Conversor CC-CC dual boost quadrático de alto ganho

Abstract

Conversores CC-CC desempenham um papel fundamental em diversas aplicações, especial- mente em fontes de energia renovável, como sistemas fotovoltaicos e células a combustível, nos quais é exigido grande aumento de tensão. Este trabalho apresenta uma análise de- talhada do conversor CC-CC dual boost quadrático, destacado na literatura por meio de estudos teóricos, revelando-se como uma escolha interessante para estágios elevadores em microinversores e aplicações de alto ganho tensão. A topologia em questão, derivada do conversor boost quadrático, configura-se pela interconexão de dois conversores em modo diferencial, sendo concebida para conferir elevado ganho de tensão, atenuando os esforços de tensão e corrente nos componentes do circuito. O estudo engloba uma análise teórica e equacionamento do conversor operando no modo de condução contínua, além da metodo- logia de projeto, dimensionamento de componentes, formulação do modelo matemático e elaboração do controle de tensão de saída utilizando DSP. Para fins de validação experi- mental, foi construído um protótipo do conversor de 500 W, com 42 V tensão de entrada e 380 V de saída, operando com frequência de comutação de 100 kHz. Adicionalmente, o conversor foi empregado no rastreamento do ponto de máxima potência em um módulo fotovoltaico emulado, ilustrando uma das potenciais aplicações dessa topologia.

Abstract: DC-DC converters play a crucial role in various applications, especially in renewable energy sources such as photovoltaic systems and fuel cells, where a significant voltage boost is required. This work presents a detailed analysis of the quadratic dual boost DC- DC converter, highlighted in the literature through theoretical studies, proving to be an interesting choice for boost stages in microinverters and high-voltage gain applications. The topology in question, derived from the quadratic boost converter, is configured by interconnecting two converters in a differential mode, designed to provide a high voltage gain while mitigating voltage and current stresses on circuit components. The study encompasses a theoretical analysis and equations of the converter operating in continuous conduction mode, as well as the design methodology, component sizing, formulation of the mathematical model, and the development of output voltage control using a DSP. For experimental validation purposes, a prototype of the 500 W converter was built with a 42 V input voltage and 380 V output voltage, operating at a switching frequency of 100 kHz. Additionally, the converter was employed in tracking the maximum power point in an emulated photovoltaic module, illustrating one of the potential applications of this topology.