Financiadora de Estudos e Projetos / FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um conversor CA-CC flyback trifÃsico, sem capacitor eletrolÃtico, com correÃÃo do fator de potÃncia, aplicado à iluminaÃÃo pÃblica utilizando LEDs de potÃncia. à realizada uma revisÃo sobre algumas das principais topologias presentes na literatura aplicadas em iluminaÃÃo com LEDs. TambÃm, à proposta a utilizaÃÃo de um conversor CA-CC com alimentaÃÃo trifÃsica, visando a retirada dos capacitores eletrolÃticos do conversor. A confiabilidade dos reatores eletrÃnicos pode ser aumentada com a retirada dos capacitores eletrolÃticos, tendo em vista que a vida Ãtil destes sofre forte influÃncia da temperatura de operaÃÃo. Um estudo acerca de conversores CA-CC trifÃsicos derivados da topologia buck-boost tambÃm à realizado, e uma topologia trifÃsica com um interruptor serà analisada. Um protÃtipo desta topologia à desenvolvido, e os resultados de simulaÃÃo e experimentais comprovam a viabilidade da utilizaÃÃo da mesma em reatores eletrÃnicos para LEDs. O protÃtipo apresenta potÃncia de saÃda de 54 W, com fator de potÃncia de atà 0,99 e rendimento de atà 77%, utilizando nÃcleos de ferrite comerciais de baixo custo e dependendo das condiÃÃes de operaÃÃo. Este protÃtipo pode operar em ampla faixa de tensÃes de entrada, alÃm de possuir uma estratÃgia de controle por modo corrente de pico, o que reduz os custos do projeto graÃas à utilizaÃÃo de um controlador de custo reduzido. / This paper presents the development of a three-phase AC-DC flyback converter with power factor correction without electrolytic capacitor, applied in street lighting using power LEDs. A review of some of the main topologies in the literature applied on LED lighting is performed. Furthermore, the using of an AC-DC converter with three-phase power supply, in order to withdrawal the electrolytic capacitors of the converter, is also proposed. The lifetime and reliability of AC-DC converters may be increased removing the electrolytic capacitors, considering that its lifetime has strong influence of the operating temperature. A study about three-phase AC-DC converters derived from the buck-boost topology is also performed, and a three-phase topology with one switch is analyzed. A prototype of this topology is developed, and the simulation and experimental results evidence the feasibility of using this technology in AC-DC converter LEDs. The prototype has an output power of 54 W, with power factor up to 0.99 and efficiency up to 77%, using low cost commercial ferrite core, and depending on the operating conditions. This prototype can operate in full-range of input voltages and also has a peak current control strategy, which reduces design costs due the using of a low cost controller.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-03T12:39:45Z No. of bitstreams: 1 claudiorobertobarbosasimoesrodrigues.pdf: 5762936 bytes, checksum: 8a7ae73391a9d56af3c18605a924763d (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-02T13:21:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 claudiorobertobarbosasimoesrodrigues.pdf: 5762936 bytes, checksum: 8a7ae73391a9d56af3c18605a924763d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-02T13:21:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 claudiorobertobarbosasimoesrodrigues.pdf: 5762936 bytes, checksum: 8a7ae73391a9d56af3c18605a924763d (MD5) Previous issue date: 2012-12-17 / No intuito de aportar contribuições ao uso de diodos emissores de luz (ou LEDs, do inglês Light Emmiting Diodes) em sistemas de iluminação pública, cobrindo lacunas existentes no cenário nacional, este trabalho traz uma ampla análise sobre este tema. São apresentados conceitos básicos da fotometria clássica e um estudo sobre adaptações da fotometria para baixos níveis de luminância, que é a condição observada nas vias públicas durante o período noturno. Propõe-se a utilização de métricas escotópicas em sistemas de iluminação pública, uma vez que estas melhor representam a real sensação visual (se comparadas às métricas clássicas – fotópicas) nas condições de iluminamento típicas observadas nestes sistemas. Aspectos gerais da iluminação pública e um histórico da evolução do sistema nacional são brevemente apresentados bem como uma discussão sobre a situação atual deste sistema e das tecnologias utilizadas. O trabalho traz também um estudo sobre características ópticas, elétricas e mecânicas dos LEDs e uma análise dos diferentes tipos de LEDs brancos mais utilizados (HB – High Brightness – e HP – High Power – LEDs). Algumas normas e recomendações aplicáveis à utilização de LEDs em iluminação pública são analisadas e discutidas, com o intuito de se investigar lacunas ainda não cobertas pela normatização existente. Análises de resultados de ensaios de laboratório e de campo, inéditos no país, realizados com alguns modelos de luminárias LED para iluminação pública disponíveis no mercado, são também apresentadas. Um estudo sobre acionamento de LEDs é realizado, abordando técnicas de equalização de corrente entre arranjos série de LEDs associados em paralelo e diferentes tipos de circuitos de acionamento para LEDs. São propostas, analisadas e implementadas uma estrutura inédita de baixo custo para a equalização de corrente e um circuito para o acionamento de LEDs baseado na integração de dois conversores cc cc não isolados. A topologia de dois estágios proposta é composta por um conversor boost no primeiro estágio, utilizado para a correção do fator de potência e por um conversor buck no segundo estágio, utilizado para o controle da corrente nos LEDs. Por fim, o acompanhamento da implantação e do desempenho, ao longo