Retificador PFC Totem-Pole Bridgeless comutado em 1 MHz utilizando interruptores de GaN

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mai, Leonardo Sostmeyer
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/216355
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2020.
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spelling Retificador PFC Totem-Pole Bridgeless comutado em 1 MHz utilizando interruptores de GaNEngenharia elétricaFator de potênciaEficiência energéticaDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2020.Programas de certificação de fontes de alimentação como o 80 PLUS, além de proporem um valor mínimo de fator de potência, ainda exigem elevados níveis de eficiência energética a fim de qualificar um produto com o selo de certificação. Selos como o 80 PLUS Titanium elevam a exigência de eficiência para valores de até 96%. Desta forma, novas topologias de estágio PFC e avanços na área de semicondutores estão sendo empregados em fontes de alimentação na área de informática, a fim de desenvolver produtos elegíveis para tais certificações. A topologia TotemPole Bridgeless apresenta-se como uma opção por conta do seu alto rendimento, proporcionado pela redução no número de componentes constituintes, contudo, a mesma apresenta problemas na comutação ocasionados pelo atraso dos interruptores ao entrarem em bloqueio. Estes problemas podem ser minimizados com a utilização de interruptores de Nitreto de Gálio (GaN) no braço de comutação, uma vez que os mesmos apresentam carga de recuperação reversa nula. A adoção de interruptores GaN, por conta das suas reduzidas perdas de comutação, permite ainda ao conversor operar em altas frequências de comutação, sendo encontrado na literatura conversores operando acima de 1 MHz. Entretanto, a operação em alta frequência acarreta em cuidados adicionais no projeto da PCB por conta dos efeitos de EMI, bem como, na necessidade de otimização do algoritmo de controle. Esta dissertação aborda o estudo realizado acerca da topologia de retificador com correção do fator de potência Totem-Pole Bridgeless operando em alta frequência de comutação e baseado na utilização de interruptores de GaN. Foi realizada a modelagem matemática da topologia, além do levantamento das equações de projeto, para os modos de condução contínua e descontínua. Também, é apresentado o estudo realizado a respeito dos cuidados necessários nos projetos de hardware e software de conversores operando em alta frequência. A validação do estudo foi realizada por meio dos testes efetuados com um protótipo projetado para operar em 1MHz, sendo expostos os resultados obtidos, bem como, os problemas encontrados.Abstract: Power supply certification programs such as 80 PLUS, in addition to requiring a minimum power factor, also demands high levels of efficiency in order to qualify a product with the certification level. Standarts like the 80 PLUS Titanium raise the bar on efficiency to values of up to 96% . In this way, new PFC stage topologies and advances in the semiconductor field are being used in power supplies in the computer sector, in order to develop products eligible for such certifications. The Totem-Pole Bridgeless topology presents itself as an option due to its high efficiency, provided by the reduction in the number of constituent components, however, this topology presents switching problems caused by the delay of the switches to enter the blocking state. These problems can be minimized with the use of GaN transistors on the switching arm since they present zero reverse recovery charge. The adoption of GaNFETs, due to their low switching losses, also allows the converter to operate at high switching frequency, being found in the literature converters operating above 1 MHz. However, high frequency operation results in the need of additional care in the PCB design, as well as the need to optimize the control algorithm. This master thesis addresses the study on the power factor correction rectifier topology Totem-Pole Bridgeless operating at high switching frequency based on the use of Gallium Nitride transistors. The mathematical modeling of the topology was carried out, in addition to the description of the required design equations, for the continuous and discontinuous conduction modes. Also is presented the study on the necessary care in the design of hardware and software for converters operating at high frequency. The validation of the study was carried out by tests conducted with the constructed prototype, designed to operate at 1MHz, with the results obtained, as well as the problems encountered, being presented.Mussa, Samir AhmadKirsten, André LuísUniversidade Federal de Santa CatarinaMai, Leonardo Sostmeyer2020-10-21T21:28:43Z2020-10-21T21:28:43Z2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis117 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf370355https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/216355porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-10-21T21:28:43Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/216355Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-10-21T21:28:43Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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