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Title in Portuguese: Conversor CA-CC com capacitor comutado com alto fator de potência para o acionamento de LEDs de potência
Title: Switched capacitor LED driver with high power factor
Author: Santos Filho, Esio Eloi dos
Advisor(s): Antunes, Fernando Luiz Marcelo
Co-advisor(s): Sá Júnior, Edilson Mineiro
Keywords: Engenharia elétrica
Eficiência energética
Eletrônica de potência
Issue Date: 28-Sep-2015
Citation: SANTOS FILHO, E. E. Conversor CA-CC com capacitor comutado com alto fator de potência para o acionamento de LEDs de potência. 2015. 174 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
Abstract in Portuguese: Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um conversor com capacitor comutado para o acionamento de diodos emissores de luz (LED) de potência, alimentado a partir da rede elétrica de baixa tensão. Diferente dos conversores tradicionais de corrente contínua, a corrente direcionada aos LEDs é fornecida por meio de capacitores comutados. O conversor proposto ainda difere dos conversores convencionais baseados no capacitor comutado, pois utiliza uma indutância para evitar o carregamento e o descarregamento forçado dos capacitores comutados, reduzindo os picos de corrente e a emissão eletromagnética do circuito. O conversor proposto apresenta correção do fator de potência inerente e pode proporcionar isolação através de capacitores. Também se propõe a utilização de duas topologias de filtro LC sintonizado (filtro LC paralelo e LC série) para reduzir a ondulação da corrente de saída do conversor, evitando a utilização de capacitores eletrolíticos. Um estudo teórico do conversor proposto é realizado através das análises qualitativa e quantitativa, nas quais são determinados os esforços de tensão e corrente nos principais componentes e também as perdas nos componentes do conversor. Um protótipo de laboratório de 51 W com tensão de entrada eficaz de 220 V é projetado e testado experimentalmente. Os resultados de simulação e experimentais são apresentados e discutidos, demostrando a viabilidade técnica do conversor proposto. Para a condição de carga nominal o conversor apresenta rendimento de 75,3% e fator de potência de entrada de 0,996, respeitando os limites de emissão de harmônicos determinados pela norma IEC 61000-3-2. Com a aplicação do filtro LC paralelo, conectado em série com os LEDs, obtém-se ondulação de corrente de saída de aproximadamente 68%, sendo essa topologia a que apresenta melhor desempenho, entre os filtros testados, estando apta a substituir o capacitor eletrolítico de saída.
Abstract: This work presents a study and development of a switched capacitor-based converter to drive high power light emitting diodes (LEDs) fed from the main grid. Unlike to conventional constant current dc drivers, the current through LEDs is provided by a switched capacitor. The proposed converter approach differs from the traditional switched-capacitor-based one, because it uses an inductance to avoid the forced charging and discharging operation, reducing current spikes and EMI in the circuit. The proposed converter provides inherent power factor correction and it can provide isolation by capacitors. It is also proposed the use of two tuned LC filter topologies (parallel LC filter and series LC filter) to reduce the output current ripple, avoiding the use of large electrolytic capacitors. A theoretical analysis of the proposed converter is performed via quantitative and qualitative analysis, which determines the voltage and current efforts in main components and also losses in the converter. A 51 W, 220 V RMS laboratory prototype is designed and tested experimentally. Simulation and experimental results are presented and discussed demonstrating the technical feasibility of the proposed converter. At rated load, the converter features an efficiency of 75.3% and an input power factor of 0.996, while respecting emission limits of harmonics determined by IEC 61000-3-2. For the application of the parallel LC filter, connected in series with LED array, it is obtained output current ripple of approximately 68%. This topology presented better performance, between tested topologies, being able to replace the output electrolytic capacitor.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/14587
Appears in Collections:DEEL - Dissertações defendidas na UFC

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