Volume 11 number 2
Pages: 100-109
Novos Conversores Retificadores Sepic ZCS-PWM, Operando como Abaixadores de Tensão, com Elevados Rendimento e Fator de Potência - Um Estudo Comparativo.
Lourival T. S. Sobrinho, Roger A. Kitamura, Fabio T. Wakabayashi & Carlos A. Canesin
| Resumo: | Este artigo apresenta os principais resultados comparativos para um novo retificador Sepic com comutação não-dissipativa do tipo com corrente nula (ZCS – zero-current-switching) e modulação por largura de pulso (PWM – pulse-width-modulated), operando como abaixador de tensão, empregando dois diferentes métodos de controle para a obtenção de elevado fator de potência com reduzida taxa de distorção harmônica (TDH) na corrente de entrada, quais sejam: (a) controle por corrente de pico com compensação de rampa, e (b) controle por corrente média imposta. A nova célula de comutação ZCS-PWM utilizada propicia entrada em condução com corrente nula (ZC – zero-current) e bloqueio com corrente e tensão nulas (ZCZV – zero-current-zero-voltage) para os interruptores ativos. Além deste fato, os diodos presentes na nova célula comutam com tensão nula (ZV – zero-voltage) e os seus efeitos de recuperação reversa sobre os interruptores ativos são reduzidos. Adicionalmente, esta nova célula de comutação propicia condições para a isolação do conversor, assim como a obtenção de múltiplas saídas isoladas. As técnicas utilizadas e analisadas comparativamente neste trabalho para a correção do fator de potência são as técnicas para operação no modo de condução contínua por corrente média e por corrente de pico. Obtém-se com estas técnicas elevado fator de potência para o retificador proposto, atendendo-se completamente às normas IEC 61000-3-2 (IEC – International Electrotechnical Comission). O princípio de operação, a análise teórica, o exemplo de projeto e os principais resultados experimentais provenientes de um protótipo para o novo retificador Sepic ZCS-PWM, operando com condições nominais de 300W de potência de saída, 220V de tensão eficaz de entrada, 51V de tensão média de saída e freqüência de chaveamento de 20kHz, são apresentados para ambas as técnicas de controle propostas. |
| Palavras Chave: | Retificador Sepic ZCS-PWM, controle por corrente de pico com compensação de rampa, controle por corrente média imposta, elevado fator de potência. |
| Abstract: | Novel High-Power-Factor Voltage-Step-Down ZCS-PWM SEPIC Rectifiers - A Comparative Analysis This paper presents a comparative evaluation regarding to a new zero-current-switching (ZCS) pulse-width-modulated (PWM) Sepic rectifier, operating in voltage step-down mode, employing two different control techniques, in order to obtain high power-factor and reduced total harmonic distortion (THD) at the input current: (a) peak-current mode control with slope compensation and (b) average-current mode control. The new ZCS-PWM commutation-cell provides zero-current (ZC) turn-on and zero-current-zero-voltage (ZCZV) turn-off at active switches. Moreover, the diodes of this commutation cell are tuned on in zero-voltage (ZV) and their reverse-recovery effects over the active switches are negligible. In addition, this new soft-commutation cell provides conditions to obtain an isolated converter, and multiple isolated outputs. The techniques used in this paper to provide power-factor correction are those in continuous-current mode operation, known as peak-current mode control with slope compensation, and average-current mode control. These techniques provide high power-factor to the proposed rectifier, attending the IEC 61000-3-2 standards (IEC – International Electrotechnical Commission). The principle of operation, the theoretical analysis, a design example and the main experimental results from a laboratory prototype of the new ZCS-PWM Sepic rectifier, operating at nominal conditions of 300W output power, 220Vrms input voltage, 51Vdc output voltage and 20kHz switching frequency, are presented for both proposed control techniques. |
| Keywords: | ZCS-PWM Sepic rectifier, peak-current mode control with slope compensation, average-current mode control, high power-factor. |
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