Sistema de Iluminação Autônomo de Estágio Único Baseado em Transistores GaN
DOI:
https://doi.org/10.18618/REP.2019.4.0029Keywords:
Conversores CC-CC, Diodos Emissores de Luz, Nitreto de Gálio, Sistemas AutônomosAbstract
Eficiência é um fator chave para o desenvolvimento de sistemas de iluminação autônomos. Devido à separação temporal entre geração e consumo de energia em sistemas autônomos de iluminação pública, um conversor estático se faz necessário para a gestão energética das diferentes funções do sistema. Este artigo propõe uma solução de estágio único com transistores GaN. Obedecendo certos requisitos com relação aos níveis de tensão, esta topologia permite a conexão paralela entre painel fotovoltaico e carga LED, eliminando a necessidade de relés tipicamente utilizados em outras soluções e reduzindo custos e a complexidade do sistema. Um protótipo de 100 W foi desenvolvido e avaliado. No modo carregador de bateria, o circuito opera em 250 kHz e apresenta eficiências maiores que 92% em toda a faixa de potência com um valor máximo de 97,3%. No modo driver de LED, a frequência de operação escolhida foi de 345 kHz e uma eficiência máxima de 95,8% foi obtida.
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References
P. O. Wanvik,Road Lighting and Traffic Safety, Tese de doutorado, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, 2009.
D. M. Chagas, Estudo sobre fatores contribuintes de acidentes de trânsito urbano, Dissertação de mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2011.
R. Gallen, A. Cord, N. Hautière, É. Dumont,D. Aubert, "Nighttime visibility analysis and estimation method in the presence of dense fog", IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 16, no. 1, pp. 310-320, fevereiro 2015. https://doi.org/10.1109/TITS.2014.2331177 DOI: https://doi.org/10.1109/TITS.2014.2331177
World Health Organization, "Global status report on road safety 2018", Online, 2018, URL:www.who.int.
L. Schuch, M. A. Dalla Costa, C. Rech, L. Michels, G. H. Costa, A. S. Dos Santos, "Sistema Autônomo de Iluminação Pública de Alta Eficiência Baseado em Energia Solar e LEDs", Eletrônica de Potência, vol. 16, no. 1, pp. 17-27, dezembro, fevereiro 2010.https://doi.org/10.18618/REP.2011.1.017027 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2011.1.017027
J. A. B. Vieira, A. M. Mota, "Implementation of a stand-alone photovoltaic lighting system with MPPT battery charging and LED current control”, in IEEE International Conference on Control Applications(CCA), pp. 185-190, IEEE, Yokohama, 2010.https://doi.org/10.1109/CCA.2010.5611257 DOI: https://doi.org/10.1109/CCA.2010.5611257
Y. Hu, W. Xiao, W. Cao, B. Ji, D. J. Morrow, "Three-Port DC-DC Converter for Stand-Alone Photovoltaic Systems", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 30, no. 6, pp. 3068-3076, junho 2015.https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2331343 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2331343
M. Becherif, M. Y. Ayad, A. Henni, M. Wack,A. Aboubou, "Hybridization of fuel cell, solar panel and batteries on the DC link for street lighting application”, in Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society (IECON), pp. 2795-2802, IEEE, Glendale, novembro 2010.https://doi.org/10.1109/IECON.2010.5675093 DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2010.5675093
Y. Zhang, D. Ma, "A single-stage solar-powered LED display driver using power channel time multiplexing technique", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 7, pp. 3772-3780, julho 2015.https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2350484 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2350484
N. Saxena, B. Singh, A. L. Vyas, "Integration of solar photovoltaic with battery to single-phase grid",IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 11,no. 8, pp. 2003-2012, junho 2017.https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2016.1455 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2016.1455
N. Femia, M. Fortunato, M. Vitelli, "Light-to-light:PV-fed LED lighting systems",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 8, pp. 4063-4073,agosto 2013.https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2229297 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2229297
P. S. Almeida, D. Camponogara, M. A. Dalla Costa,H. A. C. Braga, J. M. Alonso, "Matching LED and Driver Life Spans: A Review of Different Techniques", IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 9, no. 2,pp. 36-47, junho 2015.https://doi.org/10.1109/MIE.2014.2352861 DOI: https://doi.org/10.1109/MIE.2014.2352861
J. M. Alonso, D. Gacio, A. J. Calleja, F. Sichirollo, M. F. Da Silva, M. A. Dalla Costa, R. N. Do Prado, “Reducing storage capacitance in off-line LED power supplies by using integrated converters", in IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, pp. 1-8, IEEE, Las Vegas, 2012.https://doi.org/10.1109/IAS.2012.6374066 DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.2012.6374066
