Microinversor em ponte completa com transformador em alta frequência e modulação por deslocamento de fase

Abstract

Resumo: O presente trabalho visa implementar e validar a topologia de um microinversor utilizando um conversor em ponte completa isolado através de um transformador operando em alta frequência. Este microinversor, com características de unfolding, é composto pela integração de um conversor CC-CC isolado em ponte completa e um inversor CC-CA em meia ponte operando em baixa frequência. O transformador operando em alta frequência possibilita uma redução nos custos e volumes deste, e o uso da comutação suave no circuito em ponte completa propicia uma redução das perdas por chaveamento e consequente aumento de eficiência. O trabalho apresenta ainda, uma explicação minuciosa do funcionamento da topologia proposta com a utilização de comutação suave. A modulação por deslocamento de fase (MDF) foi empregada para o acionamento dos interruptores que operam em alta frequência com o intuito de se obter uma comutação suave com tensão igual a zero no momento da transição (ZVS). Aspectos como o projeto dos magnéticos, dimensionamento de condutores, faixa de comutação suave, e desenvolvimento de uma metodologia de controle são abordados neste documento. Para validar a topologia e seu funcionamento realizaram-se simulações através do software PSIM e a implementação de um protótipo com potência de 500W. Através desse protótipo, verificou-se a funcionalidade da topologia conectada a rede e também através de uma carga resistiva comprovou-se a aplicação para a potência estipulada, obtendo-se um pico de eficiência de 93%. Palavras-chave: Microinversor. Modulação por Deslocamento de Fase. Ponte Completa. Transformador operando em alta frequência. Comutação Suave.

Abstract: The present work aims to implement and validate the topology of a microinverter using a Full Bridge converter isolated through a transformer operating at high frequency. This microinverter, with unfolding features, is composed of the integration of a Full Bridge DC-DC converter and a Half-Bridge DC-AC inverter operating at low frequency. The transformer operating at high frequency enables a reduction of costs and volumes of the transformer, and the use of soft switching in the Full Bridge circuit provides a reduction in switching losses and consequent increase in efficiency. The work also presents a detailed explanation of the operation of the proposed topology with the use of soft switching. Phase Shift Modulation (MDF) was used to drive the switches that operate at high frequency in order to obtain soft switching with voltage zero at the time of transition (ZVS). Aspects such as magnetic design, conductor sizing, soft switching range, and development of a control methodology are discussed in this paper. To validate the topology and its operation, simulations were performed through the PSIM software and the implementation of a prototype with a power of 500W. Through this prototype, it was verified the functionality of the topology connected to the network and also through a resistive load the application for the stipulated power was verified, obtaining an efficiency peak of 93% Key-words: Microinverter. Phase Shift Modulation. Full Bridge. Transformer operating at High Frequency. ZVS.