Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos
Ano de defesa: | 2011 |
---|---|
Autor(a) principal: | |
Orientador(a): | |
Banca de defesa: | , |
Tipo de documento: | Dissertação |
Tipo de acesso: | Acesso aberto |
Idioma: | por |
Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
|
Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
|
Departamento: |
Engenharia Elétrica
|
País: |
BR
|
Palavras-chave em Português: | |
Palavras-chave em Inglês: | |
Área do conhecimento CNPq: | |
Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/8495 |
Resumo: | Piezoelectric transformers (PTs) allow the design of promising power supply applications, increasing efficiency, reducing size, facilitating the achievement of high transformation ratio, besides providing high immunity against electromagnetic noise. Due to the electrical equivalent model having resonant characteristics, some resonant topologies are naturally suitable for these power supplies, i.e. the Class- E, Half-Bridge, Full-Bridge and Push-pull. Among these topologies, the Class-E converter has a highlight of having one controlled switch. The static gain of the Class-E is changed through the switching frequency variation, while the duty cycle is adjusted with the purpose of achieving soft switching for different switching frequencies and loads. The analisys of this process becomes complex when the system has a high number of reactive elements. One way to simplify this analisys is applying a normalized methodology. On this regard, the first result of this work is the normalized analisys of the functionally of the Class-E converter, including normalized load and switching frequency variation. This allows choosing one optimum point for the static design, without the necessity of design parameters. The main objective of this analisys is the obtention of the duty cycle behavior in order to have soft switching for all operation points. In a second moment, a small-signal model was derived using the generalized averaging method, through Fourier series aproximation. The model describes the relevant poles and zeros of the system, being accurate enough for different loads and switching frequencies. The behavior of resonant converters changes considerably for different operating points; therefore it is important to have a model that represents the system well. The normalized analisys allowed simplifying the small-signal model derivation, once soft switching is achieved for all the operation points. Experimental measurements validate either the normalized or the small signal derivation methodologies. The measurements were achieved for a 3W step-down converter, with universal 85-265 V AC input and 6 V DC output. |
id |
UFSM_39af83b03873eaa8dd07827065ee0731 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufsm.br:1/8495 |
network_acronym_str |
UFSM |
network_name_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM |
repository_id_str |
|
spelling |
2017-06-012017-06-012011-08-04ENGLEITNER, Raffael. Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos.. 2011. 149 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2011.http://repositorio.ufsm.br/handle/1/8495Piezoelectric transformers (PTs) allow the design of promising power supply applications, increasing efficiency, reducing size, facilitating the achievement of high transformation ratio, besides providing high immunity against electromagnetic noise. Due to the electrical equivalent model having resonant characteristics, some resonant topologies are naturally suitable for these power supplies, i.e. the Class- E, Half-Bridge, Full-Bridge and Push-pull. Among these topologies, the Class-E converter has a highlight of having one controlled switch. The static gain of the Class-E is changed through the switching frequency variation, while the duty cycle is adjusted with the purpose of achieving soft switching for different switching frequencies and loads. The analisys of this process becomes complex when the system has a high number of reactive elements. One way to simplify this analisys is applying a normalized methodology. On this regard, the first result of this work is the normalized analisys of the functionally of the Class-E converter, including normalized load and switching frequency variation. This allows choosing one optimum point for the static design, without the necessity of design parameters. The main objective of this analisys is the obtention of the duty cycle behavior in order to have soft switching for all operation points. In a second moment, a small-signal model was derived using the generalized averaging method, through Fourier series aproximation. The model describes the relevant poles and zeros of the system, being accurate enough for different loads and switching frequencies. The behavior of resonant converters changes considerably for different operating points; therefore it is important to have a model that represents the system well. The normalized analisys allowed simplifying the small-signal model derivation, once soft switching is achieved for all the operation points. Experimental measurements validate either the normalized or the small signal derivation methodologies. The measurements were achieved for a 3W step-down converter, with universal 85-265 V AC input and 6 V DC output.Os Transformadores Piezoelétricos (PTs) permitem o projeto de aplicações promissoras para fontes de alimentação até 100W, melhorando a eficiência, reduzindo o tamanho, facilitando a obtenção de grandes relações de transformação, além de proporcionar alta imunidade contra