dc.creator | Menke, Maikel Fernando | |
dc.date.accessioned | 2021-11-05T18:35:00Z | |
dc.date.available | 2021-11-05T18:35:00Z | |
dc.date.issued | 2021-06-11 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/22740 | |
dc.description.abstract | This 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.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Driver de LED | por |
dc.subject | Conversor ressonante LLC | por |
dc.subject | Análise e projeto do LLC | por |
dc.subject | Modelagem e controle do LLC | por |
dc.subject | LED driver | eng |
dc.subject | LLC resonant converter | eng |
dc.subject | LLC analysis and design | eng |
dc.subject | LLC modeling and control | eng |
dc.title | Contribuições para a modelagem, analise, projeto e controle do conversor ressonante LLC driver de LED | por |
dc.title.alternative | contribution to the modeling, analysis, design, and control of the LLC resonant LED driver | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | 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. | por |
dc.contributor.advisor1 | Seidel, Álysson Raniere | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5764635299335289 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Tambara, Rodrigo Varella | |
dc.contributor.referee1 | Álvarez, José Marcos Alonso | |
dc.contributor.referee2 | Lopes, Juliano de Pelegrini | |
dc.contributor.referee3 | Grundling, Hilton Abilio | |
dc.contributor.referee4 | Dalla Costa, Marco Antonio | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/7741461754349903 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Elétrica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |