Analysis, modeling and control of self-oscillating resonant converters
Ano de defesa: | 2023 |
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Tipo de documento: | Tese |
Tipo de acesso: | Acesso aberto |
Idioma: | eng |
Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Centro de Tecnologia |
Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
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Departamento: |
Engenharia Elétrica
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País: |
Brasil
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Palavras-chave em Português: | |
Palavras-chave em Inglês: | |
Área do conhecimento CNPq: | |
Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/30826 |
Resumo: | Nesta tese é discutida a análise, modelagem e controle do Conversor Ressonante Auto-Oscilante. Conhecido por suas notáveis características de custo-benefício, eficiência e simplicidade, este foi amplamente utilizado em aplicações relacionadas à iluminação artificial, como reatores eletrônicos para lâmpadas de descarga. Todavia, dada a complexidade dé análise e projeto de sua estrutura de realimentação positiva, observada pela necessidade de utilização de técnicas simplificadas de controle não-linear para o projeto em malha aberta, a operação em malha fechada foi pouco explorada na literatura. O fato é que pouco se sabe sobre as potencialidades de operação deste conversor como seguidor de referência, visto que a presença de uma realimentação positiva intrínseca pode sugerir a inviabilidade de tal prática. Desde a busca por um atuador compatível com as características do conversor, passando pela modelagem e efetivamente à operação como seguidor de referência, esta tese busca expandir o breve conhecimento disponível sobre este conversor, colocando-o no patamar de conversores que tradicionalmente permitem a operação em malha fechada, elencando, a partir de uma análise minuciosa, suas peculiaridades e características frente as demais topologias. Busca-se, em uma primeira etapa desta tese, explorar a análise e o projeto do CRAO por meio da revisão bibliográfica das diversas metodologias até então propostas, solidificando o entendimento sobre a operação auto-oscilatória do conversor em malha aberta. A partir disto, discutem-se formas de expandir a operação do CRAO, desvencilhando-o da operação tradicional em malha aberta com realimentação intrínseca positiva, ao introduzir atuadores que permitam a operação do conversor como Pulse-Frequency Modulator (PFM) ou Pulse-Width Modulator (PWM). Posteriormente, propõe-se uma revisão bibliográfica minuciosa das técnicas de modelagem utilizadas para conversores ressonantes, cujo resultado auxiliou na definição de uma metodologia capaz de gerar as novas funções de transferência necessárias ao projeto dos controladores para operação em malha fechada do CRAO. |
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2023-12-11T12:10:21Z2023-12-11T12:10:21Z2023-08-31http://repositorio.ufsm.br/handle/1/30826Nesta tese é discutida a análise, modelagem e controle do Conversor Ressonante Auto-Oscilante. Conhecido por suas notáveis características de custo-benefício, eficiência e simplicidade, este foi amplamente utilizado em aplicações relacionadas à iluminação artificial, como reatores eletrônicos para lâmpadas de descarga. Todavia, dada a complexidade dé análise e projeto de sua estrutura de realimentação positiva, observada pela necessidade de utilização de técnicas simplificadas de controle não-linear para o projeto em malha aberta, a operação em malha fechada foi pouco explorada na literatura. O fato é que pouco se sabe sobre as potencialidades de operação deste conversor como seguidor de referência, visto que a presença de uma realimentação positiva intrínseca pode sugerir a inviabilidade de tal prática. Desde a busca por um atuador compatível com as características do conversor, passando pela modelagem e efetivamente à operação como seguidor de referência, esta tese busca expandir o breve conhecimento disponível sobre este conversor, colocando-o no patamar de conversores que tradicionalmente permitem a operação em malha fechada, elencando, a partir de uma análise minuciosa, suas peculiaridades e características frente as demais topologias. Busca-se, em uma primeira etapa desta tese, explorar a análise e o projeto do CRAO por meio da revisão bibliográfica das diversas metodologias até então propostas, solidificando o entendimento sobre a operação auto-oscilatória do conversor em malha aberta. A partir disto, discutem-se formas de expandir a operação do CRAO, desvencilhando-o da operação tradicional em malha aberta com realimentação intrínseca positiva, ao introduzir atuadores que permitam a operação do conversor como Pulse-Frequency Modulator (PFM) ou Pulse-Width Modulator (PWM). Posteriormente, propõe-se uma revisão bibliográfica minuciosa das técnicas de modelagem utilizadas para conversores ressonantes, cujo resultado auxiliou na definição de uma metodologia capaz de gerar as novas funções de transferência necessárias ao projeto dos controladores para operação em malha fechada do CRAO.In this doctoral dissertation, the analysis, modeling, and control of the Self-Oscillating Resonant Converter are discussed. Known for its remarkable cost-benefit, efficiency, and simplicity, it has been widely used in applications related to artificial lighting, such as electronic ballasts for discharge lamps. However, given the complexity of analyzing and designing its positive feedback