İzoleli DC-DC CUK konverter ile sürülen güç LED’inin üstel ve sabit gerilime dayalı modellerinin karşılaştırılması

Bu çalışma, özellikle otomotiv uygulamaları için, 10 W’a kadar izoleli CUK dönüştürücü kullanan LED sürücünün tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. İzoleli CUK dönüştürücünün geleneksel CUK dönüştürücüye göre avantajı yük ve kaynak arasındaki izolasyon ve aynı polaritedeki çıkış gerilimidir. Ek olarak, karşılaştırma için, güç LED’inin sabit gerilim ve eksponansiyel modelleri çıkarılmıştır ve benzetimde kullanılmıştır. İlaveten, maksimum güç LED’i akım sınırlaması dsPIC30f4011 denetleyicisi ile sağlanmıştır. Bununla birlikte, güç anahtarı 100 kHz anahtarlama frekansında çalıştırılmıştır ve dönüştürücünün kaynağa bağlantısı, paralel bastırmalı LC filtre ile gerçekleştirilmiştir ve filtrenin gürültü azaltımı uygulama sonuçları ile gösterilmiştir. Deneysel uygulama ve benzetimler ile dönüştürücün istenilen sonuçları sağladığı, ölçülen LED akım-gerilimi, giriş-akım gerilimi ile gösterilmiştir. Uygulama sonuçları da benzetim üzerinden doğrulanmıştır. Ayrıca, eksponansiyel güç LED’i modelinin, sabit gerilim modeline göre daha doğru sonuçlar verdiği gösterilmiştir

Comparison of exponential and constant voltage based models of power LED driven by isolated CUK DC-DC converter

Design and application of LED driver with isolated CUK converter for 10W is realized in this paper especially for automotive purposes. The advantage of isolated CUK topology from conventional CUK topology is to have electrical isolation with supply and load and providing same polarity output. Besides, power LED models including constant voltage and exponential model are obtained and employed in simulation study. Furthermore, maximum current limitation of power LED is provided via dsPIC30f4011 microcontroller. Also, power switch is operated by 100 kHz switching frequency, and connection of the power LED driver to the source provided by LC with parallel damping filter, whose noise reduction shown by application as well. Thanks to the experimental set up and simulations, proving the desired results provided by the converter is shown by the measurement of LED current-voltage, input voltage-current. Simulation results also verifies application. Moreover, it is shown that exponential power LED model provides more accurate results than constant voltage model.

