Palavras-chave: Flicker. LED. Reator. Ondulação de Tensão. 1

Reator Eletrônico Trifásico Para Iluminação Pública Com LEDs Utilizando
Capacitores Chaveados
Bolsista: Maxwell Bruno Magalhães de Morais; Instituto Federal de Educação Ciência
e Tecnologia do Ceará, campus Sobral; Email: [email protected];
Orientador: Edilson Mineiro Sá Junior; Instituto Federal de Educação Ciência e
Tecnologia do Ceará, campus Sobral; Email: [email protected]
RESUMO Este relatório tem por objetivo apresentar o estudo realizado sobre o
fenômeno flicker nos LEDs de potência, causado pelo reator eletrônico que aciona esse
dispositivo de iluminação. Para a análise prática do flicker foi montado um protótipo com um
sensor (fotodiodo) que avalia a ondulação de tensão na saída o reator. Feita a análise foi
observado que o percentual de flicker obtido (4,7%) encontra-se dentro dos padrões
recomendados pela IEEE.
Palavras-chave: Flicker. LED. Reator. Ondulação de Tensão.
1. INTRODUÇÃO
O mercado da iluminação em LED vem ganhando bastante espaço devido as
características dos LEDs em relação às demais tecnologias já existentes. As vantagens são
bastante significativas: elevada vida útil, redução no consumo de energia, redução em custos
com manutenção, entre outros. Visto essa ascensão dos LEDs, o projeto desta pesquisa tem
como objetivo o estudo de um reator eletrônico para a iluminação pública com LEDs utilizando
SC. Várias topologias têm sido elaboradas no intuito de se obter um reator com alto rendimento,
um excelente fator de potência, um baixo custo, um pequeno volume e um baixo percentual de
flicker.
Flicker é um fenômeno que causa a variação de iluminância nas lâmpadas (IEEE, 2015).
Esse fator, que antes era estudado somente devido a depreciação fotométrica dos LEDs,
recentemente vem sendo estudado devido a descoberta de que pode causar problemas à saúde
humana. Portanto, torna-se crucial ter um baixo percentual de flicker de modo que o reator não
cause danos à saúde humana e possa estar dentro das normas vigentes para então ser aceito no
mercado da iluminação.
O presente relatório tem por objetivo mostrar um estudo realizado e fazer uma análise
prática sobre o flicker em um Conversor Trifásico com Capacitor Chaveado para LEDs de
Potência e fazer um comparativo com as normas vigentes.
2. METODOLOGIA
Inicialmente foi utilizado o circuito mostrado na figura 1(a) para medir o flicker e
conhecer o seu valor percentual. Para capturar a variação de iluminância dos LEDs foi utilizado
um fotodiodo BPW21r, pois esse componente apresenta uma sensibilidade espectral que se
aproxima à curva de sensibilidade do olho humano. A amplitude de tensão resultante do
fotodiodo é pequena, o que se faz necessário utilizar um circuito condicionador de sinal. Para
realizar as medidas do flicker é conectado o protótipo desenvolvido a um osciloscópio através
de um conector BNC para visualizar as formas de onda e analisar os valores obtidos.
Figura 1. (a) – Circuito utilizado para medir o flicker. (b) - Protótipo implementado
(a)
(b)
Feita montagem do sensor na caixa, o próximo passo foi realizar as medições do flicker
no reator eletrônico trifásico para LEDs de potência. O detalhe dessa etapa foi a utilização de
um filtro do osciloscópio TEKTRONIX MSO 5034 que funcionava para filtrar as altas
frequências. Foram realizadas as medições necessárias e o resultado obtido, conforme a figura
2-(a), foi bastante satisfatório apresentando um percentual de flicker de aproximadamente 4,7%.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Devido o reator utilizado por este trabalho ser alimentado diretamente da rede elétrica,
faz-se necessário uma retificação da corrente elétrica de modo que os LEDs sejam acionados
com corrente contínua. Após retificação de um conversor monofásico é obtido o dobro da
frequência da rede elétrica (100/120 Hz), enquanto em uma retificação trifásica é obtido uma
frequência seis vezes superior à da rede elétrica (300/360 Hz).
A ondulação de corrente em baixa frequência nos LEDs é o fator principal que causa o
aparecimento de flicker, portanto é atrativo reduzir a ondulação de corrente de baixa frequência.