structure, observed by the need to use simplified non-linear control techniques for open-loop design, closed-loop operation has been little explored in the literature. The fact is that little is known about the potential of operating this converter as a reference follower, since the presence of intrinsic positive feedback may suggest the impracticality of such practice. From the search for an actuator compatible with the converter’s characteristics, through modeling and effectively operating as a reference follower, this doctoral dissertation seeks to expand the brief knowledge available on this converter, placing it on par with converters that traditionally allow closed-loop operation, listing, from a thorough analysis, its peculiarities and characteristics compared to other topologies. In a first stage of this doctoral dissertation, we seek to explore the analysis and design of the CRAO through a bibliographic review of the various methodologies proposed so far, solidifying the understanding of the converter’s self-oscillatory operation in open-loop. From this, ways to expand the operation of the CRAO are discussed, disengaging it from traditional open-loop operation with intrinsic positive feedback by introducing actuators that allow the converter to operate as a Pulse-Frequency Modulator (PFM) or Pulse-Width Modulator (PWM). Subsequently, a thorough bibliographic review of modeling techniques used for resonant converters is proposed, whose result helped define a methodology capable of generating new transfer functions necessary for designing controllers for closed-loop operation of the CRAO.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESFundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGSengUniversidade Federal de Santa MariaCentro de TecnologiaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFSMBrasilEngenharia ElétricaAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessSelf-oscillating resonant converterModelingControlActuation mechanismsClosed-loop operationReference followingConversor ressonante auto-oscilanteModelagemControleAtuadoresOperação em malha fechadaSeguidor de referênciaCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAAnalysis, modeling and control of self-oscillating resonant convertersAnálise, modelagem e controle de conversores ressonantes auto-oscilantesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisSeidel, Álysson Ranierehttp://lattes.cnpq.br/5764635299335289Bisogno, Fábio EckeHollweg, Guilherme VieiraMenke, Maikel FernandoPerdigão, Marina Mendes Sargento DominguesTambara, Rodrigo Varellahttp://lattes.cnpq.br/6749949106384192Rosa, William Guidolin da300400000007600600600600600600600600214f0983-bb85-44c3-ae66-39529bca11790e257d5f-6382-400f-a1f5-e6208c63ac938f48edb1-bc86-4a24-b39e-3be7c6845bd899c68860-fb02-4480-91de-cee69ddeb0dcea4442f8-8494-48a1-ae09-7273479b6a6f5838fe3f-64fb-494b-a228-240ab8a1a157ff64e042-fc09-4352-83c1-cdb935eedf71reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSMORIGINALTES_PPGEE_2023_ROSA_WILLIAM.pdfTES_PPGEE_2023_ROSA_WILLIAM.pdfTeseapplication/pdf20692734http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/30826/1/TES_PPGEE_2023_ROSA_WILLIAM.pdf281e47adcc54d68d9463b8712ab56496MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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Nesta tese é discutida a análise, modelagem e controle do Conversor Ressonante Auto-Oscilante. Conhecido por suas notáveis características de custo-benefício, eficiência e simplicidade, este foi amplamente utilizado em aplicações relacionadas à iluminação artificial, como reatores eletrônicos para lâmpadas de descarga. Todavia, dada a complexidade dé análise e projeto de sua estrutura de realimentação positiva, observada pela necessidade de utilização de técnicas simplificadas de controle não-linear para o projeto em malha aberta, a operação em malha fechada foi pouco explorada na literatura. O fato é que pouco se sabe sobre as potencialidades de operação deste conversor como seguidor de referência, visto que a presença de uma realimentação positiva intrínseca pode sugerir a inviabilidade de tal prática. Desde a busca por um atuador compatível com as características do conversor, passando pela modelagem e efetivamente à operação como seguidor de referência, esta tese busca expandir o breve conhecimento disponível sobre este conversor, colocando-o no patamar de conversores que tradicionalmente permitem a operação em malha fechada, elencando, a partir de uma análise minuciosa, suas peculiaridades e características frente as demais topologias. Busca-se, em uma primeira etapa desta tese, explorar a análise e o projeto do CRAO por meio da revisão bibliográfica das diversas metodologias até então propostas, solidificando o entendimento sobre a operação auto-oscilatória do conversor em malha aberta. A partir disto, discutem-se formas de expandir a operação do CRAO, desvencilhando-o da operação tradicional em malha aberta com realimentação intrínseca positiva, ao introduzir atuadores que permitam a operação do conversor como Pulse-Frequency Modulator (PFM) ou Pulse-Width Modulator (PWM). Posteriormente, propõe-se uma revisão bibliográfica minuciosa das técnicas de modelagem utilizadas para conversores ressonantes, cujo resultado auxiliou na definição de uma metodologia capaz de gerar as novas funções de transferência necessárias ao projeto dos controladores para operação em malha fechada do CRAO. |
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