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Apresentação dissertação de mestrado - ANÁLISE, PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO DE UM RETIFICADOR BOOST MONOFÁSICO COM ALTO FATOR DE POTÊNCIA E COMUTAÇÃO ZCS DAS CHAVES

  1. 1. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU ANÁLISE, PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO DE UM RETIFICADOR BOOST MONOFÁSICO COM ALTO FATOR DE POTÊNCIA E COMUTAÇÃO ZCS DAS CHAVES FEELT-UFU Fabrício Alves Borges Mestrando 1 Luiz Carlos Gomes de Freitas Orientador Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  2. 2. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges 1 2 3 4 5 6 2 FEELT-UFU Introdução Análise qualitativa e quantitativa do conversor Procedimento de projeto Estratégia de controle Resultados de simulação e experimentais Conclusão Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  3. 3. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges 1 2 3 4 5 6 3 FEELT-UFU Introdução Análise qualitativa e quantitativa do conversor Procedimento de projeto Estratégia de controle Resultados de simulação e experimentais Conclusão Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  4. 4. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Introdução 1 Evolução dos conversores chaveados 4 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  5. 5. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Introdução 1 Alta frequência de chaveamento e altas potências Conversores Ressonantes (FM, PWM) 5 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  6. 6. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Introdução 1 Proposta:  Conversor chaveado com comutação não dissipativa ZCS;  Simplicidade e robustez;  Pré-regulador do fator de potência;  Corrente de entrada com baixo THDI ; 6 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  7. 7. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges 1 2 3 4 5 6 7 FEELT-UFU Introdução Análise qualitativa e quantitativa do conversor Procedimento de projeto Estratégia de controle Resultados de simulação e experimentais Conclusão Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  8. 8. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Comutação ZCS em todas as chaves e toda faixa de carga Lr1 D1 c S1 Frequência de chaveamento fixa em altos valores D3 a Lr2 S3 D2 Ausência de sobretensão nas chaves S2 Cr Melhor distribuição de corrente nos semicondutores p 8 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  9. 9. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Melhor distribuição de corrente nos semicondutores 9 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  10. 10. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Etapas de Operação: 10 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  11. 11. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Etapas de Operação: α – Condutância normalizada. I0 – Corrente de entrada. Vo – Tensão de saída. Lr1 – Indutor ressonante. Lr2 – Indutor ressonante. Cr – Capacitor ressonante. Z01 – Impedância característica do circuito ressonante formado por Lr1 e Cr. Z02 – Impedância característica do circuito ressonante formado por Lr2 e Cr. f01 – frequência de ressonância entre o indutor Lr1 e o capacitor Cr. f02 – frequência de ressonância entre o indutor Lr2 e o capacitor Cr. 11 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  12. 12. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Primeira Etapa: ∆t1 (t0-t1) iLr1 (t1) iLr2 (t1) I0 IS3 (t1) 0 Vcr (t1) Vo  Vo.cos(01.(t )) ∆t1 12 Vo .sen(ω01.(t)) Z01   02 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  13. 13. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Segunda Etapa: ∆t2 (t1-t2) iLr1 (t2) iLr2 (t2) I0 IS3 (t2) 0 Vcr (t2) 2Vo ∆t2 13 0  2.01 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  14. 14. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Terceira Etapa: ∆t3 (t2-t3) iLr1 (t3) 0 iLr2 (t3) I0 IS3 (t3) 0 Vcr (t3) 2Vo ∆t3 14 D T     02 201 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  15. 15. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Quarta Etapa: ∆t4 (t3-t4) iLr1 (t4) 0 iLr2 (t4) 0 IS3 (t4) I0 Vcr (t4) ∆t4 15  Vo  1  1   2 arcsen( )  02 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  16. 16. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Quinta Etapa: ∆t5 (t4-t5) iLr1 (t5) iLr2 (t5) 0 IS3 (t5) 0 Vcr (t5) 0 ∆t5 16 0  1 1 1   1  02   2    Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  17. 17. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Sexta Etapa: ∆t6 (t5-t6) iLr1 (t6) iLr2 (t6) 0 IS3 (t6) 0 Vcr (t6) 0 ∆t6 17 0 T  (t1  t2  t3  t4  t5 ) Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  18. 18. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Planos de Fases: 18 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  19. 19. