Simulación de convertidores Boost

Introducción a la simulación de convertidores Boost

Diseñar un controlador digital con simulación puede contribuir a garantizar que un convertidor Boost CC-CC regule adecuadamente la tensión conforme cambian la corriente de carga y la tensión de la fuente. La simulación guía la elección adecuada de los componentes de la fase de potencia para garantizar la minimización del rizado de la tensión de salida y unas pérdidas de potencia aceptables. La simulación de lazo cerrado de la fase de potencia y el controlador permite a los ingenieros de electrónica de potencia evaluar y verificar sus elecciones de diseño antes de que se implemente un controlador y se construya el hardware.

Al diseñar un convertidor de potencia, debe considerar la simulación para las siguientes tareas:

  • Diseño de un controlador de realimentación para la regulación de la tensión
  • Optimización de los componentes RLC junto con el diseño del controlador
  • Estimación de las características del régimen estacionario y dinámicas de los conmutadores semiconductores
  • Análisis del rendimiento dinámico y la calidad de la potencia
  • Prototipado e implementación del controlador digital en un microprocesador embebido o una FPGA

El diseño de sistemas de control mediante la simulación con Simulink® le permite diseñar, validar e implementar su convertidor sabiendo que funcionará según lo previsto cuando inicie las pruebas físicas. Puede hacer lo siguiente:

  • Modelar la fase de potencia mediante componentes para circuitos estándar, o bien utilizar un bloque Boost Converter prediseñado.
  • Simular el modelo del convertidor en diferentes niveles de fidelidad: modelos promediados para la dinámica del sistema, modelos de comportamiento para características de conmutación y modelos de conmutación no lineal detallados para parásitos y diseño detallado.
  • Diseñar, simular y comparar distintas arquitecturas de controladores, tales como el control del modo de tensión y el control del modo de corriente.
  • Aplicar técnicas de control clásicas tales como el loop shaping interactivo con diagramas de Bode y el lugar geométrico de las raíces en modelos de convertidores no lineales que incluyen efectos de conmutación mediante métodos como los barridos de frecuencia de CA y la identificación de sistemas.
  • Ajustar automáticamente las ganancias del controlador en un solo lazo de realimentación o en varios de ellos mediante herramientas de ajuste automatizado. Diseñar controladores con planificación de ganancia para tener en cuenta las variaciones de los puntos de funcionamiento.
  • Modelar y evaluar el impacto de las tolerancias de los componentes y los eventos de fallo en el funcionamiento de una fuente de alimentación con conmutación.
  • Evaluar la calidad de la potencia del convertidor Boost simulándolo como parte de un sistema mayor en el que uno de los componentes sea un convertidor de potencia CC-CC; por ejemplo, una fuente de alimentación digital o una matriz fotovoltaica conectada a la red.
  • Generar código C o HDL a partir de algoritmos de control para realizar prototipado rápido mediante un equipo de plataforma en tiempo real o para implementarlos en un microcontrolador o una FPGA.
  • Generar código C o HDL a partir de modelos de circuitos en un equipo de plataforma en tiempo real para validar un controlador mediante simulación de tipo hardware-in-the-loop.

El diseño de control basado en la simulación no se limita a los convertidores Boost, sino que puede aplicarse en el desarrollo de otros tipos de convertidores, tales como Buck, Cuk, de transferencia inversa, directos y push-pull.

También puede consultar estos temas: convertidor Buck, algoritmo MPPT, Simscape Electrical, control PID, space vector modulation, diseño de control de motores con Simulink, diseño de control de electrónica de potencia con Simulink, simulación de electrónica de potencia, control de campo orientado, control de motores BLDC, transformadas de Clarke y Park, corrección del factor de potencia, small signal analysis

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