Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents an analysis and design of two Light Emitting Diode (LED) drivers topologies based on static switched converters aiming to avoid using electrolytic capacitors. Considering the low lifetime of electrolytic capacitors compared to LEDs, the topologies aims for reducing the storage capacitance and replaces it by a longer lifetime capacitor, increasing the overall system life span. A Proportional Integral controller is designed to reduce the output current ripple. Consequently, it reduces the bus voltage ripple which allows working with reduced bus capacitances. The input current harmonic distortion limit must be observed. The power factor correction stage is based on a Single Ended Primary Inductance Converter (SEPIC) operating under discontinuous conduction mode (MCD) for both topologies. The power control (PC) stage is performed by a Buck converter for the SEPIC-Buck topology and by a Ćuk converter for the SEPIC-Ćuk topology. These PC converters present output current source behavior, suitable for LED application. Two LED driver prototypes are implemented and the results present high efficiency and a 50% current ripple on the LED. Furthermore a simple dimming strategy is proposed and implemented. / Este trabalho apresenta uma análise e projeto para duas topologias de circuito de acionamento para Diodos Emissores de Luz (LED) utilizando conversores estáticos integrados com o objetivo de evitar a utilização de capacitores eletrolíticos. Considerando a baixa vida útil dos capacitores eletrolíticos, se comparada à dos LEDs, as topologias buscam reduzir a capacitância de barramento tornando possível a utilização de capacitores de maior vida útil, aumentando a vida útil do sistema como um todo. Um controlador Proporcional Integral é projetado para reduzir a ondulação na corrente de saída. Consequentemente, a ondulação da tensão de barramento é reduzida permitindo o uso de capacitâncias de barramento reduzidas. O limite da distorção harmônica da corrente de entrada deve ser observado. O estágio de correção do fator de potência é baseado no Conversor com Indutância Simples no Primário (SEPIC) operando no modo de condução descontínuo (MCD) para ambas as topologias. O estágio de controle de potência (PC) é realizado por um conversor Buck para a topologia SEPIC-Buck e por um conversor Ćuk para a topologia SEPIC-Ćuk. Os conversores do estágio PC apresentam característica de fonte de corrente na saída, conveniente para a utilização de LEDs. Dois protótipos para circuitos de acionamento para LEDs são implementados e os resultados apresentam alta eficiência e uma ondulação de 50% na corrente dos LEDs. Além disso, um circuito de controle da intensidade luminosa de bastante simplicidade é proposto e implementado.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FRANCIELI LIMA DE SA.pdf: 957791 bytes, checksum: 54a198d079685e3726016b54e682ffdc (MD5) Previous issue date: 2010-07-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work is introduced a study of Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM), involving issues about constructive characteristics, modeling, control and simulation. Initially, are studied the constructive characteristics, principally in that refers of the magnets disposition in the rotor. Then, are shown some applications for the PMSM. The mathematic model of PMSM is developed starting of stationary reference frame and utilizing the rotation transformation for obtain the equations of currents and voltage in the rotor reference frame. The feed shape of the PMSM is an analysis of extreme importance in the study of this motor, for this reason also is show in this work. The vector control is analyzed in the sequence, utilizing the direct method for the rotor flux and considering the approach with Constant torque control. Are presents some techniques for the design of controllers of speed and current loops. Through the performed simulations, are analyzed and compared the several technical approached. The results obtained show that the vector control approach with constant torque angle applied to the PMSM presents a good dynamic response for motor drive. / Neste trabalho, é apresentado um estudo do Motor Síncrono de Ímãs Permanentes (MSIP) envolvendo questões pertinentes às características construtivas, modelamento, controle e simulação. Inicialmente, são estudadas as características construtivas, principalmente no que se refere à disposição dos ímãs no rotor. Em seguida são mostradas algumas aplicações para o MSIP. O modelo matemático do MSIP é desenvolvido partindo do referencial estacionário e utilizando a transformação de rotação para se obter as equações de corrente e tensão no referencial girante. A forma de alimentação do MSIP é uma análise de extrema importância no estudo deste motor, e por esta razão também é mostrada neste trabalho. O controle vetorial é analisado na seqüência, utilizando o método direto pelo fluxo de rotor e considerando a abordagem com controle de torque constante. São apresentadas algumas técnicas para o projeto dos controladores das malhas de corrente e velocidade. Através das simulações realizadas, são analisadas e comparadas as diversas técnicas abordadas. Os resultados obtidos mostram que o controle vetorial com abordagem do ângulo de torque constante aplicado ao MSIP apresenta uma boa resposta dinâmica para o acionamento do motor.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-11T13:22:33Z No. of bitstreams: 1 pedrosantosalmeida.pdf: 19972618 bytes, checksum: 95d8213caa2ed63781c9a0e651a913c6 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-02-26T12:01:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedrosantosalmeida.pdf: 19972618 bytes, checksum: 95d8213caa2ed63781c9a0e651a913c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T12:01:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedrosantosalmeida.pdf: 19972618 bytes, checksum: 95d8213caa2ed63781c9a0e651a913c6 (MD5) Previous issue date: 2014-12-11 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo sobre o acionamento de diodos emissores de luz (LEDs) a partir da rede elétrica. Este estudo envolve uma análise sobre as características térmicas, elétricas e fotométricas dos LEDs visando a adequada caracterização estática e dinâmica da carga. Em seguida, com o objetivo de propor conversores com uma eficiência global superior, propõe-se a utilização de conversores ressonantes como estágio de controle de potência. Este estágio é precedido de um estágio pré-regulador do fator de potência, de forma a garantir uma baixa distorção harmônica total da corrente drenada da rede. Um estudo sistemático acerca das topologias de correção do fator de potência e de conversores ressonantes que podem compor cada um destes dois estágios é feito, visando compilar as características, vantagens e desvantagens de cada uma para o acionamento de LEDs. A partir deste estudo, foi possível propor uma estrutura integrada de conversor ressonante com um pré-regulador de alto fator de potência, que se mostrou adequado para acionar uma carga de 72 LEDs associados em série, com uma potência nominal aproximada de 100 W. O protótipo do conversor proposto atingiu uma eficiência global acima de 92%, com um fator de potência superior a 0,97 e distorção harmônica da corrente de entrada de cerca de 20%, com total observância aos parâmetros de qualidade de energia impostas pelas normatizações nacional e internacional. O projeto deste conversor também permitiu a eliminação dos capacitores eletrolíticos no circuito de potência do protótipo através da redução da capacitância; somente foram empregados capacitores de filme metalizado, o que contribui para elevar a vida útil do conversor, compatibilizando-a com a vida útil dos LEDs sendo acionados. / This work presents a study regarding the driving of light-emitting diodes (LEDs) fed from mains power. This study involves an analysis of the thermal, electrical and photometrical characteristics of the LEDs, aiming an adequate static and dynamical characterization of the load. Then, with the goal of proposing driving converters with a superior global efficiency, it is proposed the use of resonant conversion as the power control stage of the LED drivers. This stage is preceded by a power factor pre-regulator stage, so that a low total harmonic distortion on the input current can be achieved. A systematic study of the power factor correction topologies and resonant converters which might compose each of these two stages is done, therefore compiling the characteristics, advantages and disadvantages of each for the driving of LEDs. From this study, it was proposed an integrated converter structure of a resonant converter with a high power factor pre-regulator, which showed good compliance when driving an LED load composed of 72 series-associated LEDs, with nominal power of ca. 100 W. A prototype of the proposed converter has reached a global efficiency above 92%, with a power factor greater than 0.97 and total harmonic distortion of input current of ca. 20%, along with total compliance with the power quality parameters imposed by national and international standards. The design of this converter also permitted the elimination of the electrolytic capacitors from within the power circuitry of the prototype through capacitance reduction; only metalized film capacitors were employed, contributing to enhance the lifespan of the converter, making it compatible with the lifespan of the LEDs being driven.

Orientador: Edson Bim / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T06:15:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jacomini_RogerioVani_M.pdf: 7135726 bytes, checksum: aed72d86566ef67b4dafacda1e335044 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Esta tese trata da implementação do controle do fluxo de potência de um gerador de indução duplamente alimentado conectado ao barramento infinito. A orientação de fluxo do estator é utilizada, pois permite o controle, de forma independente, das potências ativa e reativa do estator, por meio das componentes de eixo direto e em quadratura da corrente de rotor. Na verdade, se for considerada a resistência de estator, o modelo apresentará um pequeno acoplamento. A estratégia de controle do GIDA foi implementada no DSP TMS320F2812. São apresentados resultados de simulação e experimentais para o gerador de 2,25kW, 220 V, 60 Hz. O gerador foi acionado por um motor de indução acoplado diretamente ao seu eixo. Operando com velocidades subsíncronas e com cargas indutiva, capacitiva e resistiva, resultados de simulação computacional e experimental relevantes são apresentados para validar a proposta. / Abstract: This thesis presents the results about an impIementation of an active and reactive power controI of a doubIy fed induction generator. The stator flux orientation allows the independent contraI of active and reactive power of stator connected to infinity bus. ln fact, if the resistance of stator is not negIected, the stator flux orientation will be coupIed. The controI technique was implemented by using of DSP TMS320F2812, therefore simuIation and experiments results are presented in further notes to vaIidate the proposaI. The generator was drivi:q.g for a squirreI cage induction motor directIy coupIed to tlÍe primary rator axis. The operation was based on sub synchronous speed and with inductive, capacitive and resistive Ioads. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-18T15:37:21Z No. of bitstreams: 1 rodolfolacerdavalle.pdf: 15632691 bytes, checksum: 70a89dc2e4e38eb468aa2013be66ab1f (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-19T11:31:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rodolfolacerdavalle.pdf: 15632691 bytes, checksum: 70a89dc2e4e38eb468aa2013be66ab1f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-19T11:31:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rodolfolacerdavalle.pdf: 15632691 bytes, checksum: 70a89dc2e4e38eb468aa2013be66ab1f (MD5) Previous issue date: 2017-02-02 / Esta tese apresenta as etapas de projeto e de implementação de um controlador digital preditivo para regular as correntes de um motor CC de ímãs permanentes sem escovas (do inglês, Permanent Magnets Brushless DC motor) (BLDC) de baixa indutância, trifásico a três fios. Estes tipos de motores são usualmente acionados por conversores eletrônicos de potência com múltiplos estágios, comutados em altas frequências, ou usam filtros adicionais para limitar as ondulações de corrente. As formas de onda da força contra eletromotriz induzida e das correntes retangulares dificulta o projeto e sintonia de controladores lineares. A complexidade desta tarefa aumenta quando se considera a ampla faixa de velocidade de operação do motor. Controladores digitais preditivos são facilmente implementados em processadores digitais de sinais, tendo sido usados com sucesso para regular correntes de diferentes tipos de conversores eletrônicos de potência. Três estratégias de comutação (bipolar, unipolar síncrona e unipolar) são usadas para obter três controladores PWM preditivos para regular as correntes retangulares do motor BLDC, sem a necessidade de filtros ou conversores adicionais. O fato das correntes fluírem por apenas duas das fases do motor em cada intervalo de π/3 rad permite operar o inversor fonte de tensão trifásico (Voltage Source Inverter) (VSI) como um conversor CC-CC em ponte completa. Esta característica simplifica o algoritmo de controle sendo necessário apenas um controlador para as correntes trifásicas. Parcelas para compensar o erro em regime permanente devido ao tempo morto, queda de tensão nos interruptores e atrasos de amostragem e de disparo dos interruptores são incorporadas à lei de controle modificada. Resultados experimentais e de simulação para um motor BLDC trifásico de 5 kW/48 V são apresentados para demonstrar a viabilidade da proposta. O algoritmo de controle do sistema de acionamento do motor BLDC foi implementado usando o controlador digital de sinais TMS320F28335. / This thesis presents the design and implementation steps of a digital predictive controller to regulate a low–inductance, three–phase, three–wire permanent magnet brushless DC (BLDC) motor currents. These types of motors are usually driven by multi-stage converters, switched at high frequencies, or use additional inductances to limit the current ripple. The motor’s trapezoidal back electromotive force and rectangular currents waveforms make the design and the tuning process of linear controllers difficult. This task complexity increases when a wide speed range is considered. Digital predictive controllers are easily implemented using digital signal processors (DSP), as successfully used for different types of power electronic converters currents regulation. Three switching strategies (bipolar, synchronous unipolar e unipolar) are used to obtain three PWM predictive controllers to regulate the rectangular currents of a brushless DC motor, without the need for any additional filters or converter. Due the fact that the currents flow only between two phases of the motor at every π/3 rad period makes possible to operate the three-phase voltage source inverter as a full-bridge DC–DC converter. This feature simplify the control algorithm which requires only one controller to synthesize the three-phase currents. A methodology to eliminate the steady-state error due to blanking time, switches voltage drop, sampling delay and pulse driver delay were incorporated in the modified predictive control law. Experimental and simulation results using a 5 kW/48 V three–phase BLDC motor are presented to demonstrate the feasibility of this proposal. The control algorithm was implemented in a digital signal controller TMS320F28335.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-24T18:25:05Z No. of bitstreams: 1 rodolfolacerdavalle.pdf: 17326163 bytes, checksum: b5bfc03806c064bdf98c9890ed322936 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-25T12:14:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rodolfolacerdavalle.pdf: 17326163 bytes, checksum: b5bfc03806c064bdf98c9890ed322936 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T12:14:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rodolfolacerdavalle.pdf: 17326163 bytes, checksum: b5bfc03806c064bdf98c9890ed322936 (MD5) Previous issue date: 2013-03-07 / Esta dissertação apresenta as etapas de desenvolvimento de um sistema de acionamento de um motor CC de ímãs permanentes sem escovas para aplicação em veículos elétricos de pequeno porte. O motor é acionado por um inversor fonte de tensão trifásico (VSI, Voltage Source Inverter) baseado em interruptores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Os sinais de comutação dos interruptores são gerados por uma estratégia de modulação vetorial. Sinais gerados por três sensores de efeito Hall são usados para detectar a posição angular do rotor. O motor é controlado a partir de duas malhas. Uma malha externa controla a velocidade enquanto a malha interna controla as correntes de fase do motor. O desempenho de dois tipos de controladores foram investigados para o controle das correntes sintetizadas pelo VSI: (i) controlador proporcional– integral no sistema de coordenadas síncrono e (ii) controlador proporcional–integral com integradores em múltiplos sistemas de coordenadas rotativas. Além das malhas de controle, o sistema de acionamento foi projetado com uma estratégia de desacoplamento das correntes de controle e uma ação preditiva para compensar o efeito das tensões contra–eletromotriz trapezoidais geradas por fase pelo motor. Um protótipo experimental do sistema de 5 kW foi montado em laboratório. Os algoritmos de controle do motor e do VSI, juntamente com o algoritmo de deteção de posição do rotor foi implementado em um controlador digital de sinais TMS320F28335. Resultados experimentais são apresentados, discutidos e utilizados para validar as estratégias de controle. / This dissertation presents the development of a permanent magnet brushless DC motor drive (PMBLDC) for small electric vehicles applications. A three–phase voltage source inverter (VSI) based on IGBT (insulated gate bipolar transistor) is used to drive the electric motor. The semiconductor switches are controlled by space vector modulation (SVM). Signals from three Hall effect sensors are used to detect the rotor angular position. Two closed–loops are used to control the PMBLDC motor. The outer loop controls the rotor velocity while the inner loop controls the motor phase currents. Two types of controllers were investigated to synthesize the currents: (i) proportional– integral controller in synchronous reference frame and (ii) proportional–integral controller with multiple rotating synchronous reference frame integrators. Besides the current control loops, the drive system was designed considering the decoupling of the synthesized phase currents and a feed-forward electromotive force waveform compensation. An experimental prototype of 5 kW was built in laboratory. The motor and VSI control algorithms and the algorithm used to detect the rotor position were implemented in a TMS320F28335, digital signal controller. Experimental results are presented, discussed along with the validation of the control strategy.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This thesis presents the study and characterization of organic light-emitting diodes (OLEDs) with the proposal of obtaining an equivalent model that is useful in the OLED driver design and in lighting systems projects. Initially, a literature review covering the operating principle and the constructive aspects of OLEDs is presented. From this, a model that integrates scale, photometrical, electrical and thermal aspects is proposed. This model is static and dynamic and is called EFET. A procedure for parameter identification of the model is proposed, jointly with an analysis of the intrinsic capacitance effect on the OLED electrical, thermal and photometrical performance. The proposed model is able to predict and simulate the OLED based lighting systems before building, saving time and cost. The model is validated using different OLED samples and conclusions are derived from the experimental validation and simulation results. An approach considering the dimming methods of OLEDs is presented, showing the chromatic impact caused by each method. Finally, an OLED driver based on the concept of switched capacitor converters is proposed. The thesis results are satisfactory and provide an enhancement to the state of the art in modeling and OLED driving. / A presente tese de doutorado apresenta o estudo e a caracterização de diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) com a proposta de um modelo equivalente que é útil no desenvolvimento de circuitos de acionamento e na análise de OLEDs, quando aplicados em sistemas de iluminação. Inicialmente, é apresentada uma revisão bibliográfica contemplando o princípio de funcionamento e os aspectos construtivos dos OLEDs. A partir disto, um modelo que integra os aspectos de escala, fotométricos, elétricos e térmicos é proposto. Esse modelo é denominado EFET e é dividido em estático e dinâmico. Uma proposta de procedimento para identificação dos parâmetros do modelo é