuaçã Mulníves em Tensã Nese em sã apresenadas duas écncas cnsldadas que mnmzam s prblemas de desequlíbr esác e dnâmc acusads pela écnca cnvencnal de cnexã em sére de semcndures, ndcada n em Célula de Cmuaçã NPC Ns nversres mulníves NPC (Neural Pn Clamped) prpss em [, 3, 4, 5, 33, 34, 35], s prblemas de desequlíbrs esác e dnâmc de ensã sbre s nerrupres sã mínms. Assm, grande pare ds prblemas da asscaçã sére cnvencnal apresenada n em.. fram superads. Pran, aprveand as caraceríscas ds nversres mulníves NPC fram bdas as células de cmuaçã denmnadas de NPC para pder gerar alguns cnversres CCCC d p mea pne u pne cmplea [6, 7, 8, 9, 33]. Cm esas células nã é pssível gerar chppers prque se desequlbra a ensã sbre s capacres de enrada [5]. A célula de cmuaçã NPC é msrada na Fg..5. Em relaçã à célula de cmuaçã da Fg.., na célula NPC dds sã cnecads enre s capacres de enrada e s nerrupres em sére. Eses dds permem que a máxma ensã sbre s nerrupres seja gual à ensã sbre s capacres de enrada. O cnversr CCCC da Fg..6 prps em [6] apresena caraceríscas de cmuaçã sb ensã nula ZS (Zer lage Swchng) ds nerrupres, peraçã cm freqüênca cnsane, máxma ensã sbre cada nerrupr meade da ensã de enrada e rês níves na ensã enre s pns a e n. A C Dg S S Dg C S3 A Dg3 S4 S a C n S5 Dg S n a C3 Dg4 S6 S3 Dg5 S7 C Dg S4 C4 Dg6 S8 B (a) B (b) Fg..5. Células de cmuaçã NPC: a) rês níves; b) cnc níves

23 Capíul A S S a S3 D D D3 C C C3 D5 Lr n Ca Tr Dr Dr L C R B S4 D4 C4 D6 Cb Fg..6. Cnversr CCCC TLZSPWM..3.. Célula de Cmuaçã cm Capacr Fluuane A célula de cmuaçã cm capacr fluuane prpsa em [5], que na leraura ambém é cnhecda cm célula de cmuaçã mulnível versál, quand aplcad, perme mnmzar s prblemas de desequlíbrs esác e dnâmc de ensã sbre s nerrupres em sére ndcads n em... As células sã msradas na Fg..7 para s cass de rês e cnc níves de ensã enre s pns a e n. Para um bm funcnamen das células, em cada períd de cmuaçã a crrene méda aravés ds capacres fluuanes deve ser nula. Assm, a ensã sbre s capacres é manda cnsane num deermnad valr. Esas células nã apresenam resrções na geraçã de plgas, ps cm elas pdem ser gerads cnversres CCCC em pne (pne cmplea e mea pne), chppers (buck, bs, buckbs, Cük, sepc e zea) e nversres de ensã [5]. Para lusrar a aplcaçã, na Fg..8 é msrad cnversr CCCC esudad em [8, 9, 9]. O cnversr da fgura apresena caraceríscas de cmuaçã sb ensã nula ZS ds nerrupres, peraçã cm freqüênca cnsane e ensã máxma sbre s nerrupres meade da ensã de enrada.

24 Capíul A S S C4 S3 A B C C3 n C (a) S S S3 S4 a B n C5 C3 C C (b) S4 S5 S6 S7 S8 a Fg..7. Células de cmuaçã cm capacr fluuane: a) rês níves; b) cnc níves; A C S S S3 D D D3 C C C3 Ca n Lr Tr Dr Dr L C R B S4 D4 C4 Cb Fg..8. Cnversr CCCC slad basead na célula de cmuaçã cm capacr fluuane..4. Células Mulníves em Crrene A écnca de paralelsm prpsa em [], perme mnmzar s efes ds desequlíbrs esác e dnâmc de crrene crrds na asscaçã paralela cnvencnal de semcndures, explcads n em... A célula êm aplcações mpranes em chppers e nversres, prém, nã sã mencnadas e expermenadas aplcações a cnversres CCCC d p pne [, ]. Esa écnca perme, de uma manera smples, a asscaçã de qualquer númer de células PWM em paralel ulzand ndures de equlíbr de pequena nduânca, cm é msrad na Fg..9, para dsrbur a crrene al d cnversr. Os ndures de equlíbr sã s que cnseguem mnmzar s prblemas de desequlíbrs esác e dnâmc.

