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.