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dc.creatorMenke, Maikel Fernando
dc.date.accessioned2021-11-05T18:35:00Z
dc.date.available2021-11-05T18:35:00Z
dc.date.issued2021-06-11
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/22740
dc.description.abstractThis work presents several contributions to the modeling, analysis, design, and control of the LLC resonant LED driver. Initially, the LLC resonant LED driver dynamic model accuracy is improved by taking into account under the modeling the LED non-linear electrical behavior instead of its equivalent load resistance. The extended describing function approach is employed. Simulation results show the feasibility of the proposed model, which predicts the real dynamic behavior of the LLC resonant LED driver when it operates around the main resonance. For the operation beyond the main resonance, the predicted behavior deviates from the real response. Afterward, the contribution to the LLC analysis is given by the proposed time-domain (TD) analysis, where the direct TD solution from the state-space representation is employed. The TD solution overcomes the classical first harmonic approximation (FHA) problem, which presents errors when the switching frequency ( fsw) is beyond the LLC series resonance. Compared to the TD procedure reported in the literature, the developed methodology presents a reduced number of assumptions, ensuring leading accuracy. Experimental results show an outstanding accuracy of the proposed method regardless of the operating condition (filter, load, input, etc.). Following, employing the proposed TD solution, a new design procedure for the LLC resonant LED driver is derived. This design procedure relies on the weighted-average-efficiency concept. Besides, different constraints are assessed to ensure zero voltage switching (ZVS), zero current switching (ZCS), enough power gain, and a practical fsw range over a wide operating window. Experimental results show the feasibility of the proposed design procedure, achieving high efficiency, ZVS, ZCS, and feasible fsw range over the whole operating range. The peak efficiency of 96.44% is achieved. In comparison to the classical design, the efficiency is improved up to 4.3%. Regarding the control system, the contribution is given by the proposal of a new hybrid dual-loop controller for the LLC resonant converter implementing the downstream DC/DC stage in an offline two-stage electrolytic-capacitor-free and flicker-free LED driver. The proposed controller is given by a PI subsystem and an adaptive periodic disturbance rejection subsystem, comprehending the proposed PI&APDR controller. Experimental results and simulation analysis show the outstanding performance of the proposed controller in comparison to conventional counterpart resonant-based controllers. Employing the PI&APDR controller the LED current DC reference is tracked over a wide operating range, even under parametric variations such as average bus voltage, resonant tank elements, and LED module. Besides, enhanced performance is achieved in reducing the output current ripple raised from the bus voltage ripple, where different bus voltage ripple frequencies are also considered. Furthermore, even employing non-linear adaptive controllers, the PI&APDR preserves the feature of having a simple design and implementation.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpor
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectDriver de LEDpor
dc.subjectConversor ressonante LLCpor
dc.subjectAnálise e projeto do LLCpor
dc.subjectModelagem e controle do LLCpor
dc.subjectLED drivereng
dc.subjectLLC resonant convertereng
dc.subjectLLC analysis and designeng
dc.subjectLLC modeling and controleng
dc.titleContribuições para a modelagem, analise, projeto e controle do conversor ressonante LLC driver de LEDpor
dc.title.alternativecontribution to the modeling, analysis, design, and control of the LLC resonant LED drivereng
dc.typeTesepor
dc.description.resumoEste 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.por
dc.contributor.advisor1Seidel, Álysson Raniere
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5764635299335289por
dc.contributor.advisor-co1Tambara, Rodrigo Varella
dc.contributor.referee1Álvarez, José Marcos Alonso
dc.contributor.referee2Lopes, Juliano de Pelegrini
dc.contributor.referee3Grundling, Hilton Abilio
dc.contributor.referee4Dalla Costa, Marco Antonio
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7741461754349903por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEngenharia Elétricapor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapor
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApor
dc.publisher.unidadeCentro de Tecnologiapor


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