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Título: Uso de acoplamento magnético na melhoria de características de algumas estruturas ZVT
Autor(es): Menegáz, Paulo José Mello
Orientador: Simonetti, Domingos Sávio Lyrio
Coorientador: Vieira, José Luiz de Freitas
Data do documento: 10-Jun-2005
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Este trabalho apresenta duas famílias de conversores ZVT-PWM não isolados que utilizam um acoplamento magnético para implementar a fonte de tensão auxiliar do conversor. A primeira família proposta pertence ao grupo dos conversores ZVT com fonte de tensão auxiliar CC chaveada. Ela apresenta um snubber regenerativo magneticamente acoplado aplicado ao interruptor auxiliar do conversor ZVT a fim de garantir um bloqueio em zero de tensão para este interruptor. A entrada em condução do interruptor auxiliar ocorre em zero de corrente e o interruptor principal apresenta tanto o bloqueio quanto a entrada em condução em zero de tensão, assim como na estrutura ZVT convencional. O acoplamento magnético é responsável por produzir as condições necessárias para que ocorra a descarga ressonante do capacitor do snubber, enviando a energia nele armazenada para a entrada e/ou saída do conversor. Uma estrutura mais compacta é obtida ao utilizar-se a própria dispersão do acoplamento magnético para implementar o indutor ressonante do snubber, reduzindo assim o número de componentes magnéticos da estrutura. A segunda família proposta pertence ao grupo de conversores ZVT com fonte de tensão auxiliar CC. Nesta família, utiliza-se um acoplamento magnético entre o indutor principal e o indutor ressonante do conversor, a fim de se garantir a operação do conversor no ponto de mínima perda total no interruptor auxiliar. A comutação dos interruptores principal e auxiliar permanece inalterada se comparada com a do conversor convencional sem acoplamento magnético. Uma vez que tanto o indutor principal quanto o indutor ressonante do conversor são construídos a partir do mesmo núcleo magnético, consegue-se reduzir o número de componentes magnéticos do circuito, bem como o número de fontes de interferência eletromagnética irradiada (EMI). Para ambas as famílias de conversores propostas, são apresentadas equações que descrevem o comportamento das tensões e correntes nos principais elementos do conversor. Além disso, é apresentada uma metodologia de projeto que permite dimensionar de forma simples e rápida os elementos da célula de comutação magneticamente acoplada do conversor. Também são apresentados resultados de simulação e resultados experimentais obtidos a partir da construção de protótipos dos conversores que validam as equações desenvolvidas e comprovam a eficiência dos conversores propostos.
This Dissertation presents two families of non-isolated DC-DC ZVT-PWM converters which employ a magnetic coupling to implement the topological auxiliary voltage source. The first proposed family of converters belongs to the group of ZVT converters with switched auxiliary voltage source. It makes use of a magnetic coupled regenerative snubber applied to the auxiliary switch of the ZVT converter in order to assure a zero voltage transition commutation during its turn-off. The auxiliary switch turn-on occurs at zero current and the main switch presents both the turn-on and the turn-off at zero voltage, as in the conventional ZVT topology. The magnetic coupling is responsible to produce the necessary conditions for the resonant discharge of the snubber capacitor, transferring the energy stored in the capacitance to the converter input and/or output. A more compact topology is achieved by using the leakage inductance of the magnetic coupling as the resonant inductance itself, which reduces the number of magnetic components of the converter. The second proposition belongs to the group of ZVT converters with DC auxiliary voltage source. In this family of converters, a magnetic coupling between the main and the resonant inductors is used in order to guarantee that the auxiliary switch will work at its minimum total loss point. The main and the auxiliary switch commutation remains unchanged if compared to the commutations of the converter without magnetic coupling. Once both the main and the resonant inductors of the converter are built in the same magnetic core, the number of magnetic components is reduced, as well as the number of EMI sources. For both propositions, equations describing the voltage and current behavior of the main elements of the converter are given. Beside this, a design procedure that allows a quick and simple choice of the magnetic coupled cell elements is also presented. At the end of this work, simulation and experimental results obtained by the construction of the proposed converter prototypes are shown. They validate the equations and design procedures developed in the work and demonstrate the improvement achieved by using the proposed enhancement.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/4099
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