Projeto de um Retificador Trifásico PWM Buck Isolado Aplicado como Carregador de Baterias Íon-Lítio

Abstract

O trabalho em questão aborda a atual situação dos veículos elétricos (VE), crescimento do mercado, desenvolvimento no setor de baterias e da tecnologia que os envolve, assim como, os problemas e barreiras que ainda enfrentam, por exemplo: autonomia da bateria, infraestrutura necessária, problemas de carga e descarga das baterias do tipo Lítio. Apresenta as normas técnicas e classificações que regem a operação dos carregadores e exigências dos veículos elétricos para os mesmos. Também são mencionadas algumas topologias utilizadas para este tipo de aplicação e é proposto a implementação do Retificador Buck Trifásico Unidirecional isolado em alta frequência em função da redução de custo e massa. Portanto, é escolhido o projeto de um protótipo do retificador com tensão de saída de 60 V e 3000 W de potência para posterior análise dos resultados calculados e simulados. Para isso são apresentadas as etapas de projeto do retificador em questão, dimensionamento e escolha do núcleo do tranformador baseados em critérios de operação especifícados, dimensionamento dos componentes passivos e ativos, como diodos, chaves, indutores e capacitores, através do cálculo dos esforços exigidos em cada um destes. Além disso é feito o dimensionamento e implementação de um circuito amostrador da tensão de sincronismo com a rede e de um driver de potência. Finalmente, com os componentes dimensionados e escolhidos, são realizadas as simulações, onde os cálculos realizados são averiguados através da comparação com os valores simulados.

This paper approaches the current situation of electric vehicles (EVs), market growth,development in the battery sector and the technology that surrounds it, as well as theproblems and barriers they still face, for example: battery life, needed infrastructure,charging and discharging problems of Lithium type batteries. It presents the technicalstandards and classifications governing the operation of chargers and the requirementsof electric vehicles for them. Some topologies used for this type of application are alsomentioned and it’s proposed to implement the High Frequency Isolated Three-Way BuckRectifier as function of cost and mass reduction. Therefore, the design of a prototyperectifier with output voltage of60Vand3000Wis chosen for further analysis of thecalculated and simulated results. For this, the design steps of the rectifier mentioned,the sizing and choice of the transformer core based on specified operating criteria, thesizing of the passive and active components, such as diodes, switches, inductors andcapacitors, are presented by calculating the required loads for each one. In addition,the design and implementation of a grid synchronization voltage sampler circuit anda power driver are performed. Finally, with the calculated and chosen components,the simulations are implemented and executed, and with it’s results the performedcalculations are verified through the comparison with the obtained values