Conversor cc-cc de alto ganho baseado em célula multiplicadora de tensão com as técnicas capacitor chaveado e acoplamento magnético

Abstract

O desenvolvimento de tecnologias para aprimorar o desempenho de conversores de potência integrados ao módulo fotovoltaico é fundamental para impulsionar instalações de sistemas de geração distribuída a partir da fonte solar fotovoltaica nos grandes centros urbanos, principalmente sobre telhados com diferentes orientações e inclinações, suscetível a sombreamentos parciais ocasionados por edificações vizinhas. Devido às baixas tensão nominal e eficiência dos módulos fotovoltaicos, conversores cc-cc de alto ganho de tensão e elevada eficiência são imprescindíveis às arquiteturas módulo ca e otimizadores solares com terminais de saída conectados em paralelo para extrair a máxima potência do módulo fotovoltaico e elevar a tensão do barramento cc do estágio de conversão cc-ca acima do valor mínimo necessário para conectar o sistema fotovoltaico à rede elétrica. Sendo assim, este projeto de tese apresenta um conversor cc-cc de alto ganho de tensão baseado em célula multiplicadora de tensão com as técnicas capacitor chaveado e acoplamento magnético, através de um indutor acoplado de três enrolamentos, e circuito de grampeamento ativo. O interruptor auxiliar presente no circuito de grampeamento provê comutação sob tensão-nula ao interruptor principal e vice-versa. Logo, as perdas por comutação dos interruptores são mitigadas, possibilitando elevar a frequência de chaveamento para reduzir as dimensões e peso dos componentes passivos. O enrolamento secundário do indutor acoplado é empregado para prover ao conversor elevado ganho de tensão sem operar sob razões cíclicas extremas, enquanto que o enrolamento terciário é utilizado para estabelecer um valor médio positivo na corrente de magnetização, o que possibilita projetar a indutância de magnetização do indutor acoplado para diminuir a amplitude da ondulação da corrente de magnetização o suficiente para satisfazer ligeiramente a condição de ZVS durante a transição do estado de bloqueio para o estado de condução do interruptor principal. Dessa forma, pode-se reduzir as perdas magnéticas e ôhmicas do indutor acoplado, e as perdas por condução e por chaveamento durante a transição do estado de condução para o estado de bloqueio dos interruptores. As indutâncias de dispersão dos enrolamentos do indutor acoplado são utilizadas para prover comutação sob corrente-nula aos diodos. Portanto, não há perdas por recuperação reversa. Operação, análise estática, diretrizes de projeto e análise de perdas do conversor proposto são apresentadas. Ainda, o conversor proposto é comparado através de diferentes figuras de mérito com duas topologias de conversor cc-cc que também combinam as técnicas acoplamento magnético e capacitor chaveado, e empregam dois interruptores. Resultados experimentais são obtidos através do protótipo de 350W do conversor proposto. Para comparação de eficiência, é montado um protótipo de conversor cc-cc de alto ganho com entrada diferencial já publicado na literatura. A máxima eficiência medida do conversor proposto é de 96,7 %.