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dc.contributor.advisor1Soares, Guilherme Márcio-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1048384863451733pt_BR
dc.contributor.referee1Seide, Álysson Raniere-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/pt_BR
dc.contributor.referee2Sá Junior, Edilson Mineiro-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4828845714096699pt_BR
dc.contributor.referee3Oliveira, Janaína Gonçalves de-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/pt_BR
dc.contributor.referee4Almeida, Pedro Santos-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/pt_BR
dc.creatorFerraz, Ruan Moreira-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7561907169714128pt_BR
dc.date.accessioned2024-02-06T15:26:07Z-
dc.date.available2024-02-06-
dc.date.available2024-02-06T15:26:07Z-
dc.date.issued2023-12-18-
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/16602-
dc.description.abstractThis doctoral thesis proposal is focused on the area of high-performance off-line LED drivers, in other words, converters that feature high efficiency, low cost, high reliability, high power density, and high power factor. The work presents alternatives for achieving these desirable characteristics. In order to obtain topological alternatives with high efficiency, this research uses resonant conversion in the second stage to reduce switching losses. In this sense, a high-accuracy methodology for designing a dc-dc LLC resonant converter has been proposed, so that the operation point of the converter and the low-frequency (LF) current ripple transmission can be defined with errors significantly lower than the ones obtained by other strategies, such as based on First Harmonic Approximation (FHA). In order to reduce the total cost of the topology, the work studies converters that integrate the power factor correction (PFC) stage with the power control (PC) stage, thus reducing the number of components that yields simplicity and low cost. The work also addresses alternatives for increasing the reliability and power density of LED drivers. These two characteristics are strongly linked to the sizing of the capacitors used to filter the low-frequency ripple of the output current, which are often large and directly related to the circuit reliability. In this regard, an alternative for Active Ripple Compensation (ARC) techniques is proposed to reduce the converter bulk capacitance. The proposed technique performs the compensation by deliberate modulation of the converter’s switching frequency, which allows for a huge capacitance reduction with a negligible increase in the THD of the input current. Experimental results gathered from a 96-W laboratory prototype supplied from a 127-V 60-Hz grid attested to the superior performance of the frequency-based active ripple compensation since a capacitance reduction of 66.6% has been obtained with an increase of only 0.9% in the THD. In addition, a systematic design methodology based on a constrained multi-objective optimization problem is proposed for designing high-performance drivers. The proposed strategy enables the simultaneous design of the power circuit elements and the controller with frequency-based ARC, while optimizing various performance parameters. Experimental results from the optimized converter demonstrated the significant improvements in performance parameters, such as a 38.25% reduction in failure rate and a 111.69% increase in power density of passives elements. The proposed converter also achieved an efficiency of 90.96%, meeting the desirable characteristics for a high-performance driver.pt_BR
dc.description.resumoEste trabalho visa contribuir na ´area de drivers de LED alimentados a partir da rede el´etrica que apresentam elevado desempenho, ou seja, conversores que possuem elevada eficiˆencia, baixo custo, alta confiabilidade, elevada densidade de potˆencia e alto fator de potˆencia. O trabalho apresenta alternativas para a obten¸c˜ao destas caracter´ısticas desej´aveis. Para a obten¸c˜ao de alternativas topol´ogicas de elevada eficiˆencia, conversores ressonantes s˜ao empregado para a redu¸c˜ao das perdas de comuta¸c˜ao. Neste sentido, uma metodologia de elevada acur´acia para projeto de um conversor LLC ressonante foi proposta, de modo que o ponto de opera¸c˜ao do conversor e a transmiss˜ao de ripple de baixa frequˆencia possam ser definidos com erros significativamente menores do que os obtidos atrav´es de outras estrat´egias, como as que utilizam a FHA (First Harmonic Approximation). O trabalho tamb´em endere¸ca alternativas para o aumento da confiabilidade e da densidade de potˆencia em drivers de LED. Estas duas caracter´ısticas est˜ao fortemente vinculadas ao dimensionamento dos capacitores empregados para a filtragem da ondula¸c˜ao de baixa frequˆencia da corrente de sa´ıda, que costumam ser volumosos e diretamente relacionados `a confiabilidade do circuito. Neste sentido, ´e proposta uma alternativa para a compensa¸c˜ao da ondula¸c˜ao de baixa frequˆencia, chamada de ARC (do inglˆes, Active Ripple Compensation), de modo que seja poss´ıvel minimizar as capacitˆancias de filtragem. A t´ecnica proposta realiza a compensa¸c˜ao atrav´es da modula¸c˜ao deliberada da frequˆencia de opera¸c˜ao do conversor, que permite uma significativa redu¸c˜ao da capacitˆancia de filtragem associada a um aumento insignificante da THD da corrente de entrada. Os resultados experimentais obtidos a partir de um prot´otipo de 96 W comprovaram o desempenho da ARC baseada em frequˆencia, uma vez que foi alcan¸cada uma redu¸c˜ao de 66,6% da capacitˆancia com um aumento de apenas 0,9% na THD. Al´em disso, ´e proposta uma metodologia de projeto sistem´atico baseada em um problema de otimiza¸c˜ao multi-objetivo com restri¸c˜oes para conceber um driver de elevado desempenho. A estrat´egia proposta permite o projeto simultˆaneo dos elementos do circuito de potˆencia e do controlador com a ARC baseada em frequˆencia, al´em de otimizar v´arios parˆametros de desempenho. Os resultados experimentais obtidos a partir do conversor otimizado comprovaram as melhorias significativas nos parˆametros de desempenho, como a redu¸c˜ao de 38% na taxa de falhas e o aumento de 111% na densidade de potˆencia dos elementos passivos. O conversor proposto tamb´em possui uma eficiˆencia de 90,96%, atingindo as caracter´ısticas desej´aveis para um driver de elevado desempenho.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentFaculdade de Engenhariapt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.publisher.initialsUFJFpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/*
dc.subjectConversor ressonante LLCpt_BR
dc.subjectDriver de LED alimentado a partir da rede elétricapt_BR
dc.subjectModelagem matemática acuradapt_BR
dc.subjectCompensação ativa da ondulação de baixa frequência.pt_BR
dc.subjectLLC resonant converterpt_BR
dc.subjectOff-line light-emitting diode (LED) driverspt_BR
dc.subjectAccurate mathematical modelingpt_BR
dc.subjectActive ripple compensationpt_BR
dc.subjectCapacitance reductionpt_BR
dc.subjectMulti-objective optimizationpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIASpt_BR
dc.titleAlternatives for high performance LED driving in off-line applicationspt_BR
dc.typeTesept_BR
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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