Unidade 05 (ZVT)

Técnicas de Comutação ZVT CC-CC.
GEPOC – Grupo de Eletrônica de Potência e Controle
CT - UFSM
Tópicos
 Tópicos do Capítulo:
{
 Introdução;
Comutação Suave
Técnica de Comutação ZVT
 Classificação;
 Classe 1;
 Classe 2;
 Classe 3;
 Conclusões.
Introdução
Motivação da comutação Suave:
 Redução de volume dos filtros.
 Maior densidade de potência.
 Melhor resposta dinâmica.
Freqüência de Chaveamento
Perdas de Comutação
Aumenta
Aumentam
Freqü
Freqüência de Chaveamento
Perdas de Comutaç
Comutação
Introdução
•
Técnicas de Comutação Suave
Comutação sob zero de tensão (ZVS)
Comutação sob zero de corrente (ZCS)
Transição sob zero de tensão (ZVT)
Transição sob zero de corrente (ZCT)
z
u’
I’ x’
u
I
z
t
x
u’
I’ x’
u
I
x
S
S
y
y
ZVS
t
ZCS
Introdução
•
Técnicas de Comutação Suave
Comutação sob zero de tensão (ZVS)
Comutação sob zero de corrente (ZCS)
Transição sob zero de tensão (ZVT)
Transição sob zero de corrente (ZCT)
z
z
u’
I’
u
I x
t
u’
I’
u
I x
t
S
S
y
y
ZVT
ZCT
II.
Técnica Transição Ressonante
A. The Switching Process
Semiconductor
perspective
ng
ch i
w it
ft-s
So
Introdução
•
Técnicas de Comutação Suave
Comutação sob zero de tensão (ZVS)
Comutação sob zero de corrente (ZCS)
Transição sob zero de tensão (ZVT)
Transição sob zero de corrente (ZCT)
Esforços adicionais reduzidos;
Perdas de condução adicionais reduzidas;
Absorção das capacitâncias intrínsecas; e
Operação próxima à do conversor PWM convencional.
Introdução
• Princípio de operação da técnica ZVT
Processo de entrada em condução:
z
u’
I’
u
I x
S
y
Introdução
•
Princípio de operação da técnica ZVT
Processo de bloqueio.
z
u’
I’
u
I x
S
y
Introdução
Critério de Classificação
Classe 1
Conversor que representa a classe 1
Circuito Auxiliar
E  Vzy
Classe 1
Etapas de Operação
Classe 1
Etapas de Operação
Classe 1
Etapas de Operação
Classe 1
Etapas de Operação
Classe 1
Etapas de Operação
Classe 1
Etapas de Operação
Classe 1
Etapas de Operação
Classe 1
Principais características:
 Fonte auxiliar chaveada;
 Sem esforços de tensão sobre os componentes do
circuito de potência;
 Comutação inadequada da chave auxiliar;
 Componentes adicionais para aprimorar o bloqueio da
chave auxiliar os quais funcionam como snubbers de
bloqueio;
 Esforço de corrente nos dispositivos da célula auxiliar.
Classe 1
Especificações para os Projetos deste Trabalho:
Potência:
P0  1000W
Tensão de saída:
V0  400V
Tensão de entrada:
Vi  155V
Freqüência de comutação:
f s  100kHz
Eficiência mínima estimada:
  95%
Chave Principal:
IRFP 450
Diodo Principal:
MUR1560
Classe 1
- Conversor 1a:
Em virtude de ser comumente
usado para comparação na
literatura.
Definição dos Parâmetros:
- Desviar o mínimo de energia para o
circuito auxiliar; e
- Proporcionar ZVS no bloqueio de S.
Cs =
I tf
 1nF
12Vo
Minimizar perdas de recuperação reversa
do diodo D.
Lr 
VZY
 4, 0μH
diD dt  Max 
Chave Auxiliar: IRF840
Classe 1
Resultados Experimentais – Conversor 1a
ZVS
Entrada em Condução:
chave principal
ZVS
Bloqueio:
chave principal
Classe 1
Resultados Experimentais – Conversor 1a
hard
Tensões da chave auxiliar
e corrente através de Lr
Curva de Eficiência
Classe 1
- Conversor 1b:
Menor quantidade de energia
desviada para o circuito auxiliar.
Classe 1
- Conversor 1b:
Menor quantidade de energia
desviada para o circuito auxiliar.
