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Type: Tese
Title: Controle robusto aplicado a driver de leds: otimização do filtro capacitivo e aumento da vida útil
Author: Silva, Bruno Heleno da
First Advisor: Almeida, Pedro Machado de
Co-Advisor: Soares, Guilherme Márcio
Referee Member: Braga, Henrique Antônio Carvalho
Referee Member: Almeida, Pedro Santos
Referee Member: Antunes, Fernando Luiz Marcelo
Referee Member: Maccari Junior, Luiz Antonio
Resumo: Este trabalho propõe duas aplicações de controle robusto em drivers de diodos emissores de luz (LEDs), visando melhorias na eficiência e na vida útil desses sistemas. A primeira proposta foca na redução do filtro capacitivo por meio da técnica de otimização H∞. Em dispositivos de drivers de LEDs, o uso de capacitores de alta capacitância é comum, porém isso pode resultar em taxas elevadas de falhas, prejudicando a confiabilidade do sistema. A segunda proposta visa prolongar a vida útil do driver através do controle robusto diante do processo de degradação do capacitor eletrolítico ao longo do tempo. O driver escolhido para estas propostas é um conversor buck-boost flyback, projetado para alto fator de potência e conformidade com normas, operando em uma faixa de tensão universal de 90 a 264 V e potência máxima de 75W. O controle é implementado com realimentação de estados robusta, utilizando ganhos determinados por desigualdades matriciais lineares (LMIs), garantindo estabilidade em diferentes pontos de operação dinâmicos. Ambas as propostas se baseiam no controle ativo, que minimiza a transferência de ondulações do barramento para a saída, mantendo requisitos mínimos de qualidade de energia para uma eficiente operação do driver. A otimização H∞ é empregada para minimizar distúrbios, sendo implementada por LMIs. No entanto, a estratégia de controle ativo enfrenta limitações devido à distorção da corrente de entrada. Essas limitações são superadas com restrições no cálculo dos ganhos do controlador, assegurando a ondulação desejada na corrente de saída e o conteúdo harmônico da corrente de entrada conforme normas. Além disso, uma limitação no parâmetro proporcional do controlador é implementada para evitar a amplificação de ruídos indesejáveis. Como resultado da aplicação dessas metodologias, observou-se uma redução expressiva de aproximadamente 70% no filtro capacitivo do driver na primeira proposta. Já na segunda proposta, houve um aumento significativo de 4100 h na vida útil do sistema. Em ambas as abordagens, os requisitos mínimos de qualidade de energia e ondulação na corrente de saída foram mantidos.
Abstract: This work proposes two applications of robust control in LED drivers, aiming to improve efficiency and lifespan of these systems. The first proposal focuses on reducing the capacitive filter through the H∞ optimization technique. In LED driver devices, the use of high-capacitance capacitors is common, but this can result in high failure rates, compromising system reliability. The second proposal aims to extend the lifespan of the driver through robust control in the face of electrolytic capacitor degradation over time. The chosen driver for these proposals is a buck-boost flyback converter, designed for high power factor and compliance with standards, operating in a universal voltage range of 90 to 264 V and 75W maximum power. Control is implemented with robust state feedback, using gains determined by LMIs, ensuring stability at different dynamic operating points. Both proposals are based on active control, which minimizes the transfer of bus ripples to the output, while maintaining minimum energy quality requirements for efficient driver operation. The H∞ optimization is employed to minimize disturbances, implemented by LMIs. However, the active control strategy faces limitations due to input current distortion. These limitations are overcome with restrictions on controller gain calculation, ensuring desired output ripple and harmonic content of the input current according to standards. Additionally, a limitation on the proportional parameter of the controller is implemented to avoid amplification of unwanted noise. As a result of the application of these methodologies, a significant reduction of approximately 70% in the driver’s capacitive filter was observed in the first proposal. In the second proposal, there was a significant increase of 4100 h in the system’s lifespan. In both approaches, minimum energy quality requirements and output current ripple were maintained.
Keywords: Controle robusto
Drivers de LED
Otimização H∞
Robust control
LED drivers
H∞ optimization
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20017
Issue Date: 17-Oct-2025
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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