apresentada, juntamente com a análise do efeito da capacitância intrínseca dos OLEDs no seu desempenho elétrico, térmico e fotométrico. Com o modelo proposto pode-se predizer e simular o comportamento dos OLEDs antes de construir o sistema de iluminação, reduzindo custos e tempo de desenvolvimento. O modelo é validado empregando diferentes amostras de OLEDs. Conclusões são obtidas a partir da validação experimental e de simulações empregando simuladores elétricos e da fluidodinâmica computacional através do método de elementos finitos. Uma abordagem considerando os métodos de ajuste da intensidade luminosa de OLEDs é apresentada, evidenciando o impacto cromático provocado por cada método. Por fim, um circuito de acionamento para OLEDs baseado no conceito de capacitores chaveados é proposto. Os resultados obtidos são satisfatórios e proporcionam um incremento ao estado da arte da modelagem e acionamento de OLEDs.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-08T12:01:24Z No. of bitstreams: 1 guilhermemárciosoares.pdf: 24810934 bytes, checksum: d538ec8cfbd6bb9363a5aa07343bda48 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-22T18:36:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 guilhermemárciosoares.pdf: 24810934 bytes, checksum: d538ec8cfbd6bb9363a5aa07343bda48 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-22T18:36:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 guilhermemárciosoares.pdf: 24810934 bytes, checksum: d538ec8cfbd6bb9363a5aa07343bda48 (MD5) Previous issue date: 2017-11-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este documento apresenta uma nova técnica para a minimização da ondulação de baixa frequência, típica de conversores para o acionamento de LEDs alimentados a partir da rede elétrica. Esta estratégia baseia-se na modulação em baixa frequência da razão cíclica do conversor de modo que a ondulação de corrente possa ser reduzida e, consequentemente, as capacitâncias de filtragem do conversor possam ser minimizadas. Esta técnica foi desenvolvida para a aplicação em conversores de malha única, como é o caso de conversores de estágio único ou mesmo dois estágios integrados. A modulação da razão cíclica é projetada de maneira que o comportamento de baixa frequência das principais variáveis do conversor seja alterado, permitindo uma redução da ondulação da corrente de saída ao custo de um incremento cotrolado no conteúdo harmônico da corrente de entrada. Duas possíveis metodologias para a implementação da técnica proposta são discutidas ao longo do trabalho. A primeira envolve a injeção de harmônicas específicas no sinal da razão cíclica do conversor através de ramos adicionais na estrutura de controle. Esta abordagem foi aplicada para projetar um controlador de LEDs baseado em um conversor flyback e também em uma topologia integrada baseada na conexão cascata de dois conversores Buck-boost. Este estudo inicial foi expandido para outros conversores e uma análise generalizada acerca da influência da modulação da razão cíclica no comportamento de controladores de LED alimentados a partir da rede elétrica é apresentada. A segunda metodologia para a implementação da compensação ativa da ondulação de baixa frequência do conversor é baseada na otimização de um controlador proporcional-integral a fim de que tal elemento influencie não só no comportamento dinâmico do circuito, mas também na característica de baixa frequência do conversor. Por fim são discutidas as principais contribuições da tese e algumas propostas para trabalhos futuros são apresentadas / This document presents a novel approach for low-frequency output current ripple minimization in off-line light-emitting diode (LED) drivers. This strategy is based on the large-signal modulation of the duty-cycle so that the output ripple can be reduced and, consequently, the required filtering capacitances of the converter can be somehow decreased. This technique is devised to be used on converters in which a single control loop is employed, such as off-line single-stage or integrated converters. The duty-cycle modulation is used to change the shape of the main waveforms of the converter, especially the input and output currents. This allows for a reduction of the output current peak-to-peak ripple while the harmonic content of the input current is increased but kept within the limits imposed by the IEC standard. Two methodologies for implementing the proposed technique are discussed along the text. The first one is related to the injection of harmonic components to the duty cycle signal by means of additional branches inserted in the conventional control structure. This approach was applied to design an off-line flyback-based LED driver and also a circuit based on the Integrated Double Buck-boost converter. This first study was expanded to other topologies and a generalized analysis regarding the impact of the duty cycle modulation on off-line converters is then presented. The second methodology for implementing the ripple compensation is based on the optimization of a proportional-integral controller so that this element is designed to influence not only in the dynamic behavior of the circuit, but also in its low-frequency characteristic. Finally, the main contributions of this work are discussed and the proposals for future works are presented.