de dez meses, do projeto piloto de iluminação pública empregando LEDs instalado no anel viário da Faculdade de Engenharia da UFJF é apresentado. / In order to present contributions to the use of light emitting diodes (LEDs) in public lighting systems, covering gaps on the national scenario, this work encompasses abroad analysis related to this issue. Basic concepts of classical photometry are presented and so a study of photometry’s adaptations for low luminance levels. It is proposed the use of scotopic metrics for street lighting systems, since they can better represent the actual visual sensation (when compared to the classical one – photopic metrics) on its typical nighty conditions. General aspects of street lighting and the history of the national’s public lighting system are briefly presented as well as a discussion about the current situation of the Brazilian system and technologies adopted. The work also brings a study of mechanical, electrical and optical characteristics of LEDs and an analysis of the two different types of commonly used white LEDs (HB – High Brightness – and HP – High Power - LEDs). Some standards and recommendations related to the use of LEDs in street lighting are analyzed and criticized, with the aim of show some gaps not yet covered by the existent standards. An unprecedented analysis regarding laboratory and field test benchmarking, taken for some luminaires available in commerce, is also presented. A study of LED driving is presented, covering equalization techniques for parallel LEDs strings and different types of LED driving circuits. It was proposed, analyzed and implemented a novel and low cost structure for current equalization and an LED driver, based on the integration of two non-isolated dc dc converters. This proposed two stages topology is composed by a boost converter, on the first stage, employed to the power factor correction and a buck converter, on the second stage, to control the LED’s current. Finally, the process of monitoring the installation and the performance, during ten months, of the LEDs public lighting pilot project, on the roadway belt of Engineering Faculty of UFJF is presented.

This thesis deals with an electronic circuit and a PCB of a modular RGB LED display with the Ehernet interface. Firstly, author describes a RGB colour model, features of RGB LED displays, ways of control them. The next chapter contains a short description of the Ethernet interface, UDP and TCP protocols and a lwIP TCP/IP stack. The last theoretical chapter is an introduction to ARM Cortex-M3 and Cortex-M4 based microcontrollers. The next chaper is deals with a hardware design of the modular RGB LED display. The device is designed to be modular. Individual devices can be combosed together and create a larger display. Data from the Ethernet interface will be displayed on the RGB LED matrix, resolution of the matrix is 32 × 32 (1024 diodes). A refresh frequency is 100 Hz, a color depth is High color (16 bits) and a scanning 1/16 (two rows is driven at the same time). The next chapter describes the firmware for the RGB LED display, all its logical parts including a web page. Author also created the PC application, which sends pictures using UDP protocol to individual modules.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-05T17:06:52Z No. of bitstreams: 1 guilhermemarciosoares.pdf: 5349685 bytes, checksum: 1085aed638a3213e03844d5e5e68f7d1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-02-26T11:52:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 guilhermemarciosoares.pdf: 5349685 bytes, checksum: 1085aed638a3213e03844d5e5e68f7d1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T11:52:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 guilhermemarciosoares.pdf: 5349685 bytes, checksum: 1085aed638a3213e03844d5e5e68f7d1 (MD5) Previous issue date: 2014-06-25 / Este trabalho propõe um sistema inteligente de iluminação pública utilizando diodos emissores de luz (LEDs). Neste âmbito, é proposta uma topologia para o acionamento dos LEDs com controle de intensidade luminosa. Além disso, funções adicionais são propostas de modo a expandir o conjunto de funcionalidades da luminária. Para o acionamento dos LEDs foi desenvolvido um conversor baseado na topologia Ćuk operando em modo de condução descontínuo (DCM) com um interruptor estático em série com a carga, sendo uma solução para o acionamento de LEDs de estágio único. Deste modo, este conversor foi projetado para desempenhar simultaneamente as funções de correção do fator de potência e controle da potência na carga. Através da análise da resposta fotométrica dos diodos emissores de luz perante ondulações de baixa frequência em sua corrente, foi possível criar uma metodologia de projeto que evita o uso de capacitores eletrolíticos no circuito de acionamento dos LEDs, aumentando assim a confiabilidade do sistema. A modelagem e o controle do conversor também foram feitas e estão mostradas no trabalho. De modo a controlar e gerenciar o sistema eletrônico da luminária, foi proposta uma arquitetura baseada no microcontrolador TM4C123GE6PM. Este sistema digital é responsável ainda por promover outras funcionalidades como controle automático de intensidade luminosa, proteção do circuito e ainda monitoramento de parâmetros de qualidade de energia da tensão de entrada do conversor, tais como afundamentos e elevações. A fim de avaliar experimentalmente o sistema proposto, foram desenvolvidos um programa de computador capaz de gerenciar as funcionalidades da luminária e um protótipo de 70W deste equipamento. Os resultados experimentais obtidos mostraram um bom desempenho tanto do circuito de