Modeling, design and implementation of an insulated power factor corrected single-stage converter

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorThis Master Thesis presents a new analysis, modeling and design guideline for an Insulated Power Factor Corrected Single-Stage Converter. First, the operating principle is presented which provides a better understanding of the converter. So, based on this new analysis, the two operation modes description and the new steady-state gain of the converter are provided. A new control strategy for the input current control-loop is also proposed which provides an improvement of the total harmonic distortion (THD). The conditions to reset the magnetic flux for the high frequency transformer (HFT) into a switching period and the mitigation of the reactive energy are provided. At the sequence, the transfer functions that describe the dynamic behavior of the output voltage and the input current due to perturbations on duty-cycle and input voltage are derived. These dynamic models are derived based on the averaged equivalent circuit (AEC) obtained by modeling an equivalent DC-DC converter. Finally, the design guideline and experimental results for validation of the mathematical analysis and numerical simulation confirmation are provided.Esta Dissertação de Mestrado apresenta uma nova análise, modelagem e metodologia de projeto de um conversor CA-CC isolado com um único estágio e correção do fator de potência. Inicialmente, é apresentado o princípio de operação do conversor em estudo propiciando um melhor entendimento do funcionamento do mesmo. Assim, baseada na nova análise, são apresentados os dois modos de operação do conversor e o novo ganho estático resultante. Também é proposta uma nova estratégia de controle para a corrente de entrada do conversor proporcionando uma redução na distorção harmônica total (DHT). Também serão estabelecidas as condições necessárias para a desmagnetização do núcleo do transformador de alta freqüência (TAF) em um período de chaveamento e a minimização de reativos circulantes. Posteriormente, são obtidas as funções de transferências que descrevem o comportamento dinâmico da tensão de saída e da corrente de entrada para perturbações na variável de controle ou na tensão de entrada. Esses modelos dinâmicos serão derivados do circuito médio equivalente (CME) obtido através da modelagem do conversor em estudo operando como um conversor CC-CC equivalente. Por fim, são apresentadas uma metodologia de projeto e os resultados experimentais para a validação da análise matemática e confirmação dos resultados obtidos através de simulações numéricas