25 Capíul T E /n... Sn /n /n /n S3 S Ln L L... S C /n.(n)/n.(n)/n T... Célula PWM (a) T /n Sn... /n /n /n S3 S S E L n /n... L 3 /n L L C /n /n T Célula PWM... (b) Fg,.9. Célula de cmuaçã genérca para paralelsm: (a) ulzand (n) ndures de equlíbr (b) ulzand n ndures de equlíbr. Os parâmers envlvds nas células sã: L, L, L n : ndures de equlíbr de baxa nduânca; : Fne de crrene u laç nduv; E : Fne de ensã u ram capacv; n : Númer de células PWM. Nesa célula genérca s nerrupres da célula PWM pdem er dferenes arranjs, dependend da naureza da fne de crrene n pn C. Para uma fne bdrecnal a célula PWM será mplemenada cm ds nerrupres avs (GBTs u MOSFETs) e ds dds ulrarápds em anparalel cm cada nerrupr av para a eapa de rda lvre. Pr ur lad, para uma fne undrecnal, a célula pde ser prjeada cm um nerrupr cnrlad (GBT u MOSFET) e um nerrupr nã cnrlad (dd ulrarápd). As células PWM e a fne de ensã (u ram capacv) (ver Fg..9) sã cnecadas a ds pns cmuns (T e T ). A pn (C), únc pn da célula genérca, é cnecada uma fne de crrene (laç nduv). Em aplcações prácas de cnversres

26 Capíul 3 CCCC e nversres, a fne de crrene represena a crrene méda de um laç nduv bda aravés de ndures cm elevad valr de nduânca. Na Fg.. é msrada a aplcaçã da nva écnca a um cnversr CCCC buck para clcar ds nerrupres em paralel. Nese cnversr duas células PWM sã usadas para dsrbur a crrene de saída al [, ]. T S S L C L D3 D4 C R T Fg... Cnversr CCCC buck..5. Técnca de Asscaçã de Cnversres Esács Realzand asscaçã de cnversres esács em sére u em paralel ambém é pssível dvdr s esfrçs de ensã u crrene ns semcndures [, 3, 4, 5, 6]. A smples asscaçã de cnversres nã mnmza s prblemas de desequlíbrs esác e dnâmc ensã u crrene da asscaçã cnvencnal de semcndures. Devese dexar clar que esa écnca nã é uma sluçã abslua d prblema, ps depende de mus fares, as cm assmera das mpedâncas ds camnhs de crculaçã de crrene, acplamen ds elemens magnécs, dferenças ds snas de cnrle, ps de plgas. Quand sã asscads cnversres slads, é um an cmplex falar smplesmene de cnversres em sére u de cnversres em paralel ps, pel fa de serem slads aravés de um ransfrmadr de ala freqüênca, exsem varas cmbnações de cnexã das enradas e das saídas ds cnversres cmpss. Pr ese mv é necessár ndcar exaamene cm sã cnecadas as enradas u as saídas. A segur sã apresenas algumas plgas de cnversres CCCC, prpsas na leraura, realzadas cm a écnca de asscaçã de cnversres slads.

27 Capíul Asscaçã de Cnversres CCCC em Pne Cmplea Em [, 3] s aures apresenam váras plgas de cnversres, asscand cnversres em pne cmplea cm cmuaçã sb ensã nula ZS. Tds s cnversres asscads sã cnrlads pr um únc crcu de cnrle, aplcand cnrle pr deslcamen de fase (phase shf). O prmer cnversr apresenad, msrad na Fg.., f denmnad de Cnversr Dupl Pne Cmplea, e mesm pera adequadamene se a energa é dvdda perfeamene enre ambs s cnversres. Segund as explcações, cm a cnfguraçã msrada, qualquer varaçã de energa prvca desequlíbr de ensã sbre s capacres de enrada e, cm cnseqüênca, exse perg de desrur s nerrupres. Nese cnversr as ensões sbre s capacres de enrada devem ser mnradas permanenemene cm um crcu de cnrle rápd para crrgr qualquer dferença. S S D L C C R S4 S3 D D3 S5 S6 C S8 S7 D4 Fg... Cnversr dupl pne cmplea. Para superar s prblemas de desequlíbr de energa d cnversr da Fg.., as pnes fram acpladas cm um únc ransfrmadr de ala freqüênca. O cnversr acplad magnecamene é msrad na Fg... Segund as explcações ds aures, ns cnversres cm um únc ransfrmadr as pequenas dferenças de ensã sbre s capacres de enrada sã crrgdas aumacamene graças a pequena ransferênca de energa pel ransfrmadr de um cnversr para ur e vceversa. Também recmendam que para se cnsegur um bm equlíbr, s pulss de cmand e s parâmers ds dspsvs sejam aprxmadamene guas. Nese cnversr, cm a écnca de cnrle

28 Capíul 5 pr deslcamen de fase, f alcançada uma cmuaçã sb ensã nula ZS ds nerrupres. Os elemens parasas, cm as nduâncas de dspersã d ransfrmadr e as capacâncas nrínsecas ds nerrupres de pênca, fram aprveads evand a ulzaçã de cmpnenes exerns. S S C D L S4 S3 C R S5 S6 C D S8 S7 Fg... Cnversr dupl pne cmplea acplad pr ransfrmadr. Cm as duas pnes sã sladas galvancamene, f pssível cnecar as enradas em paralel, al cm é msrad na Fg..3. O cnversr apresena caracerísca mpranes, ps mesm cnversr pde rabalhar cm ds valres de ensã de enrada. S S C D L S4 S3 C R S5 S6 D C S8 S7 Fg..3. Cnversr dupl pne cmplea cm enradas em paralel. Quand s requermens de pênca chegam a ser exremadamene grandes, sugerese a ulzaçã de ds ransfrmadres de ala freqüênca. Na Fg..4 é msrad méd de cnexã ds enrlamens para pder cnsegur uma ba dsrbuçã de

29 Capíul 6 crrene pels nerrupres. O cnversr maném sua caracerísca de cmuaçã suave devd à aplcaçã da écnca de cnrle ndcada anerrmene. Segund as explcações, cnecand s enrlamens secundárs em sére a crculaçã de crrene aravés deles é a mesma, pran, cm a crrene n prmár é uma magem da crrene n secundár, a energa ransferda aravés de cada ransfrmadr é a mesma. A exaa dvsã das duas ensões sbre s capacres de enrada é cnrlada pela crrene aravés ds enrlamens prmárs d ransfrmadr. C S S D D L C R S4 S3 D3 D4 S5 S6 C S8 S7 Fg..4. Cnversr dupl pne cmplea usand ds ransfrmadres de pênca. Também f apresenad, cm msra a Fg..5, a plga cm as enradas das pnes cnecadas em paralel e s secundárs ds ransfrmadres cnecads em sére cm a fnaldade de frçar a crculaçã da mesma crrene pels prmárs ds ransfrmadres. Desa manera, é dvdda em duas pares guas as crrenes aravés das pnes. O cnversr é recmendad para perar cm ensões de enrada menres e grandes valres de crrenes.

