RELATÓRIO CONVERSOR CC/CC BUCK SIMULAÇÃO MATLAB E PROTEUS

...

---------------------------------------------------------------

[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.

[pic 17]

Figura 6

[pic 18]

Figura 7

[pic 19]

Figura 8

Da figura 8, os ganhos proporcional (Kp) e integral (Ki) são:

Ki=150 e Kp=0,045

2.4 SIMULAÇÃO PROTEUS

Na implementação analógica, o controlador PI é formado por amplificadores operacionais, como demostrado na figura 9.

[pic 20]

Figura 9

Sendo,

[pic 21]

então, comparando com a função de transferência do controlador:

[pic 22] e [pic 23]

Considerando:

R3=R4=1 kΩ e C2=0.1 µF

e substituindo os valores nas equações anteriores:

R2=3 kΩ e R1=66.67 kΩ

O próximo passo foi o chaveamento do circuito, para tal foi utilizado um driver (IR2112), sendo que o sinal de saída do conversor passa por um divisor de tensão, onde a tensão de saída é dividido por 2, o sinal gerado no divisor de tensão passa por um buffer e entra na porta inversora de um amplificador operacional na configuração de subtrator, onde na entrada não inversora está o setpoint, o resultado da subtração é o erro que entra nos amplificadores operacionais de P e de I que tem seus sinais somados por um amplificador na configuração de somador, gerando o sinal de saída do controlador PI.

Em seguida, se fez necessário gerar a onda quadrada (sinal PWM). Para tal, foi feita uma comparação do sinal gerado na saída do controlador PI com uma onda no formato dente de serra com frequência 20kHz e amplitude de 0-12V. Dessa forma, para conseguir uma razão cíclica de 50%, ou seja para obter metade da tensão de entrada na saída no conversor buck, foi adicionado o divisor de tensão na saída do conversor de modo a comparar a dente de serra com uma tensão de 6V.

A variação do setpoint se dá por uma chave de 4 posições, sendo as fontes de tensão de 10.8, 12, 13.2V. Assim, ao comutar a chave será gerado um degrau no setpoint, sendo que após a chave também foi incluído um divisor de tensão para que o valor desejado na saída seja o valor escolhido, visto que há um divisor de tensão na entrada do subtrator.

A figura 10, mostra o circuito completo no proteus, e as figuras 11 e 12 mostram a atuação do controlador na estabilização da tensão de saída quando é gerado um degrau no setpoint. Nota-se que a tensão estabiliza na tensão desejada e a variação do sinal de saída, após atingir o setpoint. Ou seja todas as especificações do projeto foram cumpridas.

A figura 13, ilustra a comparação entre a onda dente de serra com o sinal do controlador e também a variação da razão cíclica do PWM, assim percebe-se que com o aumento no sinal do controlador a razão cíclica do circuito aumenta, e consequentemente o sinal de saída também aumenta.

Figura 10[pic 24]

Figura 11[pic 25]

Figura 12[pic 26]

Figura 13[pic 27]

---------------------------------------------------------------

3. CONCLUSÃO

No presente relatório foi projetado um conversor Buck controlado por um PI, e foram feitas simulações de controle em malha fechada. Tendo como etapas dimensionamento dos componentes do Buck, simulação no Matlab para análise do comportamento temporal da tensão da saída para uma variação de +/- 20% em torno da razão cíclica de operação, projeto do controlador PI e, por fim, a simulação do circuito no Proteus.

Foi possível observar, que o circuito obtido tem como aplicação, ser uma fonte DC variável, que tem a saída controlada por PI, responsável pelo ajuste da razão cíclica do PWM tendo como objetivo obter uma tensão contínua na saída igual à selecionada.

---------------------------------------------------------------

4. REFERÊNCIAS

AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência; Editora: Prentice Hall, 1a edição, 2000