___

  • J. J. Santaella, S. Rodriguez-Bolivar, L. Puga-Pedregosa, A. Gonzalez and F. M. Gomez-Campos, High-Luminance QD-LED device with digital and dynamic lighting functions for efficient automotive systems. IEEE Photonics Journal, 14 (2), 1917610, 2022. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2022.3155650.
  • Y. Qu, W. Shu, J. S. Chang, A. Gonzalez-Rico, M. MarinGonzalez and F. M. Gomez-Campos, A Low-EMI, high-reliability PWM-based dual-phase LED driver for automotive lighting. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 6 (3), 1179-1189, 2018. https://doi.org/10.1109/ JESTP E.2018.2812902.
  • V. K. S. Veeramallu, S. Porpandiselvi and B. L. Narasimharaju, A nonisolated wide input series resonant converter for automotive LED lighting system, IEEE Transactions on Power Electronics, 36 (5), 5686–5699, 2021. https://doi.org/10.1109/ TPEL .2020.3032159.
  • J. Yao, S. Wang, and Z. Luo, Modeling and reduction of radiated EMI in non-isolated power converters in automotive applications. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), page 385-392, New Orleans, US, 15-19 March 2020.
  • Y. Qin, S. Li and S. Y. Hiu, Topology-transition control for wide-input-voltage-range efficiency improvement and fast current regulation in automotive LED applications, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64 (7), 5883–5893, 2017. https://doi.org/ 10.1109/TIE.2017.2686304.
  • A. Sureshkumar, and R. Gunebalan, Design and implementation of single switch control DC-DC converter with wide input variation in automotive LED lighting, International Transactions Electrical Energy Systems, 31 (4), 1–22, 2020. https://doi.org/10.1002/2 050-7038.12776.
  • A. Sepahvand, M. Doshi, V. Yousefzadeh, J. Patterson, K. K. Afridi, and D. Maksimovich, Automotive LED driver based on high frequency zero voltage switching integrated magnetics CUK converter. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), page 1-8, Milwaukee, US, 18-22 September 2016.
  • M. A. Juaraez, J. M. Sosa, G. Vazquez, R. Santillan, and I. Villanueva, Reliability analysis of a flyback converter for automotive applications. 14th International Conference on Power Electronics (CIEP), page 83-88, Cholula, Mexico, 24-26 October 2018.
  • Q. Cheng and H. Lee, A high-frequency non-isolated ZVS synchronous buck-boost LED driver with fully-integrated dynamic dead-time controlled gate drive. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), pp. 419-422, San Antonio, US, 04-08 March 2018.
  • J. W. Kim, J. P. Moon and G. W. Moon, Analysis and design of a single-switch forward-flyback two-channel led driver with resonant-blocking capacitor, IEEE Transactions on Power Electronics, 31 (3), 2314–2323, 2016. https://doi.org/10.1109/ TPEL.2015.2432458.
  • P. Giannelli, L. Capineri, G. Calabrese, G. Frattinni and M. Granato, A reduced output ripple step-up DC-DC converter for automotive LED lighting. 13th Conference on Ph.D. Research Microelectronics and Electronics (PRIME), pp 329-332, Giardini Naxos, Italy, 12-15 June 2017.
  • R. D. Middlebrook and S. CUK, Isolated and multiple output extensions of a new optimum topology switching dc to dc converter. IEEE Power Electronics Specialist Conference, pp 256-264, New York, US, 13-15 June 1978.
  • J. R. Nolasco, G. M. Soarez and H. A. C. Braga, High power factor converter for led drivers based on isolated CUK topology. Simposio Brasileiro de Sistemas Eletricos, pp. 1-6, Niteroi, Brazil, 12-16 May 2018.
  • S. Pal, B. Singh, A. Shrivastava, A. Chandra and K. Al-Haddad, Improved power quality opto-couplerless CUK converter for flickerless led lighting. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), pp. 3239-3246, Montreal, Canada, 20-24 Sept 2015.
  • E. Şehirli and Ö. Üstün, Design and implementation of high-power factor isolated ĆUK converter-based LED driver with SiC MOSFET. Electrical Engineering, 105, 465-476, 2023. https://doi.org/10.1007/s00202-022-01679-1.
  • J. Moon, J. Lee, K. Javed, J. Hong, and J. Roh, Concurrent current and voltage regulated buck–boost converter for automotive LED matrix headlights. IEEE Transactions on Power Electronics, 38 (5), 6015-6023, 2023. https://doi.org/ 10.1109/TPEL.2023.3243303.
  • N. Molavi, and H. Farzanehfard, Load-independent hybrid resonant converter for automotive LED driver Applications. IEEE Transactions on Power Electronics, 37 (7), 8199-8206, 2022. https://doi.org/ 10.1109/TPE L.2022.3144640.
  • J. Lee, S. S. Kwak, and Y. S. Kim, Temperature-aware adaptive control for automotive front-lighting system. IEEE Access, 10, 73269-73277, 2022. https://doi.org/ 10.1109/ACCESS.2022.3189176.
  • A. Sureshkumar, and R. Gunabalan, Design of robust guaranteed margin stability region PI controller for automotive LED lighting with parameter uncertainty. IEEE Access, 10, 15657-15670, 2022. https://doi.org/ 10.1109/ACCESS.2022.3146392.
  • M. Schmid, A. Zippelius, A. Hanß, S. Böckhorst, and G. Elger, Investigations on High-Power LEDs and Solder Interconnects in Automotive Application: Part I—Initial Characterization. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 22 (2), 175-186, 2022. https://doi.org/ 10.1109/TDMR.2022.3152590.
  • I. L. Ngo, S. Bang, and B. J. Lee, Experimental study on thermal management of surface mount device–LED chips towards applicability in a headlamp of modern cars. Applied Thermal Engineering, 221, 119946, 2023. https://doi.org/ 10.1016/j.applthermaleng.2022.1 19846
  • Y. H. Choi, H. J. Choi, and J. J. Yun, Study on 2 MHz GaN-based light-emitting diode driver for automotive headlamps. Journal of Electrical Engineering & Technology, 18, 249-260, 2023. https://doi.org/10.100 7/s42835-022-01206-z.
  • E. Şehirli, Comparison of DC-DC Sepic, CUK and flyback converters based led drivers. Light&Engi neering, 28 (1), 99-107, 2020. https://doi.org/10.33383 /2018-70.
  • R. Boylestad, and L. Nastalsky, Electronic devices and circuit theory. Pearson, New Jersey, 2013.
  • M. Sclocchi, Input filter design for switching power supplies. Texas Instruments, Texas, US, SNVA538, 2011.
  • Y. Wang, S. Gao, and D. Xu, A 1-MHz-modified SEPIC with ZVS characteristic and low-voltage stress. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 66 (5), 3422-3426, 2019. https://doi.org/ 10.1109/TIE.2018.2 851974 .
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi-Cover
  • ISSN: 2564-6605
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2017
  • Yayıncı: Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

RIS destekli iki atlamalı DF kablosuz haberleşme sistemlerinin α-λ-η-μ/Rayleigh sönümlenmesi durumunda performans analizi

Melike YILANKIRKAN, Mehmet BİLİM

PAH, PCB ve PBDE'lerin iç/dış ortam toz konsantrasyon oranlarının karşılaştırılması

Mihriban CİVAN

AISI 1050 çeliğinin delinmesinde itme kuvveti optimizasyonu

Murat ÖZSOY, Yunus Zübeyir TURGUT, Neslihan ÖZSOY, Seçil EKŞİ

Orta kulak tasarımı ve akustik harmonik performansının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi

Fatma UZUNDEMİR, Mevlüt Yunus KAYACAN, İsmail ŞEN

Sedimanter ve metamorfik kökenli doğal taşların üretiminde kullanılan blok kesme (S/T) ve katrak makinelerinin kesilebilirliğin değerlendirilmesi

Yunus Emre SATI, Deniz TUMAÇ, Aydin SHATERPOUR-MAMAGHANİ

Balistokardiyografi sinyalleri ile derin öğrenme tabanlı hipertansiyon tespiti

Salih Taha Alperen ÖZÇELİK, Hakan UYANIK, Abdülkadir ŞENGÜR

Hidro(solvo)termal destekli silika aerojellerin sentezi, modifikasyonu ve onların adsorpsiyon çalışmalarında kullanımı

Şeyda SOMAKLI, Sultan BÜTÜN ŞENGEL

Önceden eğitilmiş derin öğrenme modelleri kullanılarak damlacık yoluyla bulaşan salgın hastalıkları önlemek için robotik tabanlı maske tespiti

Ali ÜNLÜTÜRK

Uçucu kül, cam tozu ve çimento esaslı hibrit geopolimer harçların mekanik özelliklerine yüksek sıcaklığın etkisi ve yaşam döngüsü analizi (YDA)

Bilal BARAN, Serhat ÇELİKTEN, İsmail İsa ATABEY

Hibrit derin öğrenme yöntemi kullanılarak hiperparametre optimizasyonu ile yenilenebilir elektrik enerjisi tahmini

Kübra KAYSAL, Ahmet Haşim YURTTAKAL, Fatih Onur HOCAOĞLU