ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Conversor Buck Módulo de Controle APARATO UTILIZADO: Você vai trabalhar com duas placas de circuitos, a primeira corresponde ao módulo de potência já utilizado no laboratório anterior, e a nova placa de circuitos é basicamente um circuito de controle da primeira, composto de: GERADOR DE PORTADORA TRIANGULAR a) Um gerador de onda triangular com possibilidade de mudança de frequência através de jumpers. b) Um amplificador para ajustar a amplitude da onda triangular. c) Um deslocador de nível CC para ajustar o ponto operacional da onda triangular. SOMADOR E CONTROLADOR P E PI a) Circuito somador b) Controlador P e PI. O circuito da figura abaixo mostra na parte superior, os dois ampop da esquerda correspondem ao gerador de onda triangular, o terceiro da esquerda para a direita é o amplificador e o último é o ajustador de nível CC. Na parte inferior do circuito, o ampop da esquerda é o somador que na saída gera o sinal de erro. Onde Ecc_saida é a tensão contínua na saída do módulo de potência. Esse sinal de erro é amplificador e sofre ação proporcional (P) ou proporcionalintegral (PI) realizada pelo ampop logo a direita do somador. Figura 1 1
O diagrama de blocos da figura 2 mostra as funcionalidades do módulo de controle, enquanto que a figura 3 mostra uma foto com a indicação dos bornes relacionados com essas funcionalidades. Figura 2 Bornes relativos às funcionalidades: 3. Tensão do terminal central do potenciômetro de controle do módulo de potência, utilizado como tensão de referência. 4. Saída do sinal de controle para o módulo de potência 5. Saída da onda triangular portadora para a operação de PWM. Note que a ação de PWM é realizada com os sinais do ponto 4 e 5 no LM311 do módulo de potência. 6. Entrada do sinal de realimentação oriundo do módulo de potência. Como o módulo de potência tem um divisor de tensão de 10 para 1, o sinal neste ponto é 0,1*Ecc_saída. Seletores de operação: Existem dois seletores de operação via jumper a) O seletor próximo aos potenciômetros define a frequência de operação do gerador de onda triangular, o terminal mais próximo aos potenciômetros corresponde a menor frequência (aprox. 450Hz) e o mais distante a maior (aprox. 6kHz). b) O seletor próximo ao amplificador operacional da direita permite a escolha de ganhos sendo que o jumper mais a esquerda corresponde a ganho unitário, o seguinte a 10 e o terceiro a ganho 50. Os outros três estão desabilitados por enquanto. 2
Figura 3 OPERAÇÃO DOS MÓDULOS EM MALHA FECHADA As duas placas operando conjuntamente formam uma fonte Buck de malha fechada, como mostrado no,esquema da figura 3. Figura 4 3
Procedimento experimental: a) Alimente o módulo de controle corretamente. b) Fixe a frequência da onda triangular em seu menor valor. c) Ajuste a tensão da onda triangular para 5Vpico com a base em exatamente 0V. Use os potenciômetros de ganho e ajuste de nível CC para realizar isso. d) Coloque o reator nos terminais adequados do módulo de potência e coloque a carga do mesmo ligada na saída de 20Ω (caixa de resistências com todos os resistores ligados em paralelo). e) Energize o módulo de potência através do transformador de 220V/36V. f) Com o osciloscópio conectado na saída do módulo de potência varie a posição do potênciometro de referência (está no módulo de potência) e verifique a forma de onda da tensão na carga de 20Ω. g) Se o ripple da tensão estiver alto, aumente a frequência do gerador de onda triangular cuidando de manter a mesma nas condições especificadas no intem (c ). h) Coloque o jumper de ganho do controlador proporcional em 1 fixe a tensão saída. i) Coloque o jumper de ganho do controlador proporcional em 10 fixe a tensão saída j) Coloque o jumper de ganho do controlador proporcional em 50 fixe a tensão saída k) Volte com o jumper de ganho do controlador proporcional em 10 e preencha a tabela abaixo 4
Tabela de dados do conversor Buck: Tensão nos terminais do potenciômetro (borne 3) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Tensão CC na saída entre os bornes 8 e 7. Voltímetro CC Tensão do sensor de tensão CC entre os borne 6 e 7 (Voltim. CC) Para o relatório: Discuta a relação entre a tensão do potenciômetro de referência e a tensão de saída CC. Existe uma correlação que permita explorar em malha fechada com o comportamento da tensão de saída em relação a tensão de controle (linearidade) Qual foi o erro máximo obtido entre o valor da tensão de referência e a tensão CC de saída dividida por 10? Discuta tudo o que foi realizado em seu relatório. 5