Capítulo 3 La capa de transporte - Academia Madrid Ingeniería Cartagena99 Centro de ...€¦ · · 2016-11-08A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides

Tema 3: Controladores para fuentes conmutadas

1. Transformador ideal

2. Control de fuentes conmutadas en modo de tensión

Diagrama de bloques

Función de transferencia del generador de señal PWM

Función de transferencia de los conversores DC-DC

Función de transferencia del amplificador de error

Diseño del lazo de control

Ejemplos

3. Control en modo de corriente

1

1. Transformador ideal

Ley de Ampère:Ley de Ampère:

02211 ininE f d id l 0

Ley de Faraday:

En un transformador ideal 0

Fundamentals of Power Electronics, second edition”. R. W: dtd

nv

nv

2

2

1

1

Erickson, D. Maksimovic. Springer (Kluwer Academic Press), 2001.

dtnn 21

Otras relaciones:lAl

Reluctancia:

Inductancia: )linealrelacióno(suponiend; LindndL

Para cada bobinado:

Inductancia: )linealrelación o(suponiend ; Lindi

ndi

L

n ni

2nL

2

En un transformador ideal, la L asociada a cada bobinado es infinita

Control to Regulate Voltage Output2. Control en modo de tensión. Diagrama de bloques

Etapa de potencia

VOUT VIN

× KFB

Amplificador KFB VOUT

VPWM (D)

Amplificador de error

Comparador

VREF

FB OUT

+

+ VControl (1)

VTri

OUTFBREFdREFControlAMPO VKVAVVV ,

• Linearized representation of the feedback control system

3

APPLYING LINEAR CONTROL THEORY2. Control en modo de tensión. Diagrama de bloques.

ov*FB ok V cv dController

Pulse Width Modulation

Power Stageand Load



Power Stageand Load

errv

PWM-ICPWM-IC

FBkFBk

Todas las señales se expresan como un valor estacionario (independiente del tiempo), másuna pequeña perturbación. Las señales son en realidad promedios a lo largo de variosperiodos:

)(~)( tvVtv ooo

)(~)( tdDtd )()()(~)( tvVtv ccc

4

APPLYING LINEAR CONTROL THEORY2. Control en modo de tensión. Diagrama de bloques.



Power Stageand Load



Power Stageand Load

errv

PWM-ICPWM-IC

FBkFBk

Small signal representation:

( )ov s( )cv s ( )d s* ( ) 0FB ok v s AController

Pulse-Width

Modulator

Power Stage+

Output Filter

( )ov s( )cv s ( )d s* ( ) 0FB ok v s AController

Pulse-Width

Modulator

Power Stage+

Output Filter

( )CG s ( )PW MG s ( )PSG sB

( )CG s ( )PW MG s ( )PSG sB

5

FBkFBk

Li i i th PWM C t ll IC

2. Control en modo de tensión. Función de transferencia del generador de señal PWM

Linearizing the PWM Controller IC

V̂cv V̂cvrV

( )cv t

rv0

c

rv

( )q t

t

rV( )cv t

rv0

c

rv

( )q t

t

( )cv s 1

( )q t

0

1(a)

t

( )cv s 1

( )q t

0

1(a)

t

( )d sr̂V

PWM IC(c) (b)

sdTT

0t

( )d sr̂V

PWM IC(c) (b)

sdTT

0t

( )( ) ˆcv td tV

( ) ( )c c cv t V v t

(c) (b)sT(c) (b)sT

rV

( ) 1( ) ˆ( )PWMd sG sv s V

( ) ( