Desenvolvimento de um conversor Half-Bridge ressonante LLC para o acionamento de LEDs UV-C e aplicação em ação germicida
| Ano de defesa: | 2023 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| 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/1/30304 |
Resumo: | This master’s dissertation presents the development of a disinfection system based on UVC (ultraviolet type C), light-emitting diodes (LEDs). The motivation behind this work is to conceive a disinfection system using ultraviolet radiation for objects and surfaces in order to eliminate various fungi, bacteria, and viruses. LEDs are used due to their wavelength, particularly within the range of higher genotoxic potential, from 260 to 280 nm, as well as their construction characteristics, long lifespan, low power consumption, and small size. To measure the intensity and verify its efficiency, a monitoring system using sensors was employed to ensure that the system truly delivers the necessary magnitudes for germicidal action to eliminate different pathogens. The UV-C LEDs were driven by a resonant LLC half-bridge converter with an output power of 40 W. Zero Voltage Switching (ZVS), of the switches was sought at different frequency ranges. To control the current of the LED array, a proportional-integral (PI) controller was designed. The converter dynamic modeling was based on the extended descriptive function methodology, taking into account the piecewise linear (PWL) model of the LED. Additionally, the converter design and its entire control system were implemented. Biological tests were conducted on various types of bacteria with different measurements to verify the effectiveness of the LED germicidal action. |
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Desenvolvimento de um conversor Half-Bridge ressonante LLC para o acionamento de LEDs UV-C e aplicação em ação germicidaDevelopment of a Half-Bridge LLC resonant converter for driving UV-C LEDs and germicidal action applicationDiodos emissores de luzAção germicidaConversores ressonantesRadiação ultravioletaLight Emitting Diodes (LEDs)Germicidal actionResonant convertersUltraviolet radiationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThis master’s dissertation presents the development of a disinfection system based on UVC (ultraviolet type C), light-emitting diodes (LEDs). The motivation behind this work is to conceive a disinfection system using ultraviolet radiation for objects and surfaces in order to eliminate various fungi, bacteria, and viruses. LEDs are used due to their wavelength, particularly within the range of higher genotoxic potential, from 260 to 280 nm, as well as their construction characteristics, long lifespan, low power consumption, and small size. To measure the intensity and verify its efficiency, a monitoring system using sensors was employed to ensure that the system truly delivers the necessary magnitudes for germicidal action to eliminate different pathogens. The UV-C LEDs were driven by a resonant LLC half-bridge converter with an output power of 40 W. Zero Voltage Switching (ZVS), of the switches was sought at different frequency ranges. To control the current of the LED array, a proportional-integral (PI) controller was designed. The converter dynamic modeling was based on the extended descriptive function methodology, taking into account the piecewise linear (PWL) model of the LED. Additionally, the converter design and its entire control system were implemented. Biological tests were conducted on various types of bacteria with different measurements to verify the effectiveness of the LED germicidal action.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEsta dissertação apresenta o desenvolvimento de um sistema de desinfecção baseado em diodos emissores de luz (LEDs) do tipo UV-C. A motivação do trabalho é a concepção de um sistema de desinfecção através da radiação ultravioleta para objetos e superfícies para a eliminação de diferentes fungos, bactérias e vírus. Os LEDs são utilizados devido seu comprimento de onda, particularmente dentro da faixa de maior potencial genotóxico, de 260 a 280 nm e também devido as suas características de construção, sua longa vida útil, baixo consumo de energia e volume pequeno. Para mensurar a intensidade e comprovar a sua eficiência foi utilizado um sistema de monitoramento através de sensores que atestam que o sistema entrega verdadeiramente as grandezas necessárias para realizar a ação germicida, para a eliminação de diferentes patógenos. O acionamento dos LEDs UV-C foi realizado através de um conversor Half-Bridge ressonante LLC, com potência de saída de 40 W. Buscou-se uma operação em comutação suave dos interruptores (ZVS) em diferentes faixas de frequência. Para o controle da corrente do arranjo de LEDs, foi projetado um controlador proporcional integral (PI). A modelagem do conversor foi realizada baseada na metodologia da função descritiva estendida, levando em conta o modelo linear por partes do LED. Além do projeto do conversor e todo seu sistema de controle, foram realizados testes biológicos em alguns tipos bactérias com diferentes medidas para comprovação da eficácia na ação germicida do LED.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaSeidel, Álysson Ranierehttp://lattes.cnpq.br/5764635299335289Hollweg, Guilherme VieiraSchuch, André PassagliaCosta, Marcelo Santos da2023-10-06T12:41:45Z2023-10-06T12:41:45Z2023-08-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/30304ark:/26339/001300000jh2zporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2023-10-06T12:41:45Zoai:repositorio.ufsm.br:1/30304Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2023-10-06T12:41:45Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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This master’s dissertation presents the development of a disinfection system based on UVC (ultraviolet type C), light-emitting diodes (LEDs). The motivation behind this work is to conceive a disinfection system using ultraviolet radiation for objects and surfaces in order to eliminate various fungi, bacteria, and viruses. LEDs are used due to their wavelength, particularly within the range of higher genotoxic potential, from 260 to 280 nm, as well as their construction characteristics, long lifespan, low power consumption, and small size. To measure the intensity and verify its efficiency, a monitoring system using sensors was employed to ensure that the system truly delivers the necessary magnitudes for germicidal action to eliminate different pathogens. The UV-C LEDs were driven by a resonant LLC half-bridge converter with an output power of 40 W. Zero Voltage Switching (ZVS), of the switches was sought at different frequency ranges. To control the current of the LED array, a proportional-integral (PI) controller was designed. The converter dynamic modeling was based on the extended descriptive function methodology, taking into account the piecewise linear (PWL) model of the LED. Additionally, the converter design and its entire control system were implemented. Biological tests were conducted on various types of bacteria with different measurements to verify the effectiveness of the LED germicidal action. |
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