30 Capíul 7 C S S D D L C R S4 S3 D3 D4 C S5 S6 S8 S7 Fg..5. Cnversr dupl pne cmplea cm ds ransfrmadres, enradas cnecadas em paralel e secundárs em sére..5.. Asscaçã de Cnversres CCCC Frward de Ds nerrupres O cnversr da Fg..6, denmnad de cnversr CCCC PWM pne dual, f prps em [4]. O cnversr msrad é cmps pr ds cnversr CCCC Frward cm ds nerrupres. Ambs s cnversres sã acplads usand um únc ransfrmadr de ala freqüênca e as enradas sã ndependenes. Cm cnversr é slad galvancamene, as enradas d cnversr pdem ser cnecadas em sére cm é msrad na Fg..7 u em paralel cm é msrad na Fg..8. O cnversr é cnrlad pr um únc crcu de cnrle ulzand a mdulaçã pr deslcamen de fase (phase shf). Segund s aures, cm esa écnca de mdulaçã, cnversr apresena cmuaçã sb ensã nula (ZS) ds nerrupres e s elemens parasas, as cm, nduâncas de dspersã d ransfrmadr e capacâncas nrínsecas ds nerrupres sã aprveads. Pran, nã sã necessárs cmpnenes exerns de ajuda à cmuaçã. A máxma ensã sbre cada cmpnene d cnversr é gual à meade da ensã al de enrada (n cas da cnexã em sére das enradas).

31 Capíul 8 S D Lp L D4 S3 Ls Dr Dr C R D5 S6 Lp Dr4 Dr3 S8 D7 Fg..6. Cnversr CCCC pne dual cm únc ransfrmadr e enradas ndependenes. S D Lp L D4 S3 Ls Dr Dr D5 S6 Lp Dr4 Dr3 C R S8 D7 Fg..7. Cnversr CCCC pne dual cm únc ransfrmadr e enradas em sére. S D Lp L D4 S3 Ls Dr Dr C R D5 S6 Lp Dr4 Dr3 S8 D7 Fg..8. Cnversr CCCC pne dual cm únc ransfrmadr e enradas em paralel.

32 Capíul Asscaçã de Cnversres CCCC Frward de Um nerrupr Nas Fgs.9 e. sã msrads ds Cnversres CCCC prpss em [5]. Ambs s cnversres sã cmpss de ds cnversres CCCC frward de um nerrupr. Na referênca, eles sã chamads de Cnversres Frward nercalads (nerleavng Frward Cnverers) de um ndur e de ds ndures. A écnca de pde ser vsa cm uma varaçã da écnca de paralelsm, nde s nsanes de cmuaçã ds nerrupres sã dads a cada me períd cm pulss da mesma largura e razã cíclca menr que 5% gerads pr um únc crcu de cmand. Cm esa écnca as ndulações da ensã de saída sã reduzdas. Cm resulad, amanh d capacr flr de saída é reduzd. Geralmene, nercalamen em plgas cm flr nduv de saída pde ser mplemenad de duas maneras, al cm sã msrads nas fguras. Segund as explcações, cm as mesmas especfcações e razã cíclca, ambs s cnversres apresenam s mesms amanhs de ndures e capacres ds flrs de saída. Os cuss ds ndures e capacres sã smlares. Em erms de rendmen, cnversr da Fg.. em rendmen 4% mar que cnversr da Fg..9 [5]. N cnversr cm únc ndur s esfrçs de ensã sbre s nerrupres prncpas, durane a cmuaçã, sã mares em relaçã a cnversr cm ds ndures. A quesã ds prblemas de desequlíbr esác e dnâmc de crrene aravés ds cnversres msrads nas Fgs..9 e. nã fram explcads em [5]. Pran, nã exse nfrmaçã em relaçã a ema ndcad para saber se a écnca de asscar cnversres em paralel cm ransfrmadres ndependenes é cnvenene para aplcações prácas. Lm Np Tr Ns D D Lf Cf Tr D3 Lm Np Ns S Cs S s Cs s Fg..9. Cnversr frward nercalad cm um ndur.

33 Capíul Tr D Lf Lm Np Ns D Cf Tr D3 Lf Lm Np Ns D4 S Cs S Cs s s Fg... Cnversr frward nercalad cm ds ndures Asscaçã de Cnversres CCCC em Mea Pne O cnversr da Fg.., prps e esudad em [9, 6], é cmps pr ds crcus mea pne cnecads em sére. O cnversr ulza ds ransfrmadres de ala freqüênca cm s enrlamens secundárs cnecads em sére que permem a crculaçã da mesma crrene aravés deles, e cm cnseqüênca, refleese crrenes ambém guas ns enrlamens prmárs. Desa manera, cnseguese uma dvsã equlbrada de crrene aravés ds crcus d cnversr. Oura caracerísca que deve ser salenada é a cmuaçã suave (ZS) de seus nerrupres aravés da mdulaçã PWM assmérca. Cnversr Mea Pne Dr L C Tr Lr S D C Tr C R C C3 Tr Lr S S3 D D3 C C3 Tr Tr Tr C4 S4 D4 C4 Dr Fg... Cnversr CCCC ZSPWM slad basead na asscaçã em sére de cnversres.

34 Capíul.6. Ours Cnversres CCCC cm Cnexã Sére de nerrupres.6.. Cnversr CCCC Mdfcad O cnversr CCCC msrad na Fg.. f ncalmene esudad em [7] sem demsrar sua verdadera rgem plógca. Pserrmene em [9] f demsrad que mesm vem d cnversr CCCC slad, basead na célula de cmuaçã cm capacr fluuane. O cnversr ndcad apresena as segunes caraceríscas: pera cm freqüênca cnsane, s nerrupres cmuam sb ensã nula (ZS), a máxma ensã sbre s nerrupres é a meade da ensã de barramen, nã apresena prblemas de desequlíbr esác e dnâmc devd à presença ds capacres de enrada, nã apresena prblema de sauraçã d ransfrmadr de ala freqüênca devd à presença d capacr em sére cm enrlamen prmár. C C S S S3 S4 D D D3 D4 C C C3 C4 Lr Dr L Cbs Tr Dr C R Fg... Cnversr CCCC ZSPWM mdfcad..6.. Cnversr CCCC Basead na Asscaçã em Cascaa de Cnversres O cnversr CCCC msrad na Fg..3, é basead na asscaçã em cascaa de ds cnversres em mea pne. O mesm f prps e esudad em [7, 8, 9]. Nese cnversr, a cnexã em sére ds enrlamens secundárs d ransfrmadr garane a dsrbuçã equlbrada de crrene pels prmárs. Ouras caraceríscas d cnversr sã: peraçã cm freqüênca cnsane, cmuaçã sb ensã nula ds nerrupres, a máxma ensã sbre s nerrupres é de meade da ensã d barramen, nã apresena prblemas de desequlíbr esác nem dnâmc devd as capacres de enrada e grampeadres.

35 Capíul C C Tr Cc Lr Cc Tr S S Lr S3 S4 D D D3 D4 C C C3 C4 Dr Tr Tr Tr Tr L C R Dr Fg..3. Cnversr CCCC ZSPWM slad basead na asscaçã em cascaa de cnversres..7. Cnclusões Nese capíul sã msrads e descrs alguns cnversres CCCC cnrlads pr um únc crcu de cnrle, apresenads na leraura, para mnmzar s prblemas de desequlíbr esác e dnâmc da asscaçã cnvencnal em sére e em paralel de semcndures. Dferenes écncas sã usadas para dvdr s esfrçs de ensã u crrene quand exse aplcações de elevadas ensões u crrenes. Deps da revsã da leraura das dferenes écncas, chegase à cnclusã que das as écncas apresenadas smplesmene mnmzam s prblemas de desequlíbr esác e dnâmc. Pran, nã sã sluções absluas a prblema. Para cnsegur s bjevs, na hra da mplemenaçã práca, devem ser mads aprxmadamene guas as mpedâncas ds crcus, as larguras ds pulss de cmand, as caraceríscas ds cmpnenes. Também deve ser esclhda uma plga adequada para uma deermnada aplcaçã. Os cnversres nã pdem ser desenvlvds de qualquer manera pensad que esas écncas vã garanr equlíbr em cem pr cen.

