Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This dissertation consists of the design of an electronic ballast to drive high pressure discharge (HID) lamps, focusing on low power applcations. An innovative modified yback conveter is proposed as main part of an electronic ballast able to adequately supply HID lamps with low frequency square waveform current. From a continuos (DC) voltage source (e.g. battery or rail of a power factor correction converter, PFC), a yback arrangement is inserted into a switching structure whose output provides low frequency voltage yet avoiding instability issues. Proposals main advantage is the use of one single choke of simple assembly and only two common reference ground active switches for current control and voltage inversion. In this work, proposed converter principle of operation and its complete design are presented for both continuos (CCM) and disconinuos (DCM) conduction modes. Small-signal AC models for the converter in CCM and DCM, as well as the feedback closed-loop design for lamp power regulation are proposed based upon frequency response stability and performance analysis. For DCM, a small-signal AC model is obtained with the insertion of the HID lamp dynamics, enabling direct lamp current feedback with power regulation. For CCM, however, the AC model is obtained for a resistive load, with output power feedback implemented via an inner (inductor current)and an outer (power) loop is proposed, guaranteeing stability by analyzing the closed loop converter outut impedance. For DCM, a prototype has been developed and implemented to supply a 70W high pressure sodium lamp (HPS) either from a PFC DC rail or from AC mains via the integration of a converter for PFC purposes (buck-boost). Another prototype has been developed for the CCM design to supply a 35W metal-halide lamps from an automotive battery. Experimental results are presented for both prototypes in order to confirm their performances. Besides, simulation results from Matlab and PSIM are also presented, as well as discussions about methods and converters feasibility. / Esta dissertação consiste no desenvolvimento de um reator eletrônico para alimentação de lâmpadas de descarga em alta pressão (HID), focando em aplicações de baixa potência. Um inovador circuito yback modificado é proposto como parte principal de um reator eletrônico para adequada alimentação de lâmpadas HID aplicando uma corrente com forma de onda quadrada de baixa frequência. A partir de uma fonte de tensão contínua (CC) (por exemplo uma bateria ou barramento de saída de um conversor para correção de fator de potência, PFC), um arranjo tipo yback é inserido em uma estrutura de comutação cuja saída garante forma de onda quadrada de tensão ainda evitando problemas de instabilidade. A principal vantagem da proposta é o uso de um único indutor acoplado de simples construção e de apenas dois interruptores ativos, ambos conectados ao mesmo de terra de referência, para executar o controle de corrente e a inversão de tensão. Neste trabalho, o princípio de operação do conversor e seu projeto completo são apresentados para modo continuo (CCM) e descontínuo (DCM) de condução. Para DCM, um modelo CA de pequenos sinais é obtido com a inserção da dinâmica da lâmpada HID, habilitando realimentação direta da corrente na lâmpada com regulação de potência. Para CCM, no entanto, o modelo CA é obtido para carga resistiva, com realimentação da potência de saída implementada a partir de uma malha fechada interna (corrente no indutor) e outra externa (regulação de potência), efetuando-se a análise da estabilidade a partir da impedância de saída do conversor. Um protótipo foi desenvolvido e implementado para operação em DCM, alimentando uma lâmpada de vapor de sódio (HPS) de 70W a partir do barramento de saída de um conversor PFC ou a partir da rede CA através da integração de um conversor PFC na entrada (buck-boost). Para CCM, outro protótipo foi desenvolvido para alimentar uma lâmpada de multi-vapores metálicos de 35W a partir de uma bateria automotiva. Resultados experimentais são apresentados para os protótipos, confirmando o desempenho dos conversores projetados. Além disso, resultados de simulações utilizando Matlab e PSIM são também apresentados, assim como discussões sobre os métodos empregados e a viabilidade dos conversores propostos.

L'objectif de ces travaux de thèse est de réaliser une démarche d'optimisation des convertisseurs statiques la plus gênérale possible en s'appuyant sur des modèles analytiques et un environnement d'optimisation adéquat. Pour ce faire, nous avons choisi une structure flyback en absorption sinusoïdale comme un support significatif d'étude car elle regroupe la plupart des aspects qui intéressent le concepteur des convertisseurs statiques actuels (volume, pertes, compatibilité électromagnétique CEM, thermique ...). Ce processus d'optimisation réclame la mise en point de modèles capables de réaliser le compromis indispensable précision-rapidité de calcul. Ainsi, des modèles analytiques et des outils dédiés à I'optimisation ont été développés et intégrés dans une démarche d'optimisation sous contraintes. Les résultats de I'optimisation ont montré que I'optimum de la fonction objectif dépend à la fois des paramètres du convertisseur et des contraintes imposées. Les résultats de mesure viennent valider cette procédure d'optimisation.