Conversores boost-flyback integrados para aplicações em alto ganho de tensão

• Main Author: Dreher, Jacson Rodrigo
• Other Authors: Martins, Mário Lúcio da Silva
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2012
• Subjects: Conversores de frequência; Energia - Fontes alternativas; Frequency changers; Renewable energy sources
• Online Access: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/281

A crescente demanda energética mundial é um dos principais problemas a ser enfrentado pela sociedade, uma vez que, a produção de energia elétrica na atualidade tem sua base em combustíveis fósseis, os quais possuem reservas não perenes e seus efeitos maléficos ao meio ambiente tem causado um impacto muito grande na natureza. Estes fatores têm incentivado a busca por alternativas para produção de energia elétrica a partir de fontes renováveis, principalmente em unidades de Geração Distribuída. A energia solar fotovoltaica se destaca neste contexto principalmente por sua flexibilidade quanto à potência e o ponto de conexão dos geradores, indo ao encontro do conceito de Geração Distribuída. Visando a expansão do emprego de geradores fotovoltaicos a redução do custo da energia gerada é fundamental, para tanto se deve conceber conversores eletrônicos capazes de adequar a energia CC produzida pelos geradores para que esta seja diretamente injetada na rede elétrica CA. No caso de geradores com um único módulo fotovoltaico, tem-se a oportunidade de extrair a máxima potência gerada pelo mesmo evitando-se problemas de sombreamento e dissimilaridades entre módulos, todavia o emprego de conversores eletrônicos com alto ganho de tensão com a maior eficiência possível é imprescindível. Nesta dissertação é proposta uma nova metodologia de integração de conversores estáticos, permitindo que novos conversores estáticos não isolados com alto ganho de tensão sejam derivados. Esta metodologia baseia-se no emprego de indutores acoplados que são compartilhados pelos conversores integrados e cujas seções e terminais são associados de modo que a topologia resultante possua um ganho de tensão que corresponde a soma dos ganhos individuais de cada conversor. Como exemplo e estudo de caso é analisada a integração dos conversores boost e flyback. São apresentados os modos de operação e as principais características dos conversores boost-flyback derivados neste trabalho, bem como uma metodologia de projeto para os circuitos e resultados experimentais. Os protótipos avaliados em laboratório mostram que os conversores boost-flyback derivados operando com ganho estático de dez vezes podem obter eficiência superior a 90% quando aplicados em um painel fotovoltaico de 200W. === World increasing demand for energy is one of the most challenging problems to be faced by societies in the near future. And it is getting worst because the fossil fuels retain the majority of the world energy share. Besides the risk of outage caused by the depletion of fossil fuel sources, their side effects on the environment have causing a huge impact on the environment. These issues have motivating the search for renewable sources of energy, mainly in distributed generation units. In the renewable resources scenario, the photovoltaic energy has a major role due to its advantages, such as its power flexibility and easy on site placement of generators, which is very favorable for Distributed Generators Systems. Aiming to ensure the worldwide applications of PV systems, it is required to lower the PV energy cost per watt, which can be achieved with more efficient power processing systems that are used to convert the DC power produced by the PV modules in AC power to be injected to the grid. In systems with a power converter per PV module the best performance of the module is achieved in terms of energy efficiency, avoiding shadowing and aging dissimilarity problems that may plague PV generators with a large amount of PV modules. However, to achieve such benefits, power converters with high efficiency and large conversion range are required. In this dissertation it is proposed a novel methodology to synthesize integrated non-isolated DC/DC power converters with wide conversion range. This methodology is based on the use of coupled inductors to integrate the input sections of two power converters, meanwhile their output sections are associated in either, series, parallel or cascade configuration, yielding in a conversion ratio that is the sum of the individual integrated converters. As a case study, the integrated boost-flyback topologies are analyzed. Their modes of operation, chief characteristics as well as design rules are discussed. The analyses are validated by means of experimental results obtained from three laboratory prototypes. The prototypes operate with conversion ratio greater than ten times and the efficiency achiever is higher than 90% when designed for a 200W PV module.