ANÁLISE E PROJETO DE UM CONVERSOR BUCK INTERCALADO PARA ALIMENTAÇÃO DE LÂMPADAS DE MULTIVAPOR METÁLICO DE BAIXA POTÊNCIA

Resumo

O consumo de energia elétrica vem crescendo a cada ano. Para satisfazer o aumento da demanda deste recurso, torna-se necessário, além do desenvolvimento de novas fontes geradoras de energia, aperfeiçoar os sistemas elétricos para que estes tenham um melhor aproveitamento em relação ao consumo. É crescente a busca pelo desenvolvimento de sistemas de iluminação de maior qualidade e eficiência. Neste contexto, as lâmpadas de descarga em alta pressão vêm ganhando destaque e, em especial, as lâmpadas de multivapor metálico, pois são compactas, apresentam elevada eficiência luminosa e bom índice de reprodução de cores, além de uma longa vida útil. Apesar destas qualidades, algumas características dessa lâmpada dificultam o desenvolvimento de sistemas eletrônicos para sua alimentação, o que prejudica sua inserção no mercado. Dessa forma, muitos esforços estão sendo tomados por pesquisadores buscando o desenvolvimento destes sistemas de alimentação, para que a lâmpada possa operar da melhor maneira possível. Sendo assim, este trabalho propõe o projeto de um reator eletrônico baseado em um conversor buck intercalado de 2 células destinado à alimentação de uma lâmpada de multivapor metálico de 35W. Na conversão intercalada, múltiplas células operam paralelamente na mesma frequência, com isso, há uma redução nas ondulações do sinal de saída, no volume dos componentes, bem como nas perdas e esforços sobre estes. Partindo do princípio de funcionamento das lâmpadas de mutivapor metálico bem como dos efeitos da ressonância acústica, fenômeno que ocorre neste tipo de lâmpada e deve ser considerado no projeto do conversor, foi observado que a ondulação da corrente no indutor deve ficar abaixo de 5% para evitar que ocorra ressonância acústica de forma prejudicial à lâmpada. Foram obtidas deduções matemáticas para o projeto e dimensionamento dos componentes do conversor. Primeiramente as equações do conversor para uma célula e estas serviram de base para as obtidas para o conversor de duas células. Comparando as equações obtidas, pôde-se observar que o valor de indutância obtido para uma célula reduziu para a metade quando comparado ao de duas células, proporcionando uma redução no volume do indutor físico. Notou-se ainda que o sinal de saída tem sua frequência dobrada e amplitude reduzida, justificando a escolha da topologia intercalada, pois a oscilação de corrente vai de encontro as limitações impostas pela ressonância acústica. De posse das equações, foi obtido o dimensionamento do conversor e em seguida, modelado o comportamento do conversor em relação as variáveis de saída e a razão cíclica imposta ao conversor. A partir deste, é possível realizar o projeto de um sistema de controle em malha-fechada, que visa melhorar a resposta do sistema quando exposto a perturbações. O conversor projetado foi verificado em simulação, comprovando o seu dimensionamento, satisfazendo todas as definições iniciais do projeto. O modelo matemático obtido foi também validado por meio de comparações com os resultados de simulação do conversor.