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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES This thesis presents a study on isolated DC-DC converters for the interface between a low voltage bus, EBT (48 V), and a low voltage bus, BT (380 V) for a 1.2 kW residential DC-DC nanogrid. The proposed converter makes use of a composite structure where a DCX converter is designed to operate with a constant duty cycle at the point of minor losses. A DC regulator (DCR) controls the regulator for the extra-low voltage (EBT) DC bus that is regulated by the compound converter. In this sense, two performance indices were used to choose the DCX converter: the Effort Factor (Component Stress Factor - CSF) and Fryze Power Factor. CSF is an analytical method used to evaluate and compare converter topologies for a specific application. The Fryze power factor is a simple method for evaluating the amount of non-active power that is processed by a given circuit. The regulator is modeled and a compensator is designed to control the current through a reference provided by a droop loop. To reduce the non-active power processed by the DC regulator, an adjustable transformer was implemented to reduce the non-active power. The efficiency of the composite converter is compared with that of a cascade regulator. To validate the approaches, a 1.2 kW composite converter was designed, built and evaluated under different tests regarding static gain, waveforms, control and efficiency. Esta tese apresenta um estudo sobre conversores CC-CC isolados para a interface entre um barramento de extrabaixa tensão, EBT (48 V), e um barramento de baixa tensão, BT (380 V) para uma nanorrede CC-CC residencial de 1,2 kW. O conversor proposto faz uso de uma estrutura composta onde um conversor DCX é projetado para operar com razão cíclica fixa no ponto de menores perdas. Um regulador CC (DCR) permite a regulação do barramento CC de tensão extrabaixa (EBT) que é regulado pelo conversor composto. Neste sentido, para a escolha do conversor DCX foram utilizados dois índices de desempenho: o Fator de Esforços (Component Stress Factor - CSF) e Fator de Potência de Fryze. O CSF é um método analítico usado para avaliar e comparar diferentes topologias de conversores para uma aplicação específica. Já o fator de potência de Fryze é um método simples para avaliar a quantidade de potência não-ativa que é processada por um determinado circuito. O regulador CC é modelado e um sistema de controle é projetado para realizar o controle da corrente através de uma referência fornecida por uma malha de droop. Para reduzir a potência não-ativa processada pelo regulador CC, foi implementado um transformador regulável que tem como objetivo reduzir a potência não-ativa. O rendimento do conversor composto é comparado com o de um regulador em cascata. Para validar as abordagens, um protótipo do conversor composto de 1,2 kW foi projetado, construído e submetido a inúmeros ensaios de laboratório, sendo avaliado experimentalmente o ganho estático, forma de ondas, controle e rendimento do conversor proposto.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES In recent years, there is an increasing energy demand due to the use of fossil fuels and it has caused very large impacts on nature. As scientists and industries are aware that this type of production uses limited reserves, there is a worldwide tendency to increase studies and investments in alternative energy sources. One of the sources that stands out is the photovoltaic energy due to its flexibility in power and integration with the distributed generation system (DG). This dissertation presents the analysis, design and implementation of high voltage gain isolated DC-DC converters, all applied to the photovoltaic energy processing. These converters are based on the Boost and Cuk converters. The high voltage gain will be possible through the use of high gain cells – a concept that is defined in this work. Galvanic isolation will be used to provide insulation and voltage gain. To extract the maximum power from the photovoltaic module, the Maximum Power Point Tracking (MPPT) will be tested. This mechanism will be designed and implemented directly, controlling the input voltage of the DC-DC converter. The experimental results are performed for two prototypes, an isolated Cuk converter R2P2 cell and voltage multiplier. The second, on isolated Cuk R2P2 converter. The second converter does not have the multiplier on the secondary. The efficiency of the converters will be analyzed when applied to 200 W photovoltaic panel. A crescente demanda energética ocorrida nos últimos anos tem causado impactos muito grandes na natureza, devido ao uso de combustíveis fósseis, os quais possuem reservas limitadas. Devido a esses fatores, tem-se buscado o uso de fontes de energia alternativas. Uma das fontes que se destaca é a energia fotovoltaica, por conta de sua flexibilidade quanto à potência e integração com o sistema de geração distribuída (GD). Esta Dissertação de Mestrado apresenta a análise, o projeto e a implementação de conversores CC-CC isolados de alto ganho de tensão aplicados ao processamento de energia fotovoltaica e baseados no conversor Boost e Cuk. O elevado ganho de tensão será possível através do uso de células de alto ganho, cujo conceito é definido neste trabalho. O uso de isolação galvânica proporcionara a isolação e ganho de tensão. Para extrair a máxima potência do módulo fotovoltaico, é realizado o rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT - Maximum Power Point Tracking), que é realizado de maneira direta, controlando a tensão de entrada do conversor CC-CC. Dessa maneira os controladores são projetados e implementados para controlar a tensão de entrada. Os resultados experimentais são realizado para dois protótipos: o primeiro será o conversor Cuk R2P2 Isolado com Multiplicador, enquanto o segundo sera o conversor Cuk R2P2 Isolado, o qual não possui o multiplicador no secundário. O rendimento dos conversores será analisado quando aplicados a um painel fotovoltaico de 200 W.