This thesis mainly studies the active power factor correction circuit using a new AC/DC Single Ended Primary Inductance Converter (SEPIC). For power factor correction, inductor current is operated in the continuous conduction mode. First of all, the converter is analyzed by state space averaging method. Furthermore, the operational principle of PFC circuit with PI control law is analyzed. A good power factor system is then developed by time-domain and frequency-domain analysis. A classical PFC circuit with PI control law has low power factor when light load. In order to overcome problem, the thesis proposes a SEPIC circuit with robust performance. Compared with circuits using classical PI controller and PFC IC, the proposed system obtains higher power factor under the condition of the same light load.

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 2018-08-02T00:01:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_3848_Tese_TiaraRSFreitas.pdf: 3688998 bytes, checksum: e95e71bd31d909af188216252316081e (MD5) Previous issue date: 2015-12-11 / Apresentam-se duas topologias retificadoras controladas, aplicadas em aerogeradores síncronos a ímã permanente, de baixa potência. Para sistemas de baixa potência, ou sistemas de operação isolada (stand-alone), onde a energia proveniente da geração eólioelétrica é parte significante da energia total do sistema, os geradores e os conversores têm o papel de manter a tensão e a frequência da rede constantes, apesar das oscilações de potência na turbina eólica. Em geradores síncronos a ímã permanente (GSIP) com velocidade variável, a solução preferencial tem sido a conversão em duas etapas: CA-CC-CA. Diversas topologias de conversores têm sido exploradas, porém, o que se tem observado, é que essa conversão dispõe de muitos elementos controlados na conversão CA-CC, a maioria a seis chaves, dificultando e encarecendo o seu controle. Cada nova topologia apresenta novos aspectos, sempre buscando um conversor que melhor se adapte ao sistema e influenciando minimamente possível a qualidade da potência de geração. As topologias apresentadas pela literatura são eficientes para as potências maiores, mas quando se trata de sistemas com potências menores, conversores mais simples (com uma ou três chaves controladas) podem atender ao objetivo de retificação com um custo menor, e sem que a qualidade da conversão seja reduzida. A contribuição desta tese de doutorado é o desenvolvimento de uma nova topologia retificadora SEPIC, a três chaves controladas, e a análise e a aplicação de uma topologia Buck-ressonante, a uma chave controlada, para aerogeradores. São soluções retificadoras mais simples, aplicadas à geração eólioelétrica de baixa potência com gerador síncrono de ímãs permanentes, oferecendo simplicidade e facilidade de controle. Apresentam-se o projeto dos conversores, as equações que os definem, os resultados de simulação e os resultados experimentais. Verificou-se que ambas as soluções conseguem operar com alto fator de potência e conteúdo harmônico reduzido empregando um único sinal de comando, em ampla faixa de velocidade do vento e sem laço de controle da corrente do gerador.

Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Resumo: A utilização de conversores com baixa distorção harmônica na corrente de entrada melhora significativamente o fator de potência de equipamentos e instalações elétricas. Este trabalho apresenta a proposta de desenvolvimento de um conversor multipulso com estágio CC-CC SEPIC, que apresenta baixa distorção na corrente de entrada, regulação da tensão na saída, podendo ainda apresentar isolamento em alta frequência. Propõe-se a utilização do conversor proposto em aplicações industriais em inversores para acionamento de máquinas elétricas de corrente alternada, em substituição aos retificadores convencionais, técnica conhecida como retrofit, em barramentos CC regulados, fontes de tensão CC, entre outras aplicações. O conversor é baseado em um autotransformador não isolado de 18 pulsos, que disponibiliza três saídas trifásicas independentes e apresenta reduzido peso e volume quando comparados com os tradicionais transformadores isolados. Este conversor já apresenta significativa melhoria no fator de potência, porém não possibilita a regulação da tensão na saída, que dependerá unicamente da tensão de entrada, estando sujeita às variações que nela ocorram. As saídas independentes, após retificação, devem ser conectadas para poder alimentar a carga. A forma mais comum de possibilitar essa conexão é utilizando elementos magnéticos adicionais, chamados de transformadores interfase (IPTs). A utilização de conversores CC-CC é outra forma de realizar a conexão, resultando em um estágio CC-C... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Converters with low harmonic distortion of input current can improve significantly the power factor at electrical equipment and plants. This work proposes the development of a multipulse converter with DC-DC SEPIC stage, with low distortion in the input current, and may also provide high frequency isolation. It could be used in industrial applications to replace conventional rectifiers in Adjustable Speed Drives (ASDs), a technique known as retrofit. It can be used also in regulated DC bus, DC voltage power supply, among other applications. The converter is based on a non-isolated 18-pulse autotransformer that provides three independent three-phase outputs and has reduced weight and size. The autotransformer improves the power factor, but does not allow the regulation of the load voltage output. The independent outputs must be connected to the load. The most common way of providing this connection is by using additional magnetic elements, called interphase transformer (IPTs). The use of DC-DC converters is another way to perform the outputs connections, resulting in a DC-DC stage that control the voltage and current, thus enabling parallel connect loads. In this work, the SEPIC converter was selected, because it can be used with few modifications to the original structure. SEPIC converter can easily be isolated, allowing the use of multipulse converters in applications that require isolation between power supply and load. Prototypes with isolated and non-isolated SEPIC conver... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by ANGELO CESAR DE LOURENÇO null (angelo.lourenco@ifms.edu.br) on 2016-09-26T13:09:26Z No. of bitstreams: 1 Tese-Angelo César de Lourenço_Final.pdf: 7849728 bytes, checksum: 5e7ebce190155dba447176e825a55a34 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-09-27T17:21:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lourenco_ac_dr_ilha.pdf: 7849728 bytes, checksum: 5e7ebce190155dba447176e825a55a34 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T17:21:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lourenco_ac_dr_ilha.pdf: 7849728 bytes, checksum: 5e7ebce190155dba447176e825a55a34 (MD5) Previous issue date: 2016-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A utilização de conversores com baixa distorção harmônica na corrente de entrada melhora significativamente o fator de potência de equipamentos e instalações elétricas. Este trabalho apresenta a proposta de desenvolvimento de um conversor multipulso com estágio CC-CC SEPIC, que apresenta baixa distorção na corrente de entrada, regulação da tensão na saída, podendo ainda apresentar isolamento em alta frequência. Propõe-se a utilização do conversor proposto em aplicações industriais em inversores para acionamento de máquinas elétricas de corrente alternada, em substituição aos retificadores convencionais, técnica conhecida como retrofit, em barramentos CC regulados, fontes de tensão CC, entre outras aplicações. O conversor é baseado em um autotransformador não isolado de 18 pulsos, que disponibiliza três saídas trifásicas independentes e apresenta reduzido peso e volume quando comparados com os tradicionais transformadores isolados. Este conversor já apresenta significativa melhoria no fator de potência, porém não possibilita a regulação da tensão na saída, que dependerá unicamente da tensão de entrada, estando sujeita às variações que nela ocorram. As saídas independentes, após retificação, devem ser conectadas para poder alimentar a carga. A forma mais comum de possibilitar essa conexão é utilizando elementos magnéticos adicionais, chamados de transformadores interfase (IPTs). A utilização de conversores CC-CC é outra forma de realizar a conexão, resultando em um estágio CC-CC que condiciona a tensão e a corrente e assim possibilita o paralelismo das cargas. Neste trabalho, o conversor CC-CC selecionado é o SEPIC, que por suas características de entrada e saída não requer grandes modificações em relação à estrutura original. Além da regulação da tensão de saída, o conversor SEPIC é uma estrutura de potência que pode ser facilmente isolada, possibilitando a utilização dos conversores multipulsos em aplicações que requerem isolamento entre a fonte e a carga. Foram construídos protótipos de conversores SEPIC isolados e não isolados com os quais foram realizados ensaios experimentais e os resultados são apresentados e discutidos. / Converters with low harmonic distortion of input current can improve significantly the power factor at electrical equipment and plants. This work proposes the development of a multipulse converter with DC-DC SEPIC stage, with low distortion in the input current, and may also provide high frequency isolation. It could be used in industrial applications to replace conventional rectifiers in Adjustable Speed Drives (ASDs), a technique known as retrofit. It can be used also in regulated DC bus, DC voltage power supply, among other applications. The converter is based on a non-isolated 18-pulse autotransformer that provides three independent three-phase outputs and has reduced weight and size. The autotransformer improves the power factor, but does not allow the regulation of the load voltage output. The independent outputs must be connected to the load. The most common way of providing this connection is by using additional magnetic elements, called interphase transformer (IPTs). The use of DC-DC converters is another way to perform the outputs connections, resulting in a DC-DC stage that control the voltage and current, thus enabling parallel connect loads. In this work, the SEPIC converter was selected, because it can be used with few modifications to the original structure. SEPIC converter can easily be isolated, allowing the use of multipulse converters in applications that require isolation between power supply and load. Prototypes with isolated and non-isolated SEPIC converters were built, experimental tests were performed and the results are presented and discussed. / Novo Prodoutoral: 1459525

