Modelagem e Controle de Conversores

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1 INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA Departamento Acadêmico de Eletrônica Pós-Graduação em Desenvolvimento de Produtos Eletrônicos Conversores Estáticos e Fontes Chaveadas Modelagem e Controle de Conversores Prof. Clóvis Antônio Petry, Dr. Eng. Prof. Mauro Tavares Peraça, Dr. Eng. Florianópolis, abril de 2009.

2 Bibliografia para esta aula

3 Conteúdo desta aula Modelagem e controle conversores 1. Conversores operando em malha fechada; 2. Comportamento de componentes passivos; 3. Diagramas de bode; 4. Função de transferência de conversores; 5. Simulação em malha aberta (planta x modelo).

4 Modelagem e controle de conversores Diagrama de blocos de uma fonte chaveada: Rede AC Filtro de Rádio- Frequência - Retificador - Filtro - Proteções Interruptor - IGBT ou - MOSFET Transformador de Isolamento - Retificadores - Filtros - Comando - Proteção - Fonte Auxiliar Circuitos de Controle

5 Conversor Buck Modelagem e controle de conversores

6 Modelagem e controle de conversores Objetivos das malhas de controle garantir a precisão no ajuste da variável de saída; rápida correção de eventuais desvios provenientes de transitórios na alimentação ou mudanças na carga.

7 Modelagem e controle de conversores Modelagem busca a relação entre a tensão de saída e a tensão de controle. - tensão de controle é fornecida pelo compensador, a partir do erro existente entre a referência e a tensão de saída.

8 Comportamento dos componentes passivos Domínio do tempo Domínio da freqüência Resistor vr R i V R (s) R I(s) Indutor v L di L dt V L(s) sli(s) Capacitor v C 1 i dt C V (s) C 1 sc I(s)

9 Comportamento dos componentes passivos Circuito RLC série vin vout Domínio do tempo di 1 vin L R i i dt dt C Domínio da freqüência 1 V in (s) Ls I(s) R I(s) I(s) sc v out 1 i dt C 1 V out (s) I(s) sc

10 Comportamento dos componentes passivos Circuito RLC série Função de transferência 1 I(s) V 1 in (s) L s I(s) R I(s) I(s) sc V out (s) sc vin 1 V out (s) I(s) sc 1 V in (s) Ls I(s) R I(s) I(s) sc vout V (s) 1 out V in (s) 2 L C s R C s 1

11 Comportamento dos componentes passivos Circuito RLC série V (s) 1 out V in (s) 2 L C s R C s 1 vin vout s j Corrente contínua s 0 Alta freqüência s V 1 out 2 Vin LC0 R C0 1 1 V 1 out 2 Vin LC R C 1 0

12 Comportamento dos componentes passivos Circuito RLC série V (s) 1 out V in (s) 2 L C s R C s 1 Corrente contínua Vin Vout Time (ms)

13 Comportamento dos componentes passivos Circuito RLC série V (s) 1 out V in (s) 2 L C s R C s 1 Alta freqüência kHz Vin Vout Vout 0.40m 0.30m 0.20m 0.10m 0.0m -0.10m -0.20m -0.30m -0.40m Time (ms)

14 Comportamento dos componentes passivos Circuito RLC série V (s) 1 out V in (s) 2 L C s R C s 1 Média freqüência 160Hz 1.00 Vin Vout Time (ms)

15 Comportamento dos componentes passivos Circuito RLC série V (s) 1 out V in (s) 2 L C s R C s modulo( ) 0.6 fase ( ) f( ) f( )

16 Comportamento dos componentes passivos Circuito RLC série V (s) 1 out V in (s) 2 L C s R C s 1 Diagrama de Bode G db ( ) G fase ( ) f( ) f( )

17 Revisão de Diagrama de Bode

18 Revisão de Diagrama de Bode

19 Revisão de Diagrama de Bode

20 Revisão de Diagrama de Bode

21 Revisão de Diagrama de Bode

22 Revisão de Diagrama de Bode

23 Revisão de Diagrama de Bode

24 Revisão de Diagrama de Bode

25 Revisão de Diagrama de Bode

26 Revisão de Diagrama de Bode

27 Revisão de Diagrama de Bode

28 Revisão de Diagrama de Bode

29 Revisão de Diagrama de Bode

30 Revisão de Diagrama de Bode

31 Revisão de Diagrama de Bode

32 Revisão de Diagrama de Bode

33 Função de transferência de conversores

34 Função de transferência de conversores

35 Função de transferência de conversores

36 Função de transferência de conversores Exemplo numérico - conversor Buck-Boost

37 Função de transferência de conversores Exemplo numérico - conversor Buck-Boost

38 Função de transferência de conversores Exemplo numérico - conversor Buck-Boost

39 Função de transferência de conversores

40 Função de transferência de conversores Exemplo numérico - conversor Buck Vin=30V D=0,5 Po=100W Iin=3,33A f=100khz L=225μH Vout=15V 1-D=0,5 Io=6.67A Ro=2,25Ω Vserra=4V C=50μF

41 Função de transferência de conversores Exemplo numérico - conversor Buck G g0 0.5 G d Q z G vd G d0 1 1 j Q 0 j z j 0 2 G(s) vo(s) d(s) 11,25 10 s 1,00 10 s 1 Os pólos da planta são complexos conjugados, dados a seguir: p1=-4444+j8315 e p2=-4444-j8315 Ou ainda, representados na forma polar: p1= 9428<118 e p1= 9428<-118 A freqüência dos pólos do sistema é de 1501Hz.

42 Função de transferência de conversores Exemplo numérico - conversor Buck Gvd(s) vo(s) d(s) 11,25 10 s 1,00 10 s 1 fo= 1501Hz Gvd db ( ) f( )

43 Função de transferência de conversores Exemplo numérico - conversor Buck Gvd(s) vo(s) d(s) 11,25 10 s 1,00 10 s 1 fo= 1501Hz Gvd fase ( ) f( )

44 Função de transferência de conversores Exemplo numérico - conversor Buck - Simulação Degrau de 5%

45 Função de transferência de conversores Exemplo numérico - conversor Buck - Simulação Vo Vo_mod Time (ms)

46 Projeto de controladores Próxima aula

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