36 Capíul 3 CAPÍTULO GERAÇÃO DE CONERSORES CCCC SOLADOS APLCANDO A TÉCNCA DE ASSOCAÇÃO DE CONERSORES.. nrduçã Nese capíul sã gerads nvs cnversres CCCC aplcand a écnca de asscaçã de cnversres CCCC slads báscs, cnhecds na leraura cm frward, mea pne, pne cmplea, flyback, Cük, zea e sepc. Para faclar sua desgnaçã, s nvs cnversres asscads u cmpss serã denmnads de Cnversres CCCC de Múlpls Cnversres. Tmand cm referênca as plgas parculares apresenadas em [, 3, 4, 5, 6, 37, 38] denr da écnca de asscaçã de cnversres, é pssível gerar prncpalmene rês famílas de cnversres CCCC cm as denmnações de: Cnversres CCCC de Múlpls Cnversres cm Transfrmadr Únc, Cnversres CCCC de Múlpls Cnversres cm Transfrmadres ndependenes, Cnversres CCCC de Múlpls Cnversres cm Transfrmadres ndependenes e Secundárs em Sére. Na classfcaçã pdese nar que as rês famílas sã dferencadas pela ulzaçã d ransfrmadr de ala freqüênca. As caraceríscas ds cnversres CCCC de múlpls cnversres sã a capacdade de perar ulzand um únc crcu de cnrle e a versaldade para perar cm quar cmbnações de cnexões das enradas u das saídas (ndependenes, sére, paralel u ms). Para verfcar prncíp de peraçã ds nvs cnversres CCCC, sã aplcadas esraégas de cnrle smples sem levar em cnsderaçã a cmuaçã ds nerrupres. ss nã resrnge em abslu a ulzaçã de uras esraégas de cnrle cnhecdas na leraura, al cm serã apresenadas ns próxms capíuls. Ns cnversres CCCC de múlpls cnversres, para esperar um bm funcnamen, é fundamenal maner razavelmene a smera d layu durane a René P. Trrc Bacpé

37 Capíul 4 cnsruçã d próp, a gualdade ds parâmers ds cmpnenes envlvds, as cm, ndures, capacres, ressres e semcndures, assm cm a smera ds snas de cnrle para acnar s semcndures cnrlads... Alernavas de Cnexã ds Cnversres CCCC de Múlpls Cnversres Cm as rês famílas de cnversres CCCC de múlpls cnversres sã slads ulzand um ransfrmadr u várs ransfrmadres de ala freqüênca, cnfrme a aplcaçã, as enradas e/u as saídas pdem ser cnecadas segund a Tabela. Tabela. Alernavas de cnexã ds cnversres CCCC de múlpls cnversres. ENTRADAS SAÍDAS N de Enradas Tp de Cnexã Tp de Cnexã N de Saídas ndependenes Uma u Mas Duas u Mas ndependenes Sére Paralel Duas u Mas Duas u Mas Ms Três u Mas ndependenes Uma u Mas Duas u Mas Sére Sére Paralel Duas u Mas Duas u Mas Ms Três u Mas ndependenes Uma u Mas Duas u Mas Paralel Sére Duas u Mas Paralel Duas u Mas Ms Três u Mas ndependenes Uma u Mas Pares Acma de Quar Sére/Paralel Sére Paralel Duas u Mas Duas u Mas Ms Três u Mas Cm s esfrçs de ensã e/u crrene sbre s cmpnenes (prncpalmene semcndures cnrlads) dependem das fnes de almenaçã s quas se encnram n lad prmár d ransfrmadr u ds ransfrmadres, é dada uma mar mprânca às cnexões das enradas em relaçã às cnexões das saídas. Pr ese mv, ns cnversres CCCC apresenads nese capíul serã bservads várs ps de cnexã das saídas, sem classfcaçã. René P. Trrc Bacpé

