Institucional Revista Notícias Contato Acesso Associado

Revista Eletrônica de Potência (Brazilian Journal of Power Electronics)

Issue: Volume 25 - Number 4
Publishing Date: dezembro 2020
Editor-in-Chief: Demercil de Souza Oliveira Júnior
Editor Affiliation: UFC
CONVERSOR CC-CC ISOLADO DO TIPO SEPIC COM REDUÇÃO DOS ESFORÇOS DE TENSÃO NOS SEMICONDUTORES
Marcos Vinícius Mosconi Ewerling, Telles Brunelli Lazzarin, Carlos Henrique Illa Font
481-491
http://dx.doi.org/10.18618/REP.2020.4.0041
Portuguese Data

Palavras Chaves: Conversor CC-CC, Conversor SEPIC, Modo de Condução Descontínuo, Redução dos Esforços

Resumo
Este trabalho propõem uma topologia baseada no conversor CC-CC SEPIC convencional isolado. A topologia proposta reduz os esforços de tensão sobre os interruptores e diodos e promove a divisão de corrente nos diodos do estágio de saída quando comparada com o conversor SEPIC convencional. Estas características ampliam a faixa de tensão e potência dos conversores da família SEPIC. O artigo apresenta a topologia, etapas de operação, análise teórica no modo de condução descontínuo (MCD), metodologia de projeto, resultados experimentais com um circuito de grampeamento passivo dissipativo e análise comparativa com o conversor SEPIC convencional. O conversor CC-CC proposto foi validado em um protótipo de 500 W de potência de saída, 400 V de tensão de entrada, 120 V de tensão de saída e 50 kHz de frequência de comutação. O conversor atingiu 91,87% de rendimento em potência nominal.

English Data

Title: ISOLATED DC-DC SEPIC CONVERTER WITH REDUCED VOLTAGE STRESS ON SEMICONDUCTORS

Keywords: DC-DC converter, Discontinuous Conduction Mode, Reduced stress, Sepic Converter

Abstract
This work proposes a topology based on the conventional isolated dc-dc SEPIC converter. The proposed topology reduces the voltage stress on the switches and diodes and promotes the current division in the output diodes when compared to the conventional SEPIC converter. These characteristics extend the voltage and power range of SEPIC family converters. The article presents the topology, operation stages, theoretical analysis in the discontinuous conduction mode (DCM), design methodology, experimental results with a passive dissipative snubber cell and comparative analysis with the conventional SEPIC converter. The proposed dc-dc converter was validated in a prototype of 500 W of output power, 400 V of input voltage, 120 V of output voltage and 50 kHz of switching frequency. The converter achieved 91.87% of efficiency in rated power.

References

[1] D. S. L. Simonetti, J. Sebastian, J. Uceda, “The discontinuous conduction mode Sepic and Cuk power factor preregulators:analysis and design”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 44, no. 5, pp. 630–637, October 1997.
Doi: 10.1109/41.633459

[2] D. C. Martins, A. H. d. Oliveira, I. Barbi, “Retificador Trifásico isolado com correção do fator de potência empregando o conversor cc-cc SEPIC em condução contínua”, Eletrônica de Potência, vol. 6, no. 1, pp.8–15, Dezembro 2001.
Doi: 10.18618/REP.2001.1.008015

[3] M. Mahdavi, H. Farzanehfard, “Bridgeless SEPICPFC rectifier with reduced components and conduction losses”, IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol. 58, no. 9, pp. 4153–4160, November 2010.
Doi: 10.1109/TIE.2010.2095393

[4] P. J. S. Costa, C. H. Illa Font, T. B. Lazzarin, “A family of single-phase voltage-doubler high-power-factor SEPIC rectifiers operating in DCM”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32, no. 6, pp.4279–4290, August 2016.
Doi: 10.1109/TPEL.2016.2602940

[5] H.-J. Chiu, Y.-K. Lo, J.-T. Chen, S.-J. Cheng, C.-Y.Lin, S.-C. Mou, “A high-efficiency dimmable LED driver for low-power lighting applications”, IEEETransactions on Industrial Electronics, vol. 57, no. 2,pp. 735–743, July 2009.
Doi: 10.1109/TIE.2009.2027251

