RELATÓRIO CONVERSOR CC/CC BUCK SIMULAÇÃO MATLAB E PROTEUS
Por: Lizandra Sá • 30/8/2017 • Artigo • 1.239 Palavras (5 Páginas) • 1.182 Visualizações
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
LIZANDRA SILVA SÁ
RICARDO SILVA E BRENNER
RELATÓRIO CONVERSOR CC/CC BUCK
SIMULAÇÃO MATLAB E PROTEUS
SERRA
2017
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 DIMENSIONAMENTO
2.2 SIMULAÇÃO MATLAB
2.3 CONTROLADOR PI
2.4 SIMULAÇÃO PROTEUS
3. CONCLUSÃO
4. REFERÊNCIAS
1. INTRODUÇÃO
Conversores CC-CC, também conhecidos como choppers, convertem uma tensão de entrada contínua em uma tensão de saída contínua variável, com valor controlado. O valor médio da tensão de saída varia quando se altera a proporção do tempo no qual a saída fica ligada a entrada. Essa conversão é obtida pela combinação de um indutor e/ou um capacitor, um diodo e um dispositvo que opere no modo de chaveamento em alta frequência (controlando a corrente de base ou de porta). Uma técnica largamente aplicada no chaveamento é a modulação por largura de pulso (PWM).
Os choppers podem ser classificados como: step-up ou boost (elevador), que fornece uma tensão de saída maior que a tensão de entrada; e step-down ou buck (abaixador), que produz uma tensão de sáida menor que a de entrada. Sendo o último o foco do presente relatório, onde o controle do chaveamento será realizado por um controlador PI.
O circuito chopper buck é representado na figura 1. Quando a chave T for fechada o diodo estará cortado, nesse momento transfere-se energia da fonte para o indutor (io aumenta de forma exponencial). Quando T for aberta, o diodo conduz, e a corrente do indutor começa a cair até se anular. Isso provoca, no indutor, uma tensão induzida de polaridade oposta e a energia armazenada em L é entregue ao capacitor e à carga.
[pic 1]
Figura 1
O objetivo do trabalho é dimensionar um conversor buck, controlado por um PI, que atenda especificações pré-definidas.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1. DIMENSIONAMENTO
O conversor deve atender as seguintes especificações:
- Tensão de entrada (Vi): 24 V;
Tensão de saída (Vo): 12 V;
Corrente de saída (Io): 2 A;
Freqüência de chaveamento: 20 kHz;
Ondulação máxima na corrente do indutor: 10%;
Ondulação máxima na tensão de saída: 5%.
Para o dimensionamento, foi utilizado como referência a análise de pequenos sinais. Nela a função de transferência do buck é dada por:
[pic 2]
Deve-se calcular o valor de L, C e R partindo das especificações.
2.1.1 Tensão de entrada e saída, e frequência de chaveamento:
A razão cíclica do conversor buck é dada por:
[pic 3]
Substituindo valores:
[pic 4]
d=0,5
Logo,
Ton=Toff=0,5*T
Sendo o período o inverso da frequência:
[pic 5][pic 6]
Assim:
Ton=Toff=25us
2.1.2 Corrente de saída e ondulação da corrente no indutor:
Sendo a ondulação máxima na corrente do indutor igual a 10%, então:
[pic 7]e [pic 8]
Substituindo valores, e efetuando os cálculos:
Imáx=2,1A e Imín=1,9 A
As correntes máxima e mínima são, por definição:
[pic 9][pic 10]
Substituindo valores e manipulando as equações:
R=6Ω e L=1,5mH
2.2 SIMULAÇÃO MATLAB
Utilizando os valores encontrados no item anterior, a função de transferência do conversor buck será:
[pic 11]
A simulação do Buck foi feita no software Matlab (figura 2). Onde se obteve o comportamento temporal da tensão da saída para variações de +/-20% em torno da razão cíclica de operação, figuras 3 e 4, respectivamente.
Figura 2[pic 12]
[pic 13]
Figura 3
[pic 14]
Figura 4
2.3 CONTROLADOR PI
Com auxílio da ferramenta sisotool, do software matlab, foi projetado um controlador PI adequado para variações de +/-20% em torno da tensão de referência de 12 V. Através da ferramenta é possível acrescentar, pólo(s) e/ou zero(s) e observar a influência deles no sistema. A figura 5 representa função de transferência do conversor buck.
[pic 15]
Figura 5
A função de trânsferência do controlador PI é dada por:
[pic 16]
Partindo desse princípio, e ao optar pelo controlador PI na ferramenta (figura 6), foi acrescentado um pólo na origem e um zero real ao sistema (figura 8). A influência deles na pode ser observada na figura 7.
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