Projeto de uma fonte auxiliar aplicada a estação de recarga em corrente contínua de veículos elétricos

Abstract

A expansão das estações de recarga em corrente contínua para veículos elétricos tem ampliado a necessidade de fontes auxiliares isoladas, confiáveis e capazes de operar em ampla faixa de tensão, garantindo a alimentação dos circuitos de controle, sensoriamento, acionamento e proteção. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivos projetar, implementar e validar experimentalmente uma fonte auxiliar chaveada com duas saídas de 12 V, baseada na topologia flyback quase-ressonante, para aplicação nos conversores estáticos de estações de recarga. A fonte foi desenvolvida para operar com alimentação em corrente contínua, corrente alternada monofásica e corrente alternada trifásica, utilizando um controlador analógico dedicado e semicondutores de carbeto de silício. A metodologia envolveu revisão bibliográfica sobre fontes auxiliares, conversores isolados, operação quase- ressonante e semicondutores de potência, seguida pelo dimensionamento dos componentes, simulação do circuito, desenvolvimento da placa de circuito impresso, montagem do protótipo e realização de ensaios experimentais. Os testes avaliaram as tensões de saída, o rendimento, as formas de onda de chaveamento, os esforços elétricos, a corrente de partida e o comportamento térmico. Os resultados confirmaram o funcionamento da fonte nas diferentes condições de alimentação avaliadas e demonstraram a viabilidade da solução proposta para aplicação em sistemas auxiliares de estações de recarga de veículos elétricos.

The expansion of direct current charging stations for electric vehicles has increased the need for isolated and reliable auxiliary power supplies capable of operating over a wide input-voltage range and supplying control, sensing, gate-driving, and protection circuits. In this context, this work aimed to design, implement, and experimentally validate a switched-mode auxiliary power supply with two 12 V outputs, based on a quasi-resonant flyback topology, for application in the power converters of charging stations. The power supply was designed to operate from direct current, single-phase alternating current, and three-phase alternating current sources, using a dedicated analog controller and a silicon carbide semiconductor. The methodology included a literature review on auxiliary power supplies, isolated converters, quasi-resonant operation, and power semiconductors, followed by component sizing, circuit simulation, printed circuit board development, prototype assembly, and experimental testing. The tests evaluated the output voltages, efficiency, switching waveforms, electrical stresses, inrush current, and thermal behavior. The results confirmed the operation of the power supply under the different supply conditions evaluated and demonstrated the feasibility of the proposed solution for use in auxiliary systems of electric vehicle charging stations.