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.

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.