Modo b
Classe 1
- Conversor 1b:
O capacitor Cr do conversor 1b pode
auxiliar no bloqueio de S.
Modo a
Modo b
Classe 1
- Conversor 1b:
2 Conjuntos de parâmetros
Parâmetro
Proposto
Original*
Lr
4H
35H
Cs
0,4nF
1,8nF
Cr
2,7nF
2,7nF
*[Yaakov
et al, 1995]
Classe 1
Resultados Experimentais – Conversor 1b (Proposto)
ZVS
Entrada em Condução:
chave principal
Bloqueio:
chave principal
Classe 1
Resultados Experimentais – Conversor 1b (Proposto)
Tensão de Cr e corrente
através de Lr
Classe 1
Resultados Experimentais – Conversor 1b
Tensão de Cr e corrente
através de Lr
Comparação de
Rendimento
Classe 2
Conversor que representa a classe 2
Circuito Auxiliar
2E < Vzy
Classe 2
Implementação da
Fonte Auxiliar
Classe 2
Classe 2
Classe 2
Classe 2
Classe 2
Classe 2
Classe 2
• Principais características:
- Fonte auxiliar de tensão constante;
- Sem esforços de tensão ou corrente sobre o circuito
principal de potência;
- Esforços de corrente no circuito auxiliar;
- Comutação ZCS para a chave auxiliar;
- Fonte auxiliar pode ser implementada através de
fontes do circuito, magneticamente ou fonte externa.
Classe 2
Conversor 2a, [Filho et al, 1994]
Conversor 2b, [Martins et al, 1993]
Conversor 2c, [Gegner e Lee, 1994]
Conversor 2d, [Gegner e Lee, 1994]
Conversor 2e, [Lin et al, 1998]
Classe 2
Resultados Experimentais – Conversor 2b
2 conjuntos de parâmetros:
- Projetado conforme o procedimento proposto;
- Projetado de acordo com exemplo da literatura;
Parâmetro Proposto Original*
Lr
2,2H
4,7H
Cs
1nF
5,1nF
N
2,24
3
Núcleo
Nº Espiras
*[Martins
et al, 1993]
EE-30/07 EE-30/14
49/12
30/10
Chave Auxiliar: HGTP3N60C3D
Classe 2
Resultados Experimentais – Conversor 2b (Proposto)
ZVS
Entrada em Condução:
chave principal
ZCS
Entrada em Condução:
chave auxiliar
Classe 3
Conversor que representa a classe 3
Circuito Auxiliar
Classe 3
Classe 3
Classe 3
Classe 3
Classe 3
Classe 3
Classe 3
Classe 3
• Principais Características:
 Fonte auxiliar ressonante;
 Comutação ZCS para a chave auxiliar;
 Esforço de corrente nos componentes auxiliares;
 Elevação da tensão no capacitor ressonante;
 Esforço de corrente na chave principal;
 Esforço de tensão na chave auxiliar.
Classe 3
Conversor 3a, [Xu et al, 2000]
Conversor 3b, [Smith e Smedley, 1997]
Conversor 3c, [Yang e Lee, 1993]
Conversor 3d, [Moschopoulos et al, 1995]
Conversor 3e, [Moschopoulos et al, 1996]
Classe 3
Resultados Experimentais – Conversor 3b
Devido a não apresentar esforço adicional de
tensão na chave auxiliar.
Classe 3
Resultados Experimentais – Conversor 3b
ZVS
Entrada em Condução:
chave principal
Bloqueio:
chave principal
Classe 3
Resultados Experimentais – Conversor 3b
ZCS
Chave auxiliar: comando
e tensão VDS
Curvas de
Rendimento
Comparação entre as Classes
Classe 1
Classe 2
Classe 3
Comparação entre as Classes
Classe 1
Classe 2
Classe 3
Conclusões
 Principais conclusões da Técnica ZVT:
 Classe 1: Apresenta como maior problema o bloqueio
inadequado da chave auxiliar;
 Classe 2: A energia desviada para o circuito auxiliar pode ser
minimizada através do projeto da fonte auxiliar;
 Conforme o posicionamento do transformador na classe 2,
pode-se reduzir a corrente conduzida pela chave auxiliar;
 Classe 3: Apresenta como maiores problemas: elevação da
tensão, esforço de corrente na chave principal e esforços de
tensão no circuito auxiliar;