Conversores CC-CC não isolados com ampla taxa de conversão baseados na célula de comutação de múltiplos estados e células multiplicadoras de tensão

This work presents the study and design of a family of non-isolated high step-up dc-dc converters, based on the multi-state switching cell (MSSC) and voltage multiplier cells (VMCs). These converters can be used in applications such as uninterruptible power systems and electric vehicles, which employ a few kilowatts power and require high voltage gain. Inherent advantages in the proposed topologies include reduced current and voltage stresses on the semiconductors, improved thermal distribution, good current sharing among the phases, and reduced dimensions of filter elements. Another relevant aspect is that the derived converters present modularity in terms of the possibility of extending not only the voltage gain, but also the rated power. A comprehensive theoretical analysis of the 4SSC-VMC boost converter, deriving from the proposed family, is performed. Experimental results obtained from a 1.3 kW prototype are presented and discussed to validate the theoretical assumptions.Este trabalho apresenta o estudo e a concepção de uma família de conversores CC-CC de alto ganho de tensão, não isolados, baseados na célula de comutação de múltiplos estados (multistate switching cell – MSSC) e células multiplicadoras de tensão (voltage multiplier cells – VMCs). Estes conversores podem ser empregados em aplicações como sistemas ininterruptos de energia e veículos elétricos, que empregam níveis de potência da ordem de alguns quilowatts e que os níveis de tensão de entrada são muito mais baixos do que os de saída. As vantagens inerentes às topologias propostas incluem esforços de tensão e corrente reduzidos nos semicondutores, melhor distribuição térmica, compartilhamento equilibrado de corrente entre as fases e dimensões reduzidas dos elementos magnéticos. Outro aspecto relevante é que os conversores derivados apresentam modularidade quanto à possibilidade de estender não apenas o ganho de tensão, mas também a potência nominal. Uma análise teórica abrangente do conversor boost 4SSC-VMC oriundo da família proposta é realizada. Resultados experimentais obtidos a partir de um protótipo de 1,3 kW são apresentados e discutidos para validar as considerações teóricas