Conversor cuk de elevado ganho estático

Abstract

Este estudo apresenta um conversor CC-CC com taxa elevada de conversão estática, resultante da combinação das topologias boost e Cuk. Esta nova topologia permite a concessão de um conversor abaixador / elevador de tensão, especialmente útil para aplicações em que é necessário aumentar a tensão de saída. O conversor treinado é capaz de fornecer duas saídas por meio de uma conexão diferencial, permitindo o controle de ambas sem a necessidade de alteração do driver. A saída Cuk de alto ganho, permite operar com uma ampla faixa de tensão de saída, que pode ser maior ou menor que a tensão de entrada, enquanto a saída diferencial apresenta uma característica quadrática, elevadora de tensão. A análise estática é apresentada, bem como as etapas de operação, as formas de onda e a curva de ganho estático em condução contínua, além do modelo sonoro e do controle de tensão de saída. Por fim, é construído um protótipo com frequência de 100 kHz, e potência de 1 kW para a saída mais alta ganho, podendo chegar a 2 kW quando utilizada a saída quadrática que pode atingir eficiência máxima superior a 95,5%. O controle em malha fechada e a modulação são realizados com o FPGA para fim de validar a análise teórica e a curva de rendimento do conversor.

Abstract: This study presents a high static conversion ratio DC-DC converter, resulting from the combination of boost and Cuk topologies. This new topology allows for the realization of a voltage step-up/step-down converter, particularly useful for applications requiring voltage increase at the output. The studied converter is capable of providing two outputs through a differential connection, enabling the control of both without the need to change the controller. The high-gain Cuk output allows for operation within a wide output voltage range, which can be higher or lower than the input voltage, while the differential output exhibits a quadratic voltage boosting characteristic. Static analysis is presented, including operation stages, waveforms, and the static gain curve in continuous conduction mode, as well as dynamic modeling and output voltage control. Finally, a prototype is built with a switching frequency of 100 kHz and a power of 1 kW for the high-gain Cuk output, which can reach 2 kW when using the quadratic output capable of achieving a maximum efficiency above 95.5%. Closed-loop control and modulation are performed using the FPGA to validate the theoretical analysis and converter efficiency curve.