El Smart Controller, PSIM. Diseño de un controlador de voltaje dispuesto en un convertidor DC/DC reductor de tensión.

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1 Convertidores de potencia y sus aplicaciones. Análisis con el PSIM. Fernández H El Smart Controller, PSIM. Diseño de un controlador de voltaje dispuesto en un convertidor DC/DC reductor de tensión. Resumen- El Smart Controller identificado como SmartCtrl en el PSIM, es una herramienta la cual permite el ajuste óptimo de los controladores integrados en la etapa de regulación de convertidores DC/DC y PFC (Power Factor Controller). El módulo facilita el diseño de distintos tipos de reguladores en arreglo simple o en base a doble lazo de realimentación. El proceso se realiza bajo un ambiente gráfico amigable al usuario, mostrando el comportamiento del sistema bajo estudio, cuando se posiciona el cursor en distintos puntos del dominio del mapa de soluciones equivalente al plano S (Nyquist). La nota técnica muestra los pasos básicos para trabajar con la herramienta en su configuración más esencial, esto es, considerando un convertidor DC/DC reductor regulado en voltaje.

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3 Convertidores de potencia y sus aplicaciones. Análisis con el PSIM. Fernández H El 2,55/5=0,51. ciclo de trabajo bajo las condiciones dadas es D La potencia en la carga es Po 260W. El valor de inductancia crítica es (Batarseh, 2004): = (1 ) 2 = 0, = 1, Para evitar intervalos nulos de corriente se escoge un valor de L=5mH. Los valores límites de la corriente en el inductor son (Batarseh, 2004): = = (1 ) 2 = 0,51 100(0,1 + 0,0245) = 6,35 (1 ) 2 = 0,51 100(0,1 0,0245) = 3,85 El valor del condensador es: = ( ( ) ) 612 Un tiempo de análisis de 0,05 segundos, es suficiente para visualizar el funcionamiento del convertidor desde la fase transitoria hasta la condición de régimen permanente.

4 Convertidores de potencia y sus aplicaciones. Análisis con el PSIM. Fernández H Tabla I. Modalidades del SmartCtrl Lazo simple DC/DC Planta Doble lazo Buck, Boost, Buck-Boost, Flyback y Forward Sensor (Depende del tipo de convertidor) Voltaje PFC Planta Boost Divisor de voltaje Divisor de voltaje incluido en el regulador (Regulator Embedded Voltage) Sensor de voltaje con aislamiento Corriente Medición de corriente en el inductor Medición de corriente en el diodo Sensor de efecto Hall Regulador (Depende del tipo de convertidor seleccionado) Tipos: 2 y 3 PI (dispone interface de entonación) I Polo simple (dispone interface entonación) Método de diseño de Método K Método K-plus Manual Gráficos Otros Bode Polar Respuesta de frecuencia Panel de texto Mapa de solución Análisis paramétrico Datos generales Planta Sensor Regulador Atenuación Libre de atenuación

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6 Convertidores de potencia y sus aplicaciones. Análisis con el PSIM. Fernández H II. Usando paso a paso el SmartCtrl Los pasos para el análisis se indican a continuación: 1. Poner en marcha la herramienta SmartCtrl. 2. Aplicar la secuencia: Design Simple loop DC/DC converter. 3. Predefined topologies DC/DC converters Single loop Buck Voltage mode controlled. 4. Cargar los siguientes datos: Vin=100V, RL=1n (resistencia del inductor), L=5mH, Rc=1n (Resistencia del capacitor), C=612µF, Po=250W, FSW=2kHz y Vo=50V. 5. Sensor: voltage divider parámetros por defecto. 6. Regulator: PI parámetros por defecto. 7. Set Mover el cursor al área remarcada en color blanco. Fijar una frecuencia de cruce en 15Hz y un margen de fase de Pulsar Ok. Se despliegan los resultados gráficos. De ser necesario, el usuario puede ajustar el cursor para modificar el punto de funcionamiento del circuito. 9. File Export To PSIM EjercicioA_1 Exporting options Ok Se apertura el PSIM y el Simview. Ahora se puede observar la respuesta transitoria del diseño. 10. En el esquema del PSIM el recuadro File contiene los parámetros del circuito. 11. Con el comando General Report en el SmartCtrl, se tiene acceso a los parámetros calculados por la herramienta. Nota: se requiere realizar dos conexiones adicionales: a) Salida del generador PWM al Switch Controller conectado al IGBT b) Voltaje en la carga al divisor de tensión establecido por el par Ra y Rb.

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11 Convertidores de potencia y sus aplicaciones. Análisis con el PSIM. Fernández H Sensor: Ra (Ohms) = 9.5 K Rb (Ohms) = 500 Pa (Watts) = Pb (Watts) = Loop performance parameters: PhF ( Hz ) = GM ( db ) = Atte( db ) = En los casos anteriores se ha seleccionado una frecuencia de funcionamiento de 2,5kHz, la cual resulta de muy bajo valor si se compara con la usada en los sistemas reales. Es recomendable operar a un valor considerablemente superior que incida en la reducción de los componentes de filtrado y permita un margen más amplio de diseño en el mapa de soluciones. Por otra parte, su escogencia no debe extralimitarse para evitar incrementar las pérdidas de conmutación y por ende repercutir en la eficiencia del arreglo.

12 Convertidores de potencia y sus aplicaciones. Análisis con el PSIM. Fernández H Referencias bibliográficas Batarseh I. (2004). Power Electronic Circuits. John Wiley & Sons, Florida. pp Powersim Inc. (2012). PSIM user s guide, version 9.2.1, October.