Fonte auxiliar alimentada em média tensão baseada na integração do conversor Forward com células de capacitor chaveado

Abstract

Este trabalho propõe um conversor cc-cc abaixador de alta taxa de conversão, o qual é uma estrutura híbrida obtida a partir da integração da célula a capacitor chaveado (SC) do tipo ladder com o conversor Forward. A estrutura foi concebida para fontes auxiliares de conversores de média tensão, que é uma aplicação que requer alta taxa de conversão. Em conjunto com a topologia, o trabalho também propõe uma metodologia de análise das células a capacitor chaveado baseada na solução das equações diferenciais que descrevem o circuito. A metodologia é aplicada à célula unitária, à estrutura ladder e ao conversor híbrido proposto, sendo que, com o emprego dela, obtém-se a resistência equivalente e os esforços de corrente das células SC para quaisquer modos de operação. Um protótipo de 200 W com tensão de entrada de 2 kV, tensão de saída de 24 V, frequência de comutação de 100 kHz e com controle por corrente programada por meio do CI UC3845 foi implementado para a validação da estrutura. O rendimento obtido na potência nominal foi de 90,9%.

Abstract : This work proposes a high step-down ratio dc-dc converter based on the integration among ladder type switched capacitor cell with the Forward converter. This hybrid structure is suitable for auxiliary power supplies in medium voltage converters, where high step-down ratio are required. Along with the proposed converter, an analysis methodology of the switched capacitor cells based on the solution of the differential equations that describe the circuits are shown. The methodology is applied in the analysis of the basic switched capacitor cell (unitary gain), in the ladder type switched capacitor structure and in the proposed hybrid converter and, as a result of the proposed analysis methodology, the equivalent resistance and current stresses of the switched capacitor cells were obtained for any operation mode. A prototype with rated power of 200 W, input voltage of 2 kV and output voltage of 24 V, switching frequency of 100 kHz and current programmed mode control applying the IC UC3845 was implemented to verify the structure. The efficiency was 90,9% at rated power.