This thesis examines the use of ripple correlation control as a maximum power point tracking algorithm with an interleaved SEPIC converter for use with a solar array. The suitability of existing topologies for use with photovoltaic applications and the tradeoffs involved are discussed. The advantages of interleaving in converters are examined and the benefits it provides to photovoltaic applications are discussed. An interleaved SEPIC converter operated in interleaved mode with a photovoltaic array is studied. The operation of ripple correlation control as a maximum power point tracking technique applied to the interleaved SEPIC converter is examined and simulations with results are presented. / text

This document explores the isolated multiple-input single ended primary inductor converter (IMISEPIC) and discusses its application. This thesis proposes the following control methods such as current feed-forward control, voltage feedback control and maximum power point control to analyze the IMISEPIC. Zero-ripple technique is also applied to IMISEPIC in order to increase the converter’s life-time. Design strategy and concerns about the IMISEPIC are also presented, and simulations and circuit experiments are conducted to verify the analysis. Finally, the discussion about control limitation is used for future design consideration. / text

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Power Factor Correction rectifiers are widely adopted as the first stage in most grid-tied power conversion systems. Among all PFC converts for single phase system, Boost PFC is the most popular one due to simplicity of structure and high performance. Although the efficiency of Boost PFC keeps increasing with the evolution of semiconductor technology, the intrinsic feature of high output voltage may result cumbersome system structure with multiple power conversion stages and even diminished system efficiency. This disadvantage is aggravated especially in systems where resonant converters are selected as second stage. Especially for domestic induction cooker application, step-down PFC with wide range output regulation capability would be a reasonable solution, Conventional induction cooker is composed by input filter, diode-bridge rectifier, and full bridge or half bridge series resonant circuit (SRC). High frequency magnetic field is induced through the switching action to heat the pan. The power level is usually controlled through pulse frequency modulation (PFM). In such configuration, first, a bulky input differential filter is required to filter out the high frequency operating current in SRC. Second, as the output power decreases, the operating point of SRC is moved away from the optimum point, which would result large amount circulating energy. Third, when the pan is made of well conducting and non-ferromagnetic material such as aluminum, due to the heating resistance become much smaller and peak output voltage of the switching bridge equals to the peak voltage of the grid, operating the SRC at the series resonant frequency can result excessive current flowing through the switch and the heating coil. Thus for pan with smaller heating resistance, even at maximum power, the operating frequency is pushed further away from the series resonant point, which also results efficiency loss. To address these potential issues, a PFC circuit features continuous conducting input current, high power factor, step-down capability and wide range output regulation would be preferred. The Analysis and design work is present in this article for a non-isolated hard switching DCM SEPIC PFC. Due to DCM operation of SPEIC converter, wide adjustable step-down output voltage, continuous conduction of input current and elimination of reverse recovery loss can be achieved at same time. The thesis begins with circuit operation analysis for both DC-DC and PFC operation. Based on averaged switching model, small signal model and corresponding transfer functions are derived. Especially, the impact from small intermediate capacitor on steady state value are discussed. With the concept of ripple steering, theoretic analysis is applied to SEPIC converter with two coupled inductors. The results indicate if the coupling coefficient is well designed, the equivalent input inductance can be multiple times larger than the self-inductance. Because of this, while maintaining input current ripple same, the two inductors of SEPIC can be implemented with two smaller coupled inductors. Thus both the total volume of inductors and the total number of windings can be reduced, and the power density and efficiency can be improved. Based on magnetic reluctance model, a corresponding winding scheme to control the coupling coefficient between two coupled inductors is analyzed. Also the impact of coupled inductors on the small signal transfer function is discussed. For the voltage follower control scheme of DCM PFC, single loop controller and notch filter design are discussed. With properly designed notch filter or the PR controller in another word, the closed loop bandwidth can be increased; simple PI controller is sufficient to achieve high power factor; THD of the input current can be greatly reduced. Finally, to validate the analysis and design procedure, a 1 kW prototype is built. With 120 Vrms AC input, 60V to 100V output, experimental results demonstrate unity power factor, wide output voltage regulation can be achieved within a single stage, and the 1 kW efficiency is around 93%. / Master of Science