[6] H. Ma, J.-S. Lai, Q. Feng, W. Yu, C. Zheng,Z. Zhao, “A novel valley-fill SEPIC-derived power supply without electrolytic capacitor for LED lighting application”,IEEE Transactions on Power Electronics,vol. 27, no. 6, pp. 3057–3071, November 2011.
Doi: 10.1109/TPEL.2011.2174446

[7] I. Burgardt, E. Agostini Junior, C. H. Illa Font, C. B. Nascimento, “A sepic-energy-regenerative-snubber with linear current regulator for power leds”, in 11th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications, pp. 1–6, December 2014.
Doi: 10.1109/INDUSCON.2014.7059412

[8] I. Burgardt, E. Agostini Jr, C. H. Illa Font, C. B.Nascimento, “A Flicker-Free Power LEDs Driver Based on The Non-Isolated SEPIC Rectifier Using a Regenerative Snubber”, Eletrônica de Potência, vol. 20, no. 1, pp. 31–39, Fevereiro 2015.
Doi: 10.18618/REP.2015.1.031039

[9] B. Singh, R. Kushwaha, “A PFC Based EV Battery Charger Using a Bridgeless Isolated SEPIC Converter”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 56, no. 1, pp. 477–487, November 2019.
Doi: 10.1109/TIA.2019.2951510

[10] R. Kushwaha, B. Singh, “An Improved SEPIC PFC Converter for Electric Vehicle Battery Charger”, in Industry Applications Society Annual Meeting, pp. 1–8, September 2019.
Doi: 10.1109/IAS.2019.8912344

[11] R. H. Eckstein, T. B. Lazzarin, G. Waltrich, “Two-Stage SEPIC-Buck Topology for Neighborhood Electric Vehicle Charger”, in 15th Brazilian Power Electronics Conference and 5th IEEE Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), pp. 1–4, December 2019.
Doi: 10.1109/COBEP/SPEC44138.2019.9065423

[12] S. Chiang, H.-J. Shieh, M.-C. Chen, “Modeling and control of PV charger system with SEPIC converter”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 11, pp. 4344–4353, September 2008.
Doi: 10.1109/TIE.2008.2005144

[13] A. C.-C. Hua, B. C.-y. Tsai, “Design of a wide input range DC/DC converter based on SEPIC topology for fuel cell power conversion”, in International Power Electronics Conference-ECCE ASIA-, pp. 311–316,August 2010.
Doi: 10.1109/IPEC.2010.5542257

[14] P. K. Maroti, S. Padmanaban, F. Blaabjerg,L. Martirano, P. Siano, “A novel multilevel high gain modified SEPIC DC-to-DC converter for high voltage/low current renewable energy applications”, in 12th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPE-POWERENG 2018), pp. 1–6, April 2018.
Doi: 10.1109/CPE.2018.8372541

[15] T. M. K. Faistel, C. H. I. Font, A. M. S. S. Andrade, M. L. da Silva Martins, “Família de Conversores Isolados com Células R2P2 e Multiplicador de Tensão para Microgeradores PV”,Eletrônica de Potência,vol. 24, no. 3, pp. 378–388, Setembro 2019.
Doi: 10.18618/REP.2019.3.0004

[16] A. C. Lourenço, F. J. Seixas, J. C. P. Junior,P. S. Oliveira, “Conversor Trifásico Multipulso com regulação da tensão de saída atarvés de estágios cc/cc SEPIC”, Eletrônica de Potência, vol. 22, no. 1, pp. 31–39, Março 2017.
Doi: 10.18618/REP.2017.1.2646

[17] P. J. S. Costa, T. B. Lazzarin, F. A. B. Batista, C. H.Illa Font, “Conexão de aerogeradores de pequeno porte em microrredes de corrente contínua utilizando um retificador trifásico modular SEPIC”, Eletrônica dePotência, vol. 21, no. 3, pp. 212–223, Setembro 2016.
Doi: 10.18618/REP.2016.3.2606