ruídos eletromagnéticos e interferências. Os PTs apresentam modelo elétrico ressonante, trazendo a necessidade de implementação juntamente com topologias de conversores ressonantes, como por exemplo os conversores: Classe-E, Meia Ponte, Ponte Completa e Push-pull. Dentre estas topologias, o conversor Classe-E se destaca por apresentar somente um interruptor controlado. O ganho estático do conversor Classe-E é obtido através da variação da freqüência de chaveamento, e a razão cíclica muda para atender as condições de comutação suave para diferentes freqüências e cargas. A análise deste processo se torna complexa à medida que o sistema apresenta inúmeros elementos reativos. Uma maneira de simplificar esta análise é utilizar uma metodologia normalizada. Devido a isso, o primeiro resultado deste trabalho é a análise normalizada do funcionamento do conversor piezoelétrico Classe- E, incluindo variação normalizada da frequênciade operação e da carga. Isso permite escolher um ponto ótimo de projeto estático, sem a necessidade de parâmetros de projeto. O objetivo principal desta análise normalizada é a obtenção do comportamento da razão cíclica para obter comutação suave em todos os pontos de operação. Em um segundo momento, um modelo de pequenos sinais foi derivado utilizando a metodologia do modelo médio generalizado, através de aproximação por series de Fourier. O modelo descreve os pólos e zeros relevantes do sistema, sendo suficientemente preciso para diferentes cargas e da frequencias de operação. O comportamento de conversores ressonantes varia consideravelmente para diferentes pontos de operação, pois isso um modelo que permita avaliar estes pontos de maneira precisa se faz importante. A análise normalizada permitiu simplificar a derivação do modelo de pequenos sinais, uma vez que garante a operação em comutação suave. Para validar a metodologia apresentada, são mostrados resultados experimentais para um conversor abaixador de 3W, entrada universal de 85-260 V AC e saída de 6 V DC.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorapplication/pdfporUniversidade Federal de Santa MariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFSMBREngenharia ElétricaEletrônica de potênciaConversores ressonantesConversor classe-ETransformadores piezoelétricosAnálise normalizadaModelagem de pequenos-sinaisPower electronicsResonant convertersClass-E converterPiezoelectric transformersNormalized analysisSmall-signal modelingCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAAnálise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisPinheiro, José Reneshttp://lattes.cnpq.br/2333794966860226Bisogno, Fábio Eckehttp://lattes.cnpq.br/6267716868501584Michels, Leandrohttp://lattes.cnpq.br/9232567042677107Schuch, Lucianohttp://lattes.cnpq.br/6395346342569490http://lattes.cnpq.br/1071455709794999Engleitner, Raffael3004000000074005003003005003005979e88f-0899-4b78-afd6-cb650a3ececd683e7321-5886-45be-a77a-946b856d34598f48edb1-bc86-4a24-b39e-3be7c6845bd8764e962e-ad13-4d56-ad86-02f7d2286eec4bb265ca-1959-44aa-bcbd-d994ae4ad468info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSMORIGINALENGLEITNER, RAFFAEL.pdfapplication/pdf4644280http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/8495/1/ENGLEITNER%2c%20RAFFAEL.pdf178f5fe907e89d12a12646c1df67909fMD51TEXTENGLEITNER, RAFFAEL.pdf.txtENGLEITNER, RAFFAEL.pdf.txtExtracted texttext/plain228832http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/8495/2/ENGLEITNER%2c%20RAFFAEL.pdf.txt51a32c0d06a29e3191484b6272d22e7aMD52THUMBNAILENGLEITNER, RAFFAEL.pdf.jpgENGLEITNER, RAFFAEL.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg5121http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/8495/3/ENGLEITNER%2c%20RAFFAEL.pdf.jpge9564d232ff4edff67efe4490f36991fMD531/84952022-05-09 12:32:47.046oai:repositorio.ufsm.br:1/8495Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2022-05-09T15:32:47Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
dc.title.por.fl_str_mv |
Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos |
title |
Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos |
spellingShingle |
Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos Engleitner, Raffael Eletrônica de potência Conversores ressonantes Conversor classe-E Transformadores piezoelétricos Análise normalizada Modelagem de pequenos-sinais Power electronics Resonant converters Class-E converter Piezoelectric transformers Normalized analysis Small-signal modeling CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
title_short |
Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos |
title_full |
Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos |
title_fullStr |
Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos |
title_full_unstemmed |
Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos |
title_sort |
Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos |
author |
Engleitner, Raffael |
author_facet |
Engleitner, Raffael |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Pinheiro, José Renes |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/2333794966860226 |
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv |
Bisogno, Fábio Ecke |
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/6267716868501584 |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
Michels, Leandro |
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/9232567042677107 |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Schuch, Luciano |
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/6395346342569490 |
