Conversor boost atuando como carga eletrônica a corrente controlada para fins de teste de uma célula a combustível

Abstract

This paper presents the study and implementation of an electronic load for fuel cell testing. In a typical fuel cell electrical testing, it is necessary to draw a controllable dc current from it, thus an electronic load based on the boost converter is connected to the cell to control its output current. The design procedure and simulation results are presented. In order to validate the design method and verification of the effectiveness of the converter in this application, experimental results are also presented. Keywords-ElectronicLoad, Boost Converter, Fuel Cell. I. INTRODUÇÃO Para o estudo das características de uma célula a combustível faz-se necessário o uso de uma carga eletrônica com corrente controlada. Tal tipo de carga é encontrada no mercado a um custo relativamente elevado [1][2], em torno de U$7500, sendo que algumas destas cargas utilizam transistores operando na região ativa [3]. Os circuitos de condicionamento de potência, bem como as cargas eletrônicas, devem garantir que o ripple de corrente não exceda a especificação do fabricante, 35% pico-a-pico a uma frequência de 120Hz para o modelo Nexa [4], sendo que os dispositivos semicondutores da atualidade permitem implementar conversores chaveados perfeitamente capazes de atender tal especificação, não sendo necessário recorrer à utilização de dispositivos com operação na região ativa. A eliminação de componentes harmônicos resultantes do chaveamento na célula a combustível exige o adequado projeto dos elementos de filtro da corrente a ser drenada [2]. Desta forma, a construção de uma carga eletrônica chaveada que possa substituir as cargas convencionais encontradas no mercado apresenta-se como uma opção interessante em aplicações envolvendo o teste de células a combustível. Na literatura científica encontram-se poucos artigos específicos sobre o assunto, como os estudos sobre um conversor full-bridge para conversão DC-DC e DC-AC na realização de uma carga eletrônica [5], o uso de um conversor buck atuando como carga eletrônica aplicada a células combustíveis e painéis solares [2], além de estudos sobre o uso do MOSFET linear para obter a característica de painéis solares através do tratamento das tensões e correntes obtidas nos testes [1].Do ponto de vista da corrente a ser drenada da fonte sob teste, a topologia boost seria a mais adequada, oferecendo um melhor controle desta corrente, já que a entrada deste conversor comporta-se como uma fonte de corrente. Além disso, sua característica de conversor elevador permite aumentar a tensão advinda da célula a combustível para a utilização de cargas resistivas com valores mais elevados (50 1kW ou associações destes) disponíveis em nossos laboratórios.Outro aspecto importante, é que a capacidade operacional destas cargas exige normalmente uma interface de conexão com algum dispositivo host, isto exige um controle mais elaborado quando este tem de atuar em dispositivos operando na região ativa. No caso do controle digital de um conversor chaveado, existe no mercado uma gama enorme de microcontroladores e...