[18] C. A. Canesin, I. Barbi, “A unity power factor multiple isolated outputs switching mode power supply using a single switch”, in Sixth Annual Applied Power Electronics Conference and Exhibition (APEC), pp.430–436, March 1991.
Doi: 10.1109/APEC.1991.146207

[19] S. Singh, G. Bhuvaneswari, B. Singh, “Improved power quality based bridgeless multiple outputs power supply”, in 2013 International Conference on Computer Communication and Informatics, pp. 1–5, Jan 2013.
Doi: 10.1109/ICCCI.2013.6466124

[20] K. Mohanraj, S. Bharathnarayanan, “Three Level SEPIC For Hybrid Wind-Solar Energy Systems”,Energy Procedia, vol. 117, pp. 120–127, June 2017.
Doi: 10.1016/j.egypro.2017.05.114

[21] P. F. de Melo, R. Gules, E. F. R. Romaneli,R. C. Annunziato, “A modified SEPIC converter for high-power-factor rectifier and universal input voltage applications”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 25, no. 2, pp. 310–321, August 2009.
Doi: 10.1109/TPEL.2009.2027323

[22] R. Gules, W. M. Dos Santos, F. A. Dos Reis, E. F. R.Romaneli, A. A. Badin, “A modified SEPIC converter with high static gain for renewable applications”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 11, pp.5860–5871, December 2013.
Doi: 10.1109/TPEL.2013.2296053

[23] Y. Wang, S. Gao, D. Xu, “A 1-MHz-modified SEPIC with ZVS characteristic and low-voltage stress”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 5,pp. 3422–3426, July 2018.
Doi: 10.1109/TIE.2018.2851974

[24] M. P. Hirth, Conversor CA-CC monofásico deestágio único empregando o conversor SEPIC com interruptores do lado CA, Dissertação de Mestrado, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2015.

[25] G. Tibola, E. Lemmen, J. Duarte, “Comparison between dissipative snubber and passive regenerative snubber cells as applied to isolated DCM SEPIC converters”, in 2016 18th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE’16 ECCEEurope), pp. 1–10, September 2016.
Doi: 10.1109/EPE.2016.7695370

[26] S.-W. Lee, H.-L. Do, “Isolated SEPIC DC–DC converter with ripple-free input current and lossless snubber”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 65, no. 2, pp. 1254–1262, July 2017.
Doi: 10.1109/TIE.2017.2733440

[27] D. Wu, R. Ayyanar, “Single-Phase Active-Clamped Isolated SEPIC PFC Converter with Partial Power Processing Output Stage”, in IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), pp.1285–1291, March 2020.
Doi: 10.1109/APEC39645.2020.9124282

[28] M. V. M. Ewerling, T. B. Lazzarin, C. H. Illa Font, “Proposal of an Isolated Two-Switch DC-DC SEPIC Converter”, in 15th Brazilian Power Electronics Conference and 5th IEEE Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), pp. 1–6, December 2019.
Doi: 10.1109/COBEP/SPEC44138.2019.9065718

[29] C. H. Illa Font, Grampeamento ativo para estágios retificadores de saída de conversores CC-CC isolados, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina, 2003.

[30] G. Tibola, E. Lemmen, J. L. Duarte, I. Barbi, “Passive regenerative and dissipative snubber cells for isolated SEPIC converters: Analysis, design, and comparison”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32,no. 12, pp. 9210–9222, January 2017.
Doi: 10.1109/TPEL.2017.2653940

[31] M. V. M. Ewerling, Conversor CA-CC bridgeless monofásico de estágio único com PFC baseado no conversor SEPIC operando no modo de condução contínuo, Dissertação de Mestrado, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2017.

Seja um
Associado

A afiliação à SOBRAEP permite aos sócios (Efetivos, Aspirantes e Corporativos) acesso completo ao site da SOBRAEP e descontos em inscrições de alguns congressos da área, além da participação nos Webinars promovidos pela associação. Também existem três tipos de patrocínio disponíveis para o site/COBEP.