Tema: Conversores CC-CC e Aplicações

Ementa: Esta disciplina aborda conversores CC-CC, apresentando os dispositivos semicondutores e os elementos passivos que compõem essas topologias, bem como sua análise estática e a modelagem dinâmica em espaço de estados. São desenvolvidos o modelo médio e o modelo linearizado em pequenos sinais, que fundamentam o projeto de controladores lineares. Adicionalmente, a disciplina apresenta elementos para a implementação em DSPs com técnicas de controle digital, considerando aspectos práticos. Por fim, são discutidas as aplicações e os estudos de caso.

Bibliografia: ERICKSON, Robert W.; MAKSIMOVIĆ, Dragan. Fundamentals of Power Electronics. 3. ed. Cham: Springer, 2020. 1084 p. ISBN 978-3-030-43879-1. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-43881-4. RASHID, Muhammad H. (Ed.). Power Electronics Handbook. 5. ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2024. 1466 p. ISBN 978-0-323-99216-9. HART, Daniel W. Power Electronics. New York: McGraw-Hill, 2010. 496 p. ISBN 978-0-07-338067-4. RASHID, Muhammad H. Power Electronics: Circuits, Devices and Applications. 4. ed. Upper Saddle River: Pearson, 2013. 1024 p. ISBN 978-0-13-312590-0.

Conteudo Programático: 1. Dispositivos semicondutores de potência 1.1. Diodos de potência. 1.2. Transistores de potência. 1.3. Dispositivos de banda larga (Wide-Bandgap): SiC e GaN. 1.4. Perdas em condução e comutação. 2. Conversores CC-CC não isolados 2.1. Topologias fundamentais. 2.2. Topologias adicionais. 2.3. Análise estática nos modos de condução contínua (MCC) e descontínua (MCD). 2.4. Projeto de elementos passivos (indutores e capacitores). 2.5. Análise de eficiência e perdas; efeitos de elementos parasitas. 2.6. Topologias de alto ganho, conversores interleaved e quadráticos. 3. Conversores CC-CC isolados 3.1. Conversor Flyback. 3.2. Conversor Forward e variantes. 3.3. Topologias Push-Pull, Half-Bridge e Full-Bridge. 3.4. Conversor Full-Bridge Phase-Shifted (PSFB) e Dual Active Bridge (DAB). 4. Modelagem média e em pequenos sinais em espaço de estados 4.1. Princípios de modelagem por valores médios (state-space averaging). 4.2. Linearização em torno do ponto de operação e modelo de pequenos sinais. 4.3. Funções de transferência relevantes. 4.4. Validação por simulação. 5. Projeto de controladores lineares para conversores CC-CC e simulações. 6. Controle digital de conversores CC-CC 6.1. Discretização de controladores. 6.2. Efeitos de amostragem, atrasos computacionais e quantização. 6.3. Implementação em DSPs: PWM digital e leitura de ADC. 7. Aplicações de conversores CC-CC e estudos de caso.
Obs.: Consultar Catálogo vigente na DAC.

Conteudo Programático em Inglês: 1. Power semiconductor devices 1.1. Power diodes. 1.2. Power transistors. 1.3. Wide-Bandgap devices: SiC and GaN. 1.4. Conduction and switching losses. 2. Non-isolated DC-DC converters 2.1. Fundamental topologies. 2.2. Additional topologies. 2.3. Static analysis in continuous (CCM) and discontinuous (DCM) conduction modes. 2.4. Passive component design (inductors and capacitors). 2.5. Efficiency and loss analysis; effects of parasitic elements. 2.6. High step-up, interleaved and quadratic topologies. 3. Isolated DC-DC converters 3.1. Flyback converter. 3.2. Forward converter and variants. 3.3. Push-Pull, Half-Bridge and Full-Bridge topologies. 3.4. Phase-Shifted Full-Bridge (PSFB) and Dual Active Bridge (DAB) converters. 4. Average and small-signal state-space modeling 4.1. State-space averaging principles. 4.2. Linearization around the operating point and small-signal model. 4.3. Relevant transfer functions. 4.4. Simulation-based validation. 5. Linear controller design for DC-DC converters and simulations. 6. Digital control of DC-DC converters 6.1. Controller discretization. 6.2. Sampling effects, computational delays and quantization. 6.3. DSP implementation: digital PWM and ADC interfacing. 7. Applications of DC-DC converters and case studies.

Conteudo Programático em Espanhol: 1. Dispositivos semiconductores de potencia 1.1. Diodos de potencia. 1.2. Transistores de potencia. 1.3. Dispositivos de banda ancha (Wide-Bandgap): SiC y GaN. 1.4. Pérdidas por conducción y conmutación. 2. Convertidores CC-CC no aislados 2.1. Topologías fundamentales. 2.2. Topologías adicionales. 2.3. Análisis estático en los modos de conducción continua (MCC) y discontinua (MCD). 2.4. Diseño de elementos pasivos (inductores y capacitores). 2.5. Análisis de eficiencia y pérdidas; efectos de elementos parásitos. 2.6. Topologías de alta ganancia, intercaladas (interleaved) y cuadráticas. 3. Convertidores CC-CC aislados 3.1. Convertidor Flyback. 3.2. Convertidor Forward y variantes. 3.3. Topologías Push-Pull, Half-Bridge y Full-Bridge. 3.4. Convertidor Full-Bridge Phase-Shifted (PSFB) y Dual Active Bridge (DAB). 4. Modelado promedio y de pequeña señal en espacio de estados 4.1. Principios del promediado en espacio de estados (state-space averaging). 4.2. Linealización en torno al punto de operación y modelo de pequeña señal. 4.3. Funciones de transferencia relevantes. 4.4. Validación mediante simulación. 5. Diseño de controladores lineales para convertidores CC-CC y simulaciones. 6. Control digital de convertidores CC-CC 6.1. Discretización de controladores. 6.2. Efectos del muestreo, retardos computacionales y cuantización. 6.3. Implementación en DSP: PWM digital e interfaz con ADC. 7. Aplicaciones de convertidores CC-CC y estudios de caso.

Forma Avaliação: A avaliação será composta por: (i) listas de exercícios envolvendo análise e projeto de conversores, bem como simulações computacionais;(ii) projeto final, consistindo no desenvolvimento de um artigo científico, em formato de conferência IEEE.