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A buck-boost converter with extended duty-cycle range in the buck voltage region for renewable energy sources

Publication . Monteiro, Joaquim; Fernao Pires, Vitor; Foito, Daniel; Cordeiro, Armando; J. F. Silva, Fernando Silva, Fernando A Silva, J. Fernando Silva, J F A Silva, Fernando Silva José; Pinto, Sonia

Buck-boost DC-DC converters are useful as DC grid interfaces for renewable energy resources. In the classical buck-boost converter, output voltages smaller than the input voltage (the buck region) are observed for duty cycles between 0 and 0.5. Several recent buck-boost converters have been designed to present higher voltage gains. Nevertheless, those topologies show a reduced duty-cycle range, leading to output voltages in the buck region, and thus require the use of very low duty cycles to achieve the lower range of buck output voltages. In this work, we propose a new buck-boost DC-DC converter that privileges the buck region through the extension of the duty-cycle range, enabling buck operation. In fact, the converter proposed here allows output voltages below the input voltage even with duty cycles higher than 0.6. We present the analysis, design, and testing of the extended buck-boost DC-DC converter. Several tests were conducted to illustrate the characteristics of the extended buck-boost DC-DC converter. Test results were obtained using both simulation software and a laboratory prototype.

2023-01-24Journal article

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Transformador de alta frequência para aplicação a transformadores de estado sólido

Publication . Santos, Nuno Polido dos; Gambôa, Paulo José Duarte Landeiro; Chaves, Miguel Cabral Ferreira

A presente dissertação de mestrado tem como objetivo o estudo teórico do transformador de alta frequência incorporado nos transformadores de estado sólido (Solid State Transformer) e parte do sistema de controlo inerente ao transformador de estado sólido. O foco da presente dissertação consiste no estudo do transformador de alta frequência, mais concretamente no desenvolvimento de um conjunto de etapas que permitam o dimensionamento otimizado deste a partir das características nominais pretendidas para o conversor e a respetiva obtenção do modelo equivalente. Abordando algumas das topologias e materiais disponíveis no mercado, para os núcleos magnéticos, enrolamentos e condutores e a respetiva análise das vantagens e desvantagens de cada um. Bem como a análise do impacto sobre estes, devida a operação em alta frequência e respetivas soluções que permitem reduzir este impacto, com as enumeras vantagens que a utilização destes têm relativamente aos transformadores tradicionais de 50/60Hz. Em complemento é efetuado o estudo, de uma forma mais simplificada, de parte do esquema de potência do transformador de estado sólido, nomeadamente os conversores de potência, que se encontram imediatamente antes e depois do transformador de alta frequência, respetivamente. Tal como o estudo de uma técnica de controlo que permita o correto funcionamento deste. Abordando igualmente os semicondutores de potência disponíveis no mercado, técnicas de comando dos semicondutores de potência e controlo do conversor por forma a permitir bidirecionalidade de potência. Por último, elaboração de um modelo para simulação numérica e respetiva implementação prática em laboratório, por forma a validar o esquema equivalente obtido para o transformador de alta frequência e a validação da técnica de controlo desenvolvido.

2022Master thesis

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