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Tipo: Dissertação
Título: Projeto e análise de um conversor CC-CC Buck não-isolado baseado na célula de comutação de quatro estados com ampla taxa de conversão.
Autor(es): Silva, Pedro Herysson Almeida da
Orientador: Honório, Dalton de Araújo
Palavras-chave em português: Célula de comutação de quatro estados;Ampla taxa de conversão;Conversores de corrente elétrica;Eletrônica de potência
Palavras-chave em inglês: Four-state switching cell;Wide conversion range;Electric current converters;Power electronics
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2026
Citação: SILVA, Pedro Herysson Almeida da. Projeto e análise de um conversor CC-CC Buck não-isolado baseado na célula de comutação de quatro estados com ampla taxa de conversão. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) — Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: Em sistemas off-grid, sistemas de armazenamento de energia em baterias ou em carregadores off-board de veículos elétricos é necessário um estágio de conversão com um conversor CC-CC para ajustar níveis de tensão e corrente de forma adequada ao carregamento das baterias. Neste contexto, este trabalho apresenta a análise qualitativa e quantitativa de um conversor CC-CC Buck baseado na célula de comutação de quatro estados (CCQE) com ampla taxa de conversão (Wide Conversion Range - WCR). A modulação empregada aciona 12 chaves, e todas as seis etapas de operação são descritas, incluindo as equações de projeto para os componentes do conversor. Por fim, os resultados incluem uma comparação do ganho de tensão CC obtido por simulação e valores analíticos, e uma análise do comportamento da ondulação (ripple) da corrente do indutor em função da razão cíclica (duty cycle) e da relação de espiras do transformador. Além disso, o estresse de tensão/corrente das chaves é determinado. O conversor apresenta como vantagens a redução dos esforços de tensão e corrente nas chaves e a diminuição do filtro LC, como consequência da operação com três vezes a frequência de chaveamento. Como desvantagens, destacam-se a elevada quantidade de chaves empregadas no conversor e a necessidade de fontes auxiliares para a polarização das chaves. Para verificar o princípio de operação do conversor, um exemplo de projeto é desenvolvido com resultados de simulação e experimentais para os seguintes valores nominais: potência de saída Po = 5 kW, tensão de entrada Vi = 800 V, tensão de saída Vo = 108 V e frequência de comutação fs = 30 kHz. O conversor opera na região R2 (1/3 < D < 2/3), e o transformador trifásico possui uma relação de espiras de 1,8 (n = 1,8).
Abstract: In off-grid systems, battery energy storage systems, or off-board electric vehicle chargers, a conversion stage with a DC-DC converter is required to adjust voltage and current levels appropriately for battery charging. In this context, this work presents a qualitative and quantitative analysis of a Wide Conversion Range (WCR) Buck DC-DC converter based on the Four-State Switching Cell (4SSC). The employed modulation drives 12 switches, and all six operating stages are described, including the design equations for the converter components. Finally, the results include a comparison of the DC voltage gain obtained through simulation and analytical values, and an analysis of the inductor current ripple behavior as a function of the duty cycle and the transformer turns ratio. Furthermore, the voltage and current stress on the switches is determined. The converter features advantages such as reduced voltage and current efforts on the switches and a reduction of the LC filter, resulting from operation at three times the switching frequency. As disadvantages, the high number of switches and the need for auxiliary power supplies for switch biasing are highlighted. To verify the operating principle, a design example is developed with simulation and experimental results for the following nominal values: output power Po = 5 kW, input voltage Vi = 800 V, output voltage Vo = 108 V, and switching frequency fs = 30 kHz. The converter operates in region R2 (1/3 < D < 2/3 ), and the three- phase transformer has a turns ratio of 1.8 (n = 1.8)
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/87444
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0008-8810-861X
Currículo Lattes do(s) Autor(es): https://lattes.cnpq.br/0503103300117385
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-3687-2794
Currículo Lattes do Orientador: https://lattes.cnpq.br/2463345182927912
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DEEL - Dissertações defendidas na UFC

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