Análise, modelagem e controle de drivers de LED comutados em baixa frequência e conectados à rede elétrica CA

• Autor(a) principal: Resende, Lucas Henrique Gomes
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFJF
• Texto Completo: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/10116
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; Driver de LEDs em baixa frequência; LEDs; Pré-regulador boost; Modelagem de pequenos sinais; Compensador; Low frequency LED driver; LEDs; Boost pre-regulator; Small-signal modeling; Compensator

Este trabalho tem como principal objetivo o estudo, quanto à modelagem e controle, teórico e experimental, do uso de circuitos de acionamento (drivers) comutados em baixa frequência (dobro da frequência da rede elétrica), aplicados às luminárias de iluminação pública (IP) empregando diodos emissores de luz, ou LEDs, do inglês Light Emitting Diodes. Primeiramente, são feitas algumas considerações sobre o sistema de iluminação pública empregando LEDs e apresentadas as características gerais de tais dispositivos. Na sequência, apresentam-se os tipos de drivers mais comuns empregados no acionamento de luminárias LED, com um foco especial nos drivers de baixa frequência. Em seguida, e feita a modelagem matemática de um driver de LEDs baseado no pré-regulador boost comutado em baixa frequência (120 Hz) com filtro de saída CL, que possui naturalmente elevado fator de potência. Uma metodologia de projeto e apresentada com o objetivo de acionar uma luminária LED de 200 W. É feito o projeto de dois drivers de baixa frequência, sendo um com o filtro CL na saída e outro somente com a parcela capacitiva do filtro, ambos para uma corrente de saída com valor médio de 700 mA e ondulação máxima de 15%. Posteriormente, faz-se a modelagem de um driver de estágio único operando em alta frequência baseado no PFC (do inglês, Power Factor Correction) SEPIC. Sendo assim, é feito um estudo comparativo entre os protótipos dos drivers de baixa e de alta frequências, com relação ao volume, à distribuição de perdas e à eficiência. Os resultados experimentais em malha aberta mostram que eó possível alcançar elevado fator de potência (0,98), elevado rendimento (em torno de 94%) e reduzida distorção harmônica da corrente de entrada (8,45%) com os drivers de baixa frequência. A utilização do filtro CL na saída permite que sejam utilizados capacitores de filme ao invés dos capacitores eletrolíticos, o que contribui para o aumento da vida útil do conversor. Por fim, foi realizada a modelagem de pequenos sinais e o projeto do controle em malha fechada do driver de LEDs baseado no pré-regulador boost com filtro CL de saída. Resultados experimentais em malha fechada mostram que o compensador proposto e ó capaz de rejeitar distúrbios na tensão de entrada e na carga, mantendo a corrente nos LEDs no valor de referência. Além disso, o compensador é capaz de seguir a referência, o que possibilita o controle da intensidade luminosa (dimming).