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Ganho Estático: Etapas 1ª Etapa 19 1 f  1 1 2  2    1  D     02   2    -Vo 4ª Etapa G -Vo 3ª Etapa Vo Vo  VD 0( med ) 0 2ª Etapa G VD0(t) vCr (t )  Vo  Vo  cos 02t  5ª Etapa 6ª Etapa ∆t  02  t2  2.01   t3  D  T   02 201 t1    vCr (t )  Vo. 1  1   2  0 I0 .t Cr t 4  t5  arcsen( ) 02  1 1 1   1  2  02      t6  T  (t1  ...  t5 ) Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  20. 20. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Gráficos do Ganho Estático: 20 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  21. 21. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Gráficos do Ganho Estático: 1 f D  1  G 02 21 1 1 2  2       2    Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  22. 22. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Gráficos do Ganho Estático: 22 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  23. 23. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Análise Qualitativa e Quantitativa do Conversor 2 Equações das Correntes nos Interruptores do Conversor: Correntes nos indutores ressonantes Tempos ∆t de cada etapa de operação 23 Equações correntes nas chaves e diodos Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  24. 24. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges 1 2 3 4 5 6 24 FEELT-UFU Introdução Análise qualitativa e quantitativa do conversor Procedimento de projeto Estratégia de controle Resultados de simulação e experimentais Conclusão Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  25. 25. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Retificador monofásico ZCS Boost PFC Vin Vo Po I0 Aplicação Industrial 25 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  26. 26. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Aplicação industrial  Fontes de alimentação de imãs corretores (CMPS – Corrector Magnets Power Supplies) utilizados em síncrotrons (aceleradores de partículas cíclicos);  Os CMPS geralmente são bipolares com baixas tensões e potências e alta precisão de regulação;  Eram utilizadas fontes lineares e hoje estão sendo substituídas por fontes chaveadas;  São utilizados em dezenas ou até centenas de unidades dependendo do tamanho do síncrotron. 26 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  27. 27. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 (CMPS -> ±20V/15A) 27 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  28. 28. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Especificações de Projeto Potência de saída, Po Tensão de saída, Vo 102Vdc Tensão de Entrada, Vin 40Vac Corrente de carga, IL 4,41A Resistência de carga, RL 23Ω Frequência de chaveamento, fs 53kHz Eficiência esperada, η 90% Variação de corrente de entrada ∆I0 9% Ripple da tensão de saída ∆Vo 9% Variação da tensão de entrada Vin 28 450W  102  49, 4  2  35    Vin  D 102    264 H  270 H Lf   fs  I 53000  0, 09  20, 22 ±11% Co  Po 450   1270 F 2 fs  Vo Vo 2  60  0, 09 102 102 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  29. 29. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Componentes da célula ressonante On-Off ZCS  f02 >> fs  iLr2max > I0  iLr1max menor possível 1 2 Lr1  Cr 1 f 02  2 Lr 2  Cr f 01  iLr1max  Vo  Tf01/2 < Dmin.Ts iLr 2max  Vo 29 Cr Lr1 Lr1, Lr2, Cr Cr Lr 2 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  30. 30. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Componentes da célula ressonante On-Off ZCS Lr1  Tf01/2 < Dmin.Ts Dmin  Vo  Vin p f 01min  f 01  30 Vo  102  60  0, 41 102 fs  64, 63kHz 2 Dmin Vo 2  Lr1  iLr1max Deseja-se iLr1max = 0,6.I0 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  31. 31. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Componentes da célula ressonante On-Off ZCS Lr1 Lr1  Vo 2  f 01  iLr1max f 01min  fs  64, 63kHz 2 Dmin f 01  2  f 01min Lr1  12 H 31 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  32. 32. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Componentes da célula ressonante On-Off ZCS Cr Cr  32 1 1   147 nF  150nF 2 2 2 2 6 4  f 01  Lr1 4 120000 12 10 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  33. 33. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Componentes da célula ressonante On-Off ZCS Lr2 f 02min  3,5  f s iLr 2max  I 0max I 0max  18, 6 A Lr 2  3,5 H 33 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  34. 34. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Componentes da célula ressonante On-Off ZCS Lr1 - Lr2 - Cr iLr1max Cr 150 109  Vo  102  11, 4 A Lr1 12 106 iLr 2max Cr 150 109  Vo  102  21,11A 6 Lr 2 3,5 10 f 01  f 02  34 1 1   118, 62kHz 6 9 2 Lr1 Cr 2 12 10 150 10 1 1   219,6kHz 6 9 2 Lr 2  Cr 2 3,5 10 150 10 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  35. 35. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Especificação dos semicondutores Diodo D0 Diodo D1 Diodo D2 Diodo D3 HFA30TA60C HFA30TA60C HFA30TA60C HFA30TA60C ID0_pico = I0 ID1_pico 11,4 A ID2_pico = I0 18,4 A ID3_pico = I0 18,4 A ID0_RMS 12,4 A ID1_RMS 3,8 A ID2_RMS 12,3 A ID3_RMS 4,57 A ID0_med 8,47 A ID1_med 0,9 A ID2_med 8,31 A ID3_med 0,92 A PD0_total 35 18,4 A 11,35W PD1_total 1,08W PD2_total 9,9W PD3_total 1,1W Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  36. 36. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Especificação dos semicondutores Chave S1 Chave S2 Chave S3 Retificador IRFP4668 IRFP4668 IRFP4668 TB358 IS1_pico IS2_pico 18,4 A IS3_pico = I0 18,4 A IPR_pico = I0 18,4 A IS1_RMS 3,8 A IS2_RMS 12,3 A IS3_RMS 4,57 A IPR_RMS 7,1 A IS1_med 0,9 A IS2_med 8,31 A IS3_med 0,92 A IPR_med 6,4 A PS1_total 36 11,4 A 0,2W PS2_total 2,15W PS3_total 0,3W PPR_total 30,5W Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  37. 37. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Análise das perdas totais P Totais  P  P 1  P 2  P 3  P 1  P 2  P 3  P 0  P Lf S S S D D D D PR  P RS  71, 45W 37 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  38. 38. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Procedimento de Projeto 3 Análise das perdas totais  (%)  38 Po 450 100  100  86% Po  P 450  71, 45 Totais Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  39. 39. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges 1 2 3 4 5 6 39 FEELT-UFU Introdução Análise qualitativa e quantitativa do conversor Procedimento de projeto Estratégia de controle Resultados de simulação e experimentais Conclusão Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  40. 40. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Pulsos para acionamento das chaves Função Pré-regulador (PFC) CI UC3854N (1 pulso de controle) Função ZCS 3 pulsos de controle S1,S2,S3 40 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  41. 41. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Pulso para a chave S1  Não necessidade de pulsos diferentes para as chaves S1 e S2  Tensão (2Vo - Vo) sobre o diodo D1  A tensão sobre S1 só aparecerá a partir da quinta etapa 41 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  42. 42. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Pulso para a chave S2  Abertura no instante em que a corrente iLr2 passar por zero (quarta etapa)  Quarta etapa é ressonante onde f02 da corrente iLr2 é conhecida iLr 2(t )  I 0  Vo  s e n 02t  Z 02  O tempo em que iLr2 atinge zero depende do seu valor inicial  Variação do período permitido para a abertura da chave S2  Ajuste correto da abertura desta chave no instante de pico máximo negativo de iLr2. Este tempo é Tr2/2 e pode ser calculado 42 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  43. 43. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Pulso para a chave S2 43 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  44. 44. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Pulso para a chave S2  O pulso para a chave S3 deve ser enviado ∆t = Tr2/2 s antes da abertura da chave S2. 44 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  45. 45. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Correção do fator de potência – PFC  Controle por corrente média no indutor Lf  CI UC3854N – Texas Instruments 45 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  46. 46. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Correção do fator de potência – PFC 46 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  47. 47. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Circuito de controle da célula On-Off ZCS  Defasagem ∆t do pulso “Vm” vindo do pino 16 do UC3854N através de um circuito comparador utilizando o CI LM311.  Pulso complementar de “Vm” através de um circuito inversor a transistor. 47 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  48. 48. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Circuito de controle da célula On-Off ZCS C1   R11  R12    48 1 2  f 02  ln(0,5) Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  49. 49. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Circuito de controle da célula On-Off ZCS 49 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  50. 50. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Circuitos de gatilho  Os terminais “Source” das chaves S1 e S2 estão conectados no mesmo ponto e no terra do sistema.  Circuito simples (push-pull) e de baixo custo. 50 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  51. 51. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Estratégia de controle 4 Circuitos de gatilho  Para a chave S3 o pulso deve ser isolado.  SKHI-10op da Semikron 51 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  52. 52. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges 1 2 3 4 5 6 52 FEELT-UFU Introdução Análise qualitativa e quantitativa do conversor Procedimento de projeto Estratégia de controle Resultados de simulação e experimentais Conclusão Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  53. 53. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados de simulação  Simulações realizadas no software PSIM®  Circuito de potência: 53 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  54. 54. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados de simulação  Circuito de controle: 54 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  55. 55. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados de simulação  Tensão e corrente na chave principal S2 55 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  56. 56. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados de simulação  Tensão e corrente na chave S1 56 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  57. 57. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados de simulação  Tensão e corrente na chave S3 57 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  58. 58. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados de simulação  Tensões no capacitor ressonante Cr e no diodo D0 58 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  59. 59. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados de simulação  Planos de fase 59 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  60. 60. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados de simulação  Corrente no indutor Lf 60 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  61. 61. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados de simulação  Tensão de controle gerada pelo CI UC3854 61 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  62. 62. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados de simulação  Correção do fator de potência 62 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  63. 63. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais 63 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  64. 64. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais 64 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  65. 65. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais  Boost PFC sem a célula On-Off ZCS 65 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  66. 66. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais  Boost PFC sem a célula On-Off ZCS 66 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  67. 67. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais  Boost PFC com a célula On-Off ZCS 67 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  68. 68. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais  Boost PFC com a célula On-Off ZCS 68 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  69. 69. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais  Boost PFC com a célula On-Off ZCS 69 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  70. 70. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais  Boost PFC com a célula On-Off ZCS 70 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  71. 71. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais  Boost PFC com a célula On-Off ZCS 71 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  72. 72. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais  Boost PFC com a célula On-Off ZCS 72 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  73. 73. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais  Boost PFC com a célula On-Off ZCS 73 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  74. 74. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Resultados de simulação e experimentais 5 Resultados experimentais  Análise do rendimento do Boost PFC com a célula On-Off ZCS 74 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  75. 75. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges 1 2 3 4 5 6 75 FEELT-UFU Introdução Análise qualitativa e quantitativa do conversor Procedimento de projeto Estratégia de controle Resultados de simulação e experimentais Conclusão Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  76. 76. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Conclusão 5  Análise qualitativa e quantitativa completa do conversor Boost On-Off ZCS;  Comutação com corrente nula (ZC) em todas as chaves;  Ausência de sobrecorrente e sobretensão nas chaves;  Redução do nível de EMI;  Melhor distribuição de corrente nos semicondutores;  Análise do ganho estático frente a variação de carga;  Guia de projeto simples; 76 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  77. 77. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Conclusão 5  Controle do fator de potência com imposição de corrente de entrada senoidal com baixo conteúdo harmônico;  Técnica de controle por corrente média no indutor boost utilizando o CI UC3854N da Texas Instruments®;  Circuito de controle simples, robusto e de baixo custo;  Resultados experimentais em conformidade com a análise teórica e simulação computacional;  Curva de rendimento; 77 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
  78. 78. Análise, projeto e implementação de um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves Fabrício Alves Borges FEELT-UFU Conclusão 5 Trabalhos futuros  Utilização do conversor proposto para tensão de alimentação universal (80-270Vac);  Ensaios de emissões de EMI;  Utilização de IGBT’s para aplicações em alta frequência de chaveamento e grande potências;  Utilização de tiristores; 78 Núcleo de Pesquisa em Eletrônica de Potência (NUPEP) – Universidade Federal de Uberlândia (UFU)

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