Alternatives for high performance LED driving in off-line applications - Ferraz, Ruan Moreira (2023)
Este trabalho visa contribuir na ´area de drivers de LED alimentados a partir da rede el´etrica que apresentam elevado desempenho, ou seja, conversores que possuem elevada eficiˆencia, baixo custo, alta confiabilidade, elevada densidade de potˆencia e alto fator de potˆencia. O trabalho apresenta alternativas para a obten¸c˜ao destas caracter´ısticas desej´aveis. Para a obten¸c˜ao de alternativas topol´ogicas de elevada eficiˆencia, conversores ressonantes s˜ao empregado para a redu¸c˜ao das perdas de comuta¸c˜ao. Neste sentido, uma metodologia de elevada acur´acia para projeto de um conversor LLC ressonante foi proposta, de modo que o ponto de opera¸c˜ao do conversor e a transmiss˜ao de ripple de baixa frequˆencia possam ser definidos com erros significativamente menores do que os obtidos atrav´es de outras estrat´egias, como as que utilizam a FHA (First Harmonic Approximation). O trabalho tamb´em endere¸ca alternativas para o aumento da confiabilidade e da densidade de potˆencia em drivers de LED. Estas duas caracter´ısticas est˜ao fortemente vinculadas ao dimensionamento dos capacitores empregados para a filtragem da ondula¸c˜ao de baixa frequˆencia da corrente de sa´ıda, que costumam ser volumosos e diretamente relacionados `a confiabilidade do circuito. Neste sentido, ´e proposta uma alternativa para a compensa¸c˜ao da ondula¸c˜ao de baixa frequˆencia, chamada de ARC (do inglˆes, Active Ripple Compensation), de modo que seja poss´ıvel minimizar as capacitˆancias de filtragem. A t´ecnica proposta realiza a compensa¸c˜ao atrav´es da modula¸c˜ao deliberada da frequˆencia de opera¸c˜ao do conversor, que permite uma significativa redu¸c˜ao da capacitˆancia de filtragem associada a um aumento insignificante da THD da corrente de entrada. Os resultados experimentais obtidos a partir de um prot´otipo de 96 W comprovaram o desempenho da ARC baseada em frequˆencia, uma vez que foi alcan¸cada uma redu¸c˜ao de 66,6% da capacitˆancia com um aumento de apenas 0,9% na THD. Al´em disso, ´e proposta uma metodologia de projeto sistem´atico baseada em um problema de otimiza¸c˜ao multi-objetivo com restri¸c˜oes para conceber um driver de elevado desempenho. A estrat´egia proposta permite o projeto simultˆaneo dos elementos do circuito de potˆencia e do controlador com a ARC baseada em frequˆencia, al´em de otimizar v´arios parˆametros de desempenho. Os resultados experimentais obtidos a partir do conversor otimizado comprovaram as melhorias significativas nos parˆametros de desempenho, como a redu¸c˜ao de 38% na taxa de falhas e o aumento de 111% na densidade de potˆencia dos elementos passivos. O conversor proposto tamb´em possui uma eficiˆencia de 90,96%, atingindo as caracter´ısticas desej´aveis para um driver de elevado desempenho.