38 Capíul 5.3. Cnversres CCCC de Múlpls Cnversres cm Transfrmadr Únc Nesa famíla s cnversres asscads sã acplads ulzand um únc ransfrmadr de ala freqüênca. Para prvar prncíp de peraçã ds cnversres CCCC desa famíla sã ulzadas duas esraégas de mdulaçã PWM, as quas sã ndcadas especfcamene para cada cas. Para perar adequadamene s cnversres CCCC das Fgs..,.5 e.8, s nerrupres de pênca devem fechar e abrr smulaneamene cm a aplcaçã de um únc puls cm razã cíclca menr que,5. Nrmalmene a razã cíclca é resra a esse valr para evar a sauraçã d ransfrmadr de ala freqüênca. Pr ur lad, ns cnversres CCCC das Fgs..3,.6 e.9 é pssível aplcar ds pulss de cmand guas cm razã cíclca menr que,5 deslcads em 8. A smera ds pulss é mprane para pder evar a sauraçã d ransfrmadr de ala freqüênca e desequlíbr de crrene aravés ds cnversres. Neses cnversres a máxma razã cíclca pde ser aprxmadamene unára. Ns cnversres CCCC das Fgs.. e.4, as fnes de almenaçã, e n devem ser d mesm valr para pder dvdr gualmene s esfrçs de ensã e crrene ns cmpnenes e, pr ur lad, evar a sauraçã d ransfrmadr..3.. Enradas ndependenes O dagrama esquemác geral de um cnversr CCCC de múlpls cnversres cm ransfrmadr únc e enradas ndependenes é msrad na Fg... As plgas de cnversres CCCC asscand ds cnversres slads báscs, sã msradas nas Fgs.. e.3. René P. Trrc Bacpé

39 Capíul 6 Chaves PWM Dds e Elemens Lneares e Elemens Lneares C _ Chaves PWM Dds e Elemens Lneares e Elemens Lneares C _ n Chaves PWM e Elemens Lneares Transf. Dds e Elemens Lneares Cn _ n Fg... Cnversr CCCC de múlpls cnversres cm ransfrmadr únc e enradas ndependenes. D S S Dr L DRL C R S D Dr L DRL C R S3 D3 S D4 S4 (a ) L C (b) D S C R S C3 L L C Dc C R S S (c) L C (d) S C L S Dc Dc C R L C C R S S (e) (f) Fg... Cnversres CCCC cm ransfrmadr únc e enradas ndependenes: (a) dupl frward ; (b) dupl frward ; (c) dupl flyback; (d) dupl Cük, (e) dupl zea; (f) dupl sepc. René P. Trrc Bacpé

40 Capíul 7 D S S Dr L C R S D Dr L C R Dr S3 D3 Dr S D4 S4 (a) (b) C S S S Dr L Dr L C S C R S3 S4 C R C3 S3 Dr S5 S6 Dr C4 S4 S7 S8 (c) (d) Fg..3. Cnversres CCCC cm ransfrmadr únc e enradas ndependenes: (a) dupl frward ; (b) dupl frward ; (c) dupl mea pne; (d) dupl pne cmplea..3.. Enradas Cnecadas em Sére N cnversr CCCC da Fg.. cm s cnversres sã slads pr me de um ransfrmadr, as enradas ds mesms pdem ser cnecads em sére cm é msrad na Fg..4. Quand numa deermnada aplcaçã desejase ulzar uma únca fne de ensã de enrada, as fnes de ensã,., n da Fg..4 pdem ser subsuíds pr rams capacvs de elevada capacânca. Desa manera em cada capacr de enrada será dvdda a ensã de enrada al. Os exempls de plgas de cnversres CCCC asscand ds cnversres slads sã msrads nas Fgs..5 e.6. Chaves PWM Dds e Elemens Lneares e Elemens Lneares C _ Chaves PWM Dds e Elemens Lneares e Elemens Lneares C _ n Chaves PWM e Elemens Lneares Transf. Dds e Elemens Lneares Cn _ n Fg..4. Cnversr CCCC de múlpls cnversres cm ransfrmadr únc e enradas em sére. René P. Trrc Bacpé

41 Capíul 8 D S S Dr L Dr L DRL C R S D DRL C R S3 D3 S (a) D4 L S4 C (b) S D S C3 L C R L C Dc C R S S (c) L C (d) S C L S Dc Dc C R L C C R S S (e) (f) Fg..5. Cnversres CCCC cm ransfrmadr únc e enradas em sére: (a) dupl frward ; (b) dupl frward ; (c) dupl flyback; (d) dupl Cük, (e) dupl zea; (f) dupl sepc. D S S Dr L C R S D Dr L C R Dr S3 D3 Dr S D4 S4 (a) (b) René P. Trrc Bacpé