Método de projeto de circuitos chaveados de potência e análise da região de operação de conversores CC-CC em aplicações de alta-eficiência

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Ferreira, Plínio Gonçalves Bueno
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Alternative energy sources; Buck-boost; Conversores CC-CC; DC-DC Converters; Efficiency; Eficiência; Fontes alternativas; Losses; Perdas; POL
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18153/tde-14072022-160912/

Essa dissertação apresenta a modelagem completa de conversores CC-CC Buck-boost de topologia Zeta assíncrono e síncrono em que as perdas ôhmicas de todos os componentes são incluídas no modelo analítico. Logo, a partir da obtenção do equacionamento em espaço de estados, o modelo dinâmico é calculado e comparado à simulação. Assim, para analisar o impacto das perdas no circuito foi utilizado como base uma série de requerimentos obtidas via o estudo dos componentes disponíveis no mercado e o estado-da-arte em termos de ganho, eficiência, regulação de tensão, dentre outros parâmetros de conversores CC-CC de alta eficiência e que operam com níveis de tensão menores que 5V. A partir da inclusão de perdas no circuito que está sendo avaliado, é possível analisar e definir as estratégias de projeto com base no ponto de operação (POL, do inglês Point-of-Load) do dispositivo eletrônico. Nesse ponto de operação é possível projetar o conversor de forma a maximizar a eficiência do circuito na aplicação final. A visão sistêmica permite determinar a relação entre ganho e eficiência, que se denomina como a assinatura de operação do conversor. A partir dessa assinatura, é possível concluir que a análise do impacto das perdas nominais dos componentes do dispositivo sobre o ganho estático e a eficiência contemplam parte essencial do projeto de um conversor CC-CC e que a análise sistêmica é indispensável para a obtenção do desempenho ótimo da aplicação. Nesse contexto, primeiramente é apresentado um conversor de topologia Zeta assíncrono e realizado uma análise dos parâmetros deste circuito frente aos pré-requisitos alvo. Após estimar as perdas dos componentes de forma segregada, é definida, assertivamente, a estratégia de projeto visando a aumentar a eficiência do circuito ao torná-lo síncrono. Por fim, é apresentada uma técnica que contribui com a definição da estrutura de um módulo de potência (composto por um gerador, um conversor CC-CC e uma carga resistiva), dos componentes apropriados e da região de operação (POL) de mais alta eficiência a partir da assinatura de eficiência e ganho do conversor, contemplando os requisitos mínimos de uma aplicação específica, usualmente encontrada em SMPS de dispositivos móveis alimentados por meio de fontes alternativas de energia.