Metodologia de projeto de conversores integrados aplicando técnicas de redução de capacitâncias em drivers de LED
| Ano de defesa: | 2023 |
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| Orientador(a): | |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Brasil Engenharia Elétrica UFSM Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Centro de Tecnologia |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/31226 |
Resumo: | This work presents a methodology for the design and analysis of integrated converters, using buck, boost and buck-boost topologies operating in discontinuous conduction mode, as power factor correction and power control stages in LED drivers. The objective is to define a design and analysis method, with an emphasis on capacitance reduction, taking into account current standards and recommendations. To make this possible, first the generic design of converters is presented, making it possible to design any combination of topologies. Afterwards, the lowfrequency ripple analysis for LED drivers is presented, which helps to mitigate the effects of flicker on observers. This analysis allowed the selection of converters and operating point with a view to minimizing the required bus capacitance. To verify the results, a luminaire composed of 3014 LEDs is used, with a rated power of 26.9 W, in which the boost converter in the power control stage is replaced by the buck-boost converter. This case achieves a reduction of almost 50 % in capacitance, but with a loss of more than 1.5 % in converter efficiency. Finally, the analysis of capacitance balances is proposed to transfer the low frequency ripple filtering to the output capacitor in converters operating at universal input voltage, based on the dynamic modeling of the power control stage. With a 75 W load composed of 2 Lumileds 1208 LEDs in series, the bus capacitance was reduced and the output capacitance increased, resulting in a reduction in capacitance volume of approximately 45 % in the driver. |
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Metodologia de projeto de conversores integrados aplicando técnicas de redução de capacitâncias em drivers de LEDDesign methodology of integrated converters applying capacitance reduction techniques in LED driversConversores de potênciaDiodos emissores de luzDrivers de LEDSistemas LEDOndulação em baixa frequênciaLED systemsLED driversLight emitting diodesLow-frequency ripplePower convertersCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThis work presents a methodology for the design and analysis of integrated converters, using buck, boost and buck-boost topologies operating in discontinuous conduction mode, as power factor correction and power control stages in LED drivers. The objective is to define a design and analysis method, with an emphasis on capacitance reduction, taking into account current standards and recommendations. To make this possible, first the generic design of converters is presented, making it possible to design any combination of topologies. Afterwards, the lowfrequency ripple analysis for LED drivers is presented, which helps to mitigate the effects of flicker on observers. This analysis allowed the selection of converters and operating point with a view to minimizing the required bus capacitance. To verify the results, a luminaire composed of 3014 LEDs is used, with a rated power of 26.9 W, in which the boost converter in the power control stage is replaced by the buck-boost converter. This case achieves a reduction of almost 50 % in capacitance, but with a loss of more than 1.5 % in converter efficiency. Finally, the analysis of capacitance balances is proposed to transfer the low frequency ripple filtering to the output capacitor in converters operating at universal input voltage, based on the dynamic modeling of the power control stage. With a 75 W load composed of 2 Lumileds 1208 LEDs in series, the bus capacitance was reduced and the output capacitance increased, resulting in a reduction in capacitance volume of approximately 45 % in the driver.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEste trabalho apresenta uma metodologia para projeto e análise de conversores integrados, utilizando as topologias buck, boost e buck-boost operando em modo de condução descontínuo, como estágios de correção do fator de potência e de controle de potência em drivers de LEDs. O objetivo é definir um método de projeto e análise, com ênfase em redução de capacitâncias, atendendo as normas e recomendações vigentes. Para que isso seja possível, primeiramente é apresentado o equacionamento genérico dos conversores, tornando possível projetar qualquer combinação de topologias. Após, é apresentada a análise da ondulação de baixa frequência para os drivers de LED, os quais auxiliam a mitigar os efeitos do flicker em observadores. Esta análise permitiu fazer a seleção dos conversores e ponto de operação com vistas a minimizar a capacitância de barramento necessária. Para verificar os resultados, é utilizada uma carga de LEDs 3014, com potência nominal de 26,9 W, na qual o conversor boost no estágio de controle de potência é substituído pelo conversor buck-boost. Com isso é alcançada uma redução de cerca de 50 % na capacitância, porém com perda de mais de 1,5 % na eficiência do conversor. Por fim é proposta a análise dos balanços de capacitâncias, para transferir a filtragem da ondulação de baixa frequência para o capacitor de saída em conversores operando em tensão de entrada universal, a partir da modelagem dinâmica do estágio de controle de potência. Com uma carga de 75 W composta por 2 LEDs Lumileds 1208 em série, a capacitância do barramento foi reduzida e a capacitância de saída aumentada, tendo como resultado final uma redução de volume de capacitâncias de aproximadamente 45 % no driver.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaDalla Costa, Marco Antôniohttp://lattes.cnpq.br/4455422053321491Álvarez, José Marcos AlonsoSilva, Marcelo Freitas daMelo, Maicol Flores deLuz, Paulo César VargasSoares, Guilherme MárcioBrand, Jean Santis2024-01-23T15:26:23Z2024-01-23T15:26:23Z2023-09-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/31226ark:/26339/001300000p29wporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-01-23T15:26:23Zoai:repositorio.ufsm.br:1/31226Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2024-01-23T15:26:23Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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