Contribuições para a modelagem, analise, projeto e controle do conversor ressonante LLC driver de LED
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Data
2021-06-11Autor
Menke, Maikel Fernando 
Primeiro orientador
Seidel, Álysson Raniere
Metadata
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Este trabalho apresenta várias contribuições para a modelagem, análise, projeto e controle do
conversor ressonante LLC driver de LED. Inicialmente, a exatidão do modelo dinâmico do conversor é
melhorada levando-se em consideração na modelagem o comportamento elétrico não linear do LED ao
invés da sua resistência equivalente. Na modelagem emprega-se a função descritiva estendida.
Resultados de simulação mostram que o modelo proposto prevê o real comportamento dinâmico do
conversor ressonante LLC driver de LED quando a operação se dá em torno da frequência de
ressonância. Quando a frequência de comutação ( fsw) é diferente da ressonância, o comportamento
previsto apresenta erros. Posteriormente, a contribuição para a análise do LLC é dada pela solução no
domínio do tempo (DT), onde a solução direta da representação do sistema no espaço de estado é
empregada. A análise do LLC no DT supera o problema da abordagem clássica de análise baseada na
aproximação pela harmônica fundamental, a qual apresenta erros quando a fsw é diferente da
frequência de ressonância do LLC. Em comparação com os procedimentos de análise no DT
apresentados na literatura, a metodologia proposta apresenta um número reduzido de aproximações,
garantindo assim melhor exatidão. Resultados experimentais mostram uma excelente exatidão do
método proposto, independentemente da condição de operação (filtro, carga, entrada, etc.).
Empregando a solução no DT proposta, um novo procedimento de projeto para o conversor ressonante
LLC driver de LED é proposto. Este projeto baseia-se no conceito da eficiência média ponderada.
Além disso, diferentes restrições são avaliadas para garantir comutação em zero de tensão (ZVS),
comutação em zero de corrente (ZCS), ganho de potência suficiente e uma faixa de fsw adequada para
toda a faixa de operação do conversor. Resultados experimentais mostram que o conversor projetado
apresenta alta eficiência, ZVS, ZCS e a uma variação de fsw adequada. A eficiência máxima de 96,44%
foi obtida. Em comparação com o projeto clássico, observa-se ganhos de eficiência de até 4,3%. Em
relação ao sistema de controle, a contribuição é dada pela proposta de um novo controlador híbrido
para o conversor ressonante LLC implementando o estágio DC/DC de um driver de LED conectado à
rede elétrica. O controlador proposto é dado por um subsistema PI e um subsistema com rejeição
adaptativa de perturbações periódicas, dando origem ao controlador PI&APDR. Resultados
experimentais e análises de simulação mostram o excelente desempenho do controlador proposto em
comparação com os controladores proporcionais-ressonantes. Empregando o controlador PI&APDR, a
referência CC da corrente no LED é rastreada em uma ampla faixa de operação, mesmo sob variações
paramétricas, como tensão média de barramento, elementos do filtro ressonante e módulo de LED.
Além disso, um desempenho aprimorado é obtido na redução da ondulação da corrente de saída,
mesmo quando diferentes frequências e amplitudes na ondulação da tensão do barramento são
consideradas. Além disso, embora seja empregado um controlador adaptativo, o PI&APDR preserva a
característica de ter um projeto e uma implementação simples.
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