M. Cole, H. Clayton, K. Martin, "Solid-State Lighting: The New Normal in Lighting", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 51, no. 1, pp. 109-119,janeiro 2015.https://doi.org/10.1109/TIA.2014.2328790 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2014.2328790
P. Shaw, P. Kumar, "Small Signal Stability Analysis o fa Battery Connected Standalone Photovoltaic System", in 7th India International Conference on Power Electronics (IICPE), pp. 1-6, IEEE, Patiala, 2016.https://doi.org/10.1109/IICPE.2016.8079368 DOI: https://doi.org/10.1109/IICPE.2016.8079368
A. Lidow, J. Strydom, R. Strittmatter, C. Zhou,"GaN: A reliable future in power conversion dramatic performance improvements at a lower cost", IEEE Power Electronics Magazine, vol. 2, no. 1, pp. 20-26,março 2015.https://doi.org/10.1109/MPEL.2014.2381457 DOI: https://doi.org/10.1109/MPEL.2014.2381457
R. Duarte, G. Ferreira, M. Costa, C. Barriquello,J. Alonso, "Study On The Application Of Gallium Nitride Transistors In Power Electronics", Eletrônica de Potência, vol. 23, no. 1, pp. 89-97, janeiro,março2018.https://doi.org/10.18618/REP.2018.1.2734 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2018.1.2734
J. Millan, P. Godignon, X. Perpina, A. Perez-Tomas,J. Rebollo, "A Survey of Wide Bandgap Power Semiconductor Devices", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 5, pp. 2155-2163, maio 2014. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2268900 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2268900
M. K. Lohn, A. S. Carvalho, J. A. Arbugeri, T. K.Jappe, S. A. Mussa, "Retificador PFC Monofásico Bridge less Baseado em Interruptores GaN HEE empregando Estratégia de Modulação PWM de Alta Resolução Implementada em FPGA", Eletrônica de Potência, vol. 24, no. 2, pp. 235-245, abril, junho 2019.https://doi.org/10.18618/REP.2019.2.00271 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2019.2.00271
R. R. Duarte, G. G. Pereira, M. A. Dalla Costa, C. H.Barriquello, J. Marcos Alonso, "Off-grid commercial LED driver optimization using GaN transistors",in IEEE Industry Applications Society Annual Meeting(IAS), pp. 1-7, IEEE, Portland, 2018.https://doi.org/10.1109/IAS.2018.8544686 DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.2018.8544686
M. C. Mira, A. Knott, M. A. E. Andersen, "Loss distribution analysis of a three-port converter for low-power stand-alone light-to-light systems", in European Conference on Power Electronics and Applications(EPE'16 ECCE Europe), pp. 1-10, IEEE, Karlsruhe,2016.https://doi.org/10.1109/EPE.2016.7695630 DOI: https://doi.org/10.1109/EPE.2016.7695630
H. Liao, J.-f. Chen, T.-H. Wu, Y.-C. Huang, "LEDDriving Circuit with Stand-Alone Photovoltaic Power",in 3rd International Future Energy Electronics Conference and ECCE Asia (IFEEC2017 - ECCE Asia), pp. 923-927, IEEE, Kaohsiung,2017.
Y. Ai, T. Liu, S. Wang, "Design and Implementation ofa Novel High-performance Stand-alone Photovoltaic LED Lighting System", in Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), pp. 1-4,IEEE, Chengdu, 2010.https://doi.org/10.1109/APPEEC.2010.5449457 DOI: https://doi.org/10.1109/APPEEC.2010.5449457
K. C. Divya, J. Østergaard, "Battery energy storage technology for power systems-An overview", electric Power Systems Research, vol. 79, no. 4, pp. 511-520,abril 2009.https://doi.org/10.1016/j.epsr.2008.09.017 DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2008.09.017
T. K. Jappe, R. R. Polla, A. L. Fuerback, M. L.Heldwein, T. B. Soeiro, R. Andrich, "An FPGA-Based Single-Phase Interleaved Boost-Type PFC Rectifier Employing GaN HEMT Devices", Eletrônica de Potência, vol. 19, no. 4, pp. 414-422,setembro,novembro 2014.https://doi.org/10.18618/REP.2014.4.414422 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2014.4.414422
R. L. Kini, A. J. Sellers, M. R. Hontz, R. Kabir,R. Khanna, "Comparison of GaN and Si-Based Photovoltaic Power Conversion Circuits Using VariousMaximum Power Point Tracking Algorithms", in IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition(APEC), pp. 2977-2982, IEEE, Tampa, 2017.https://doi.org/10.1109/APEC.2017.7931120 DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2017.7931120
R. H. Rosemback, Conversor CC-CC Bidirecional Buck-Boost atuando como Controlador de Carga de Baterias em um Sistema Fotovoltaico, Dissertação de mestrado, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, 2004.
A. Lidow, J. Strydom, M. de Rooij, D. Reusch, GaN Transistors for Efficient Power Conversion, 2 ed., John Wiley & Sons Ltd, Chichester, julho 2014.https://doi.org/10.1002/9781118844779 DOI: https://doi.org/10.1002/9781118844779
J. Celani, "Solar Battery Charger Maintains High Efficiency in Low Light", LT Journal of Analog Innovation, vol. 23, no. 3, pp. 24-27, outubro 2013.
I. Villar, U. Viscarret, I. Etxeberria-Otadui, A. Rufer,"Global loss evaluation methods for nonsensically fed medium-frequency power transformers",IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 10,pp. 4132-4140, outubro 2009.https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2021174 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2021174
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