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/1071455709794999 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Engleitner, Raffael |
contributor_str_mv |
Pinheiro, José Renes Bisogno, Fábio Ecke Michels, Leandro Schuch, Luciano |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Eletrônica de potência Conversores ressonantes Conversor classe-E Transformadores piezoelétricos Análise normalizada Modelagem de pequenos-sinais |
topic |
Eletrônica de potência Conversores ressonantes Conversor classe-E Transformadores piezoelétricos Análise normalizada Modelagem de pequenos-sinais Power electronics Resonant converters Class-E converter Piezoelectric transformers Normalized analysis Small-signal modeling CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
dc.subject.eng.fl_str_mv |
Power electronics Resonant converters Class-E converter Piezoelectric transformers Normalized analysis Small-signal modeling |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
description |
Piezoelectric transformers (PTs) allow the design of promising power supply applications, increasing efficiency, reducing size, facilitating the achievement of high transformation ratio, besides providing high immunity against electromagnetic noise. Due to the electrical equivalent model having resonant characteristics, some resonant topologies are naturally suitable for these power supplies, i.e. the Class- E, Half-Bridge, Full-Bridge and Push-pull. Among these topologies, the Class-E converter has a highlight of having one controlled switch. The static gain of the Class-E is changed through the switching frequency variation, while the duty cycle is adjusted with the purpose of achieving soft switching for different switching frequencies and loads. The analisys of this process becomes complex when the system has a high number of reactive elements. One way to simplify this analisys is applying a normalized methodology. On this regard, the first result of this work is the normalized analisys of the functionally of the Class-E converter, including normalized load and switching frequency variation. This allows choosing one optimum point for the static design, without the necessity of design parameters. The main objective of this analisys is the obtention of the duty cycle behavior in order to have soft switching for all operation points. In a second moment, a small-signal model was derived using the generalized averaging method, through Fourier series aproximation. The model describes the relevant poles and zeros of the system, being accurate enough for different loads and switching frequencies. The behavior of resonant converters changes considerably for different operating points; therefore it is important to have a model that represents the system well. The normalized analisys allowed simplifying the small-signal model derivation, once soft switching is achieved for all the operation points. Experimental measurements validate either the normalized or the small signal derivation methodologies. The measurements were achieved for a 3W step-down converter, with universal 85-265 V AC input and 6 V DC output. |
publishDate |
2011 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2011-08-04 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2017-06-01 |
dc.date.available.fl_str_mv |
2017-06-01 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
ENGLEITNER, Raffael. Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos.. 2011. 149 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2011. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://repositorio.ufsm.br/handle/1/8495 |
identifier_str_mv |
ENGLEITNER, Raffael. Análise estática normalizada e modelagem de pequenos sinais do conversor classe-e utilizando transformadores piezoelétricos.. 2011. 149 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2011. |
url |
http://repositorio.ufsm.br/handle/1/8495 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.relation.cnpq.fl_str_mv |
300400000007 |
dc.relation.confidence.fl_str_mv |
400 500 300 300 500 300 |
dc.relation.authority.fl_str_mv |
5979e88f-0899-4b78-afd6-cb650a3ececd 683e7321-5886-45be-a77a-946b856d3459 8f48edb1-bc86-4a24-b39e-3be7c6845bd8 764e962e-ad13-4d56-ad86-02f7d2286eec 4bb265ca-1959-44aa-bcbd-d994ae4ad468 |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Santa Maria |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFSM |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
BR |
dc.publisher.department.fl_str_mv |
Engenharia Elétrica |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Santa Maria |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM instname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) instacron:UFSM |
instname_str |
Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) |
instacron_str |
UFSM |
institution |
UFSM |
reponame_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM |
collection |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM |
bitstream.url.fl_str_mv |
http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/8495/1/ENGLEITNER%2c%20RAFFAEL.pdf http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/8495/2/ENGLEITNER%2c%20RAFFAEL.pdf.txt http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/8495/3/ENGLEITNER%2c%20RAFFAEL.pdf.jpg |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
178f5fe907e89d12a12646c1df67909f 51a32c0d06a29e3191484b6272d22e7a e9564d232ff4edff67efe4490f36991f |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) |
repository.mail.fl_str_mv |
atendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com |
_version_ |
1801485483645075456 |