acionamento dos LEDs, como das funcionalidades da luminária. / This paper proposes a smart lighting system based on light-emitting diodes (LEDs) for street lighting applications. In this context, a power converter with dimming capability was designed. Furthermore, additional functions are proposed in order to expand the feature set of the luminaire. To drive the LEDs, a topology based on Ćuk converter operating in discontinuous conduction mode (DCM) with an electronic switch in series with the load was proposed. This converter was designed to perform simultaneously the functions of power factor correction and power control, being a single-stage LED driver solution. By analyzing the LEDs photometric response due to low-frequency current ripple, a design methodology that avoids the use of electrolytic capacitors in the proposed converter was developed. The modeling and control of the converter were also done in order to ensure that the system is always operating within the desired specifications. To control and manage the electronic system of the luminaire, it was developed an architecture based on the microcontroller TM4C123GE6PM. Beside the aforementioned functions, this digital system was designed aiming the promotion of other features, such as automatic dimming, protection of the driver and even monitoring some power quality parameters related to the input voltage, such as sags and swells. In order to experimentally evaluate the proposed system, a software, able to manage the luminaire functionalities, and a 70W prototype were built. The experimental results demonstrated a good performance of the LED driver as well as the functionalities of the proposed luminaire.

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.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-12T12:29:15Z No. of bitstreams: 1 pedrosantosalmeida.pdf: 11306492 bytes, checksum: 80bd2f9ab4af41e3889b7bc91e4391b9 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T16:48:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedrosantosalmeida.pdf: 11306492 bytes, checksum: 80bd2f9ab4af41e3889b7bc91e4391b9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T16:48:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedrosantosalmeida.pdf: 11306492 bytes, checksum: 80bd2f9ab4af41e3889b7bc91e4391b9 (MD5) Previous issue date: 2012-03-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo acerca da alimentação de diodos emissores de luz (LEDs) a partir da rede elétrica empregando conversores eletrônicos com correção do fator de potência. O estudo visa o desenvolvimento de um conversor que pode ser aplicado em iluminação pública, que atenda às demandas típicas de alto fator de potência, alta eficiência, reduzido número de componentes, baixa distorção harmônica da corrente de entrada e possa atingir uma elevada vida útil, através da substituição de capacitores eletrolíticos no circuito de potência por capacitores de filme. É proposta uma nova topologia de conversor para implementar tal acionamento, baseado em uma integração entre dois estágios, que passam a compartilhar um único interruptor estático. Os conversores SEPIC e buck-boost operando em modo de condução descontínua (DCM) são escolhidos para compor cada um destes estágios, atuando o primeiro na correção do fator de potência e o segundo na regulação de corrente na carga. Uma metodologia de projeto que visa excluir os capacitores eletrolíticos é desenvolvida, partindo de dados fotométricos que permitem aplicar nos LEDs uma ondulação limite de 50% em amplitude, sem causar prejuízos ao seu desempenho fotométrico. Um protótipo de 70 W é apresentado, cujos resultados experimentais demonstram alto fator de potência (0,998), baixa distorção harmônica de corrente (3,2%) e alta eficiência (90,2%), enquanto empregando somente capacitores de filme metalizado, de longa vida útil, no circuito de potência. Uma abordagem das possibilidades de se implementar um controlador digital para o novo conversor proposto é feita, partindo de um modelo de pequenos sinais para o conversor operando em DCM. / This work presents a study regarding the feeding of light-emitting diodes (LEDs) from mains (grid power) employing electronic drivers with power factor correction. The study aims the development of an LED driver which can be applied to public and street lighting, complying with the typical demands of high power factor, high efficiency, reduced component count, low total harmonic distortion (THD) of input current and which can attain long lifespan, through the substitution of electrolytic capacitors within the power circuit by film capacitors. It is proposed a new converter topology to implement such driver, based on an integration between two stages which share a common static power switch. The SEPIC and buck-boost converters operating in discontinuous conduction mode (DCM) are chosen to make up each of these two stages, the first acting as a power factor corrector and the second as a load currentcontrolling stage. A design methodology which aims the exclusion of electrolytic capacitors is developed, stemming from photometric data which allow the LEDs to be operated with current ripples up to 50% in amplitude, without causing any harm to their photometric performance. A 70 W prototype is presented, whose experimental results demonstrate high power factor (0.998), low current harmonic distortion (3.2%) and high efficiency (90.2%), while employing only long-life metallised-film capacitors on the power circuit. An approach to the possibilities of implementing a digital controller for the proposed novel converter is done, starting from a small-signal model for the converter operating in DCM.