Conversor CC-CC híbrido a capacitor chaveado baseado no conversor multinível modular - Soares, Marcus Vieira (2022)
Diferentes topologias de conversores CC-CC não isolados têm sido objetos de pesquisa para atender à crescente demanda por interconexão de redes de geração de energia a partir de fontes renováveis, de cargas eletrônicas e de sistemas baseados no uso de baterias, como carros elétricos e UPSs. Para lidar com elevados níveis de tensão e potência, estruturas baseadas no Conversor Multinível Modular têm sido propostas. Por outro lado, para níveis de potência mais baixos, conversores a Capacitor Chaveado e Híbridos a Capacitor Chaveado têm sido eminentes devido à simplicidade destas estruturas e à capacidade de balanço automático de tensão das mesmas. Considerando este cenário, no trabalho em questão é apresentada uma revisão bibliográfica dos recentes conversores CC-CC não isolados propostos na literatura, abordando o modo de operação básico tanto de estruturas inspiradas no Conversor Multinível Modular quanto de topologias Híbridas a Capacitor Chaveado. A partir desta revisão, alguns conversores CC-CC não isolados são propostos, sendo que um conversor bidirecional Híbrido a Capacitor Chaveado baseado no Conversor Multinível Modular (HCCh-CMM) é escolhido como escopo principal do estudo. Técnicas de análise de circuitos para valores médios e instantâneos são aplicadas na estrutura bidirecional da topologia proposta, levando ao descobrimento de características interessantes, como a possibilidade de baixa dependência da resistência equivalente de saída da topologia em relação à razão cíclica, ganho estático de tensão praticamente independente do número de submódulos utilizados e regiões de operação com baixos picos de corrente. Além disso, o comportamento de Capacitor Chaveado proporciona grampeamento automático das tensões totais dos braços, evitando o uso de malhas em corrente alternada para alcançar o balanço dessas tensões, enquanto que o uso da modulação Quase 2 Níveis permite o equilíbrio das tensões entre os submódulos de um mesmo braço. Adicionalmente às análises estáticas, nesse estudo são apresentadas a modelagem dinâmica do conversor e uma metodologia de projeto baseada na limitação dos picos de corrente do capacitor flutuante. A validação dos resultados obtidos teoricamente é feita através de simulações computacionais e da operação de um protótipo do conversor em escala de laboratório