Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a detailed analysis about the interleaved buck converter applied
to electronic ballasts to supply high power HID lamps, assuming the input voltage as a
PFC stage output.
As the output capacitor has a maximum value to be applied in parallel with the lamp,
parallel operated converters are a suitable choice because the output current ripple cancellation
characteristic. Besides, the output current ripple cannot be greater than 5% of
the nominal current to avoid acoustic resonance phenomena. Also, interleaved converters
allow magnetic and semiconductors losses reduction.
The applied topology was the interleaved buck converter, because its inherent characteritstic
of the output as a current source. A generalized model for the IBC operating in
CCM was obtained, including inductors and semiconductors losses, besides an analysis to
achieve the optimum point of design in terms of efficiency, size and complexity of implementation.
To apply the IBC in CCM supplying HID lamps, it is necessary inductors current
control, which means to guarantee a current source behavior of the converter. For that,
two current control loop were designed, one for each inductor being measured via a shunt
resistor located at the circuit input. Also, stability was analyzed based on impedance
criterion.
Finally, complete electronic ballast was presented, gathering a two-cell IBC, full-bridge
inverter, measuring circuits for current and voltage and an external circuit for the correct
delay of the IBC MOSFETs gate signals. Obtained experimental results were satisfatory,
showing equal current sharing, once warm-up stage and closed-loop implementation were
via an 8-bits microcontroller. / Este trabalho apresenta uma análise detalhada do conversor buck intercalado como reator eletrônico aplicado à alimentação de lâmpadas de descarga em alta pressão (HID) de alta potência, assumindo a entrada como a saída de uma etapa de correção de fator de potência (PFC). A característica de diminuição da ondulação da corrente de saída de conversores operando
em paralelo é uma grande vantagem, pois o capacitor em paralelo com a lâmpada tem um valor limite a fim de garantir a estabilidade do sistema. Aliada a essa condição, a ondulação de corrente na lâmpada não pode ultrapassar 5% da corrente nominal para
garantir que não ocorra o fenômeno da ressonância acústica de forma destrutiva. Além disso, permitem redução de perdas magnéticas e nos semicondutores, além de apresentar
diminuição na ondulação da corrente de saída através da defasagem dos sinais de comando dos interruptores, diminuindo o capacitor de saída a ser empregado. Em termos de análise do conversor buck intercalado (IBC), foi obtida uma modelagem
generalizada para o conversor operando em modo de condução contínua (CCM) incluindo as perdas nos interruptores, indutores e diodo. Também foi realizada uma análise de ponto
ótimo de projeto contemplando tamanho, eficiência e complexidade de implementação. Para a utilização do IBC em CCM na alimentação de lâmpadas HID é necessário o
controle de corrente dos indutores, ou seja, garantir que o conversor tenha o comportamento semelhante à uma fonte de corrente. Para tal, foram utilizadas duas malhas de
controle de corrente, uma para cada indutor, sendo o sinal de controle medido através de um resistor shunt localizado na entrada do conversor. Ainda, foi apresentada uma análise de estabilidade baseada na relação entre as impedâncias da lâmpada e do conversor, com realimentação em modo corrente.
Finalmente, o reator completo foi apresentado, constituído do IBC com duas células, inversor full-bridge, circuito inibidor para defasagem dos sinais de comando do IBC e o
circuito de medição das correntes e tensão. Os resultados experimentais obtidos foram
satisfatórios, com correntes equilibradas, uma vez que o IBC com malha fechada em ambos os indutores foi implementado com um microcontrolador de 8-bits, com frequência de
barramento de 16 MHz.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/8504 |
| Date | 29 February 2012 |
| Creators | Schittler, Andressa Colvero |
| Contributors | Campos, Alexandre, Costa, Marco Antônio Dalla, Cardoso, Rafael, Bisogno, Fábio Ecke |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFSM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300400000007, 400, 500, 300, 300, 300, 300, 272a7edd-3c46-4479-b573-4cd18bb0b376, ef215029-0485-4326-ac2d-690a1fe87b31, d908249c-0de6-4ed9-a160-dbd341f2a701, fe310a04-936c-4a0f-8402-6222a1c8f5a5, eede035f-3780-484f-805d-f3b21239c39c |
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