Existem na literatura várias maneiras para reduzir a ondulação de corrente, o método mais
simples é utilizar um filtro capacitivo do tipo eletrolítico. No entanto esse tipo de capacitor
limita a vida útil do reator para LED. Existem outras maneiras de se obter uma baixa ondulação
de corrente, entretanto não é o foco deste trabalho que vai se limitar nas análises teóricas e
práticas do flicker.
Conforme IEEE (2015), o flicker percentual ou Modulação é calculado a partir de (1)
onde Fmax e Fmin representam o máximo e o mínimo fluxo luminoso, respectivamente.
Mod% 
Fmax  Fmin
100
Fmax  Fmin
(1)
A ondulação de corrente está diretamente relacionada ao flicker de tal modo que quanto
maior a ondulação de corrente maior será o flicker percentual, sendo necessário limitar a
ondulação de corrente no LED. Em janeiro de 2012, foi publicada a norma ABNT NBR16026
que trata de reatores eletrônicos para módulos de LEDs. Entre as exigências técnicas, destacase que a corrente de saída do circuito, ou a tensão de saída, não pode ter uma variação maior
que ± 10% do valor nominal dos módulos de LED.
Para baixas frequências, a resposta do fluxo luminoso no LED é proporcional a corrente
direta aplicada, desta forma pode-se considerar as seguintes equações:
Fmax  k  I max
Fmin  k  I min
(2)
Obtendo-se portanto das equações (1) e (2) o flicker percentual dado pela equação:
Mod% 
I max  I min
100
I max  I min
(3)
De acordo com a recomendação 1789 da IEEE existe a região de baixo risco (amarelo)
e a região de efeito não observável (verde) como mostra figura 2-(a) para o flicker em função
da frequência e da modulação percentual. Observe que o gráfico é dividido em duas partes:
frequências inferiores e superiores a 90 Hz. Segundo as práticas recomendas da IEEE (2015),
recomenda-se operar dentro da região de baixo risco. Para frequências menores que 90 Hz, o
flicker percentual dever ser menor que 0,025 vezes a frequência do flicker. Para frequências
entre 90 e 1250 Hz, a modulação deve ser menor que o produto 0,08 com a frequência do flicker.
A figura 2-(b) mostra o resultado experimental da variação de iluminância nos LEDs
convertido para valores de tensão. Foi obtido um valor máximo de 1,201 V e um valor mínimo
de 1,093 V, que resulta em um valor percentual de 4,7% de modulação, de acordo com (3).
Como a frequência do flicker fflicker é 360 Hz devido a retificação trifásica, o valor de modulação
obtido deve ser menor do que o produto de 0,08  f flicker para garantir um baixo percentual de
risco a saúde humana (região de baixo risco).
Figura 2- (a) – Variação de iluminancia Ondulação de corrente no LED; (b) Percentual
de modulação de flicker.
(a)
(b)
O limite máximo de modulação de flicker para a frequência de 360 Hz é 30 % e o obtido
foi de 4,7%, portanto pode-se concluir que a modulação percentual de flicker do reator
eletrônico utilizado nesse projeto está dentro das recomendações aceitáveis.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Portanto concluo de forma produtiva as atividades realizadas durante esse período, visto
ser de suma importância a contribuição para análise teórica e prática do flicker no conversor
utilizado. Além disso, a construção do protótipo facilitará a realização das medições de flicker
nas demais fontes luminosas e nos demais projetos de pesquisa que serão realizados no decorrer
dos projetos futuros. Concluo com satisfação os trabalhos realizados no decorrer deste ano,
visto a gama de conhecimentos adquiridos e a satisfação de poder contribuir de alguma maneira
para o progresso acadêmico das partes envolvidas nesse projeto. Tenho como perspectivas
futuras o aperfeiçoamento das análises de flicker, bem como a construção de novos reatores
eletrônicos para o acionamento de LEDs de potência utilizando SC.
5. REFERÊNCIAS
IEEE, P. E. S. Std 1789-IEEE Recommended Practices for Modulating Current in
High-Brightness LEDs for MItiganting Health Risks to Viewers. [S.l.]. 2015.
WILKINS, B. L. A. A. J. Designing to Mitigate the Effects of Flicker in lED lighting.
Power Electronics Magazine IEEE, 2014.