Estudo de estruturas de reatores eletrônicos para LEDs de iluminação

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010.Este trabalho tem como objetivo específico estudar estruturas de reatores eletrônicos para LEDs de iluminação. Primeiramente são avaliadas as propriedades elétricas, ópticas e térmicas dos LEDs de potência. É apresentado um modelo elétrico simplificado para simulação e considerada a influência da temperatura da junção nos LEDs, nas suas características ópticas e elétricas. Também é proposto um método de estimação da temperatura da junção para os LEDs de potência. A seguir, são analisadas as características necessárias para as fontes de alimentação dos LEDs de potência, e a influência do tipo de modulação utilizada para modificar a sua intensidade luminosa. São propostos conversores CC-CC auto-oscilantes para os LEDs de potência e uma técnica para equalização de corrente em vetores de LEDs. A aplicabilidade dos conversores CC-CC básicos também é analisada. Além disso, é avaliada a aplicação dos conversores série ressonantes nos LEDs de potência. O modelo elétrico simplificado foi utilizado para a análise e para o dimensionamento do conversor série ressonante. Também é ponderada a inserção de um capacitor de filtro em paralelo com os LEDs, bem como a operação do conversor sem o capacitor eletrolítico do barramento de corrente contínua. Os conversores série ressonantes auto-oscilantes e a integração de estágios para correção do fator de potência são avaliados. Resultados experimentais dos protótipos são obtidos, analisados e discutidos para validação das metodologias aplicadas.This work aims to study specific topologies of electronic drives for lighting LEDs. Firstly it is considered the electrical, optical and thermal properties, of power LEDs. Following, it is presented a simplified LED electrical model for simulation, and it is analyzed the influence of the LED junction temperature in its optical and electrical characteristics. It is also proposed a method for estimating junction temperature for power LEDs. In the sequence, the characteristics required to power supplies for LED, and the influence of the modulation strategy used to change the light intensity of power LEDs are analyzed. DC-DC self-oscillating converters for power LEDs are proposed. The applicability of basic DC-DC converters is analyzed. Moreover, the application of series resonant converters in power LEDs is presented. The simplified LED electric model was used for the analysis and for the design of series resonant converters. It is also analyzed the insertion of a filter capacitor in parallel with the LEDs, as well as the converter operation without the DC bus electrolytic capacitor. The self-oscillating series resonant converters and integration stages for power factor correction are analyzed. Experimental results of the prototypes are obtained, analyzed and discussed to validate the proposed methodologies