Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones Control industrial Práctica 1 (convertidores CD-CD)

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Ingeniería en Electrónica y

Telecomunicaciones

Control industrial

Práctica 1 (convertidores CD-CD)

Profesor:

 M.C. Alfredo Gil Velasco

Alumnos

Alarcón Martínez Daniel

Hernández Wences Daniel Samuel

IET 7A

31 de octubre del 2018

Introducción:

Los convertidores continua-continua estabilizan una tensión continua ya sea procedente de baterías o fuente de alimentación pudiendo obtener a la salida una tensión menor, igual o mayor a la de la entrada. Estos tipos de dispositivos son sistemas controlables, a diferencias de las fuentes tradicionales (hechas con puente de diodos, capacitores etc). En el documento presente se mostrara la simulación de este tipo de dispositivos.

Objetivo general

Realizar el análisis matemático de un convertidor Buck y Boost, con resistencias parásitas.

Objetivos específicos

• 1. Investigar el lazo de control modo voltaje y modo corriente de un convertidor CD-CD. Explicar las características de cada uno de estos modos de control.
• 2. Buscar aplicaciones del uso de convertidores CD-CD en los campos de las energías renovables, autos eléctricos y otras. ¿Cómo se aplica el control automático para mejorar la operación de este tipo de sistemas operando con aplicaciones de energías renovables, autos eléctricos, etc?
•  3. ¿Qué tipos de controladores se utilizan para controlar este tipo de sistemas? Describirlos tanto para modo voltaje y modo corriente.
• 4. Identificar los elementos presentes en el lazo de control de un convertidor de voltaje que se implementa en forma experimental.
•  5. Obtener el modelo en representación en espacio de estados y función de transferencia de los convertidores buck y boost con parásitos. Comparar estos dos modelos con la dinámica que se obtiene con los circuitos electrónicos de cada uno de los convertidores de voltaje (tanto corriente de inductor como tensión de capacitor). ¿Cómo se construye la salida de forma tal que la salida sea el voltaje de la resistencia y no el voltaje de capacitor (la forma que toma la matriz C)?
• 6. Buscar el procedimiento para cerrar el lazo de control de voltaje a partir de circuitos electrónicos (opamps, divisores de tensión, etc.). Cerrar el lazo de control de voltaje (hacer la retroalimentación unitaria a partir de puros circuitos). Comparar la retroalimentación que se obtiene con circuitos con la retroalimentación que se obtiene con funciones de transferencia y elementos de simulink.
• 7. Comparar los resultados de las retroalimentaciones a partir de circuitos y ecuaciones

Control en modo de voltaje   

Los diseñadores encargados de la construcción de una fuente de alimentación pueden desarrollar una unidad de componentes discretos (véase el artículo de TechZone "Reguladores de voltaje CC-CC: Cómo elegir entre el diseño discreto y modular"), un controlador independiente y componentes de potencia, o módulos de fuente de alimentación que integren ambos elementos en un único chip. 

Pero, cualquiera sea la técnica de diseño que se emplea, hay una alta probabilidad de que la regulación hará uso de una técnica PWM (normalmente) de una frecuencia fija. (Es preferible contar con una frecuencia de conmutación constante, ya que limita las interferencias electromagnéticas (EMI) generadas por la fuente de alimentación.) 

En un regulador controlado por modo de voltaje, la señal PWM se genera mediante la aplicación de un voltaje de control (CV) a la entrada de un comparador y un voltaje en diente de sierra (Vrampa (o "rampa PWM") de frecuencia fija, generado por el reloj, a la otra (Figura 1). 

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Figura 1: Generador de PWM para regulador de conmutación de voltaje. (Cortesía de: Texas Instruments) 

El ciclo de trabajo de la señal PWM es proporcional al voltaje de control y determina el porcentaje de tiempo durante el cual el elemento de conmutación conduce y por ende, a su vez, el voltaje de salida (ver el artículo de TechZone "El uso de PFM para mejorar la eficiencia del regulador de conmutación CC/CC a bajas cargas" ). El voltaje de control se deriva de la diferencia entre el voltaje de salida real y el voltaje de salida deseado (o voltaje de referencia). 

La ganancia Fm del modulador se define como el cambio del voltaje de control que causa que el ciclo de trabajo vaya desde 0 a 100 por ciento (Fm = d/VC = 1/Vrampa). 1 

La figura 2 muestra los bloques de construcción de un regulador de conmutación típico. La etapa de potencia consta de un interruptor, un diodo, un inductor, un transformador (para diseños aislados), y capacitores de entrada/salida. Esta etapa convierte el voltaje de entrada (VIN) en voltaje de salida (VO). La sección de control del regulador de voltaje consta de un amplificador de error con el voltaje de referencia (igual a la salida deseada) en una entrada y una salida desde un divisor de voltaje en el otro. El divisor de voltaje se alimenta de un rastro de retroalimentación de la salida. La salida del amplificador de error proporciona el voltaje de control (VC o "voltaje de error") que constituye una entrada al comparador PWM.2 

Control en modo de corriente 

A principios de la década de 1980, los ingenieros propusieron con una técnica de regulador de conmutación de voltaje alternativa capaz de abordar las deficiencias del método de control en modo de voltaje. Denominado control en modo de corriente, la técnica deriva la rampa PWM mediante la adición de un segundo bucle capaz de realimentar la corriente del inductor. Esta señal de retroalimentación consta de dos partes: la corriente de ondulación CA y el valor CC o valor promedio de corriente del inductor. Una forma ampliada de la señal es dirigida a una entrada del comparador PWM, mientras que el voltaje de error conforma la otra entrada. Al igual que con el método de control en modo de voltaje, el reloj del sistema determina la frecuencia de la señal PWM (Figura 3). 

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