Conversor bidirecional cc-cc isolado para carregamento de veículos elétricos com a chave de potência MOSFET SIC: conversor bidirecional

Abstract

O presente trabalho apresenta o estudo com simulação numérica e experimental de um conversor bidirecional de ponte ativa dupla (DAB) com modulação de dois níveis e deslocamento de fase entre elas para transmissão do fluxo de potência bidirecional visando aplicações em veículos elétricos, microrredes e outros. A conversão de potência bidirecional permite por exemplo, que a bateria de um veículo elétrico, possa ser um gerador ou fornecedor de energia para abastecer uma determinada instalação, quando a mesma estiver carregada. No estágio de potência tem-se na sua estrutura dois conversores em meia-ponte cada, denominadas P1 (Ponte P1) e P2 (Ponte P2). Em ambas as pontes são empregados MOSFETs de Carbeto de Silício (SiC) visando redução das perdas e consequentemente melhoria de eficiência do conversor. No desenvolvimento teórico do conversor são apresentados à sua estrutura, suas etapas de operação, seu princípio de funcionamento onde foram desenvolvidas simulações numéricas mostrando a influência do ângulo de defasagem entre os sinais presentes no elemento “indutor” de transferência de potência, e como este ângulo pode influenciar no aumento da potência reativa no elemento “indutor” e automaticamente aumentar as correntes eficazes no elemento “indutor” e principalmente nas chaves de potência MOSFETs SiC, tornando os projetos mais robustos e com maior custo na sua fabricação. A modulação de dois níveis é estudada mostrando que a comutação suave sobre zero de tensão (ZVS) pode ser alcançada neste conversor. As regiões de (ZVS) são apresentadas graficamente. Por fim, procedimentos de projeto são apresentados tais como: cálculo da transferência de potência, cálculos e dimensionamento dos magnéticos, programação do microcontrolador STM32G474RET6 para geração dos sinais de porta (gate) com deslocamento de fase e tempo morto e desenvolvimento dos circuitos elétricos para estágio de potência, gate-drivers, fonte de alimentação chaveada, circuitos de interface e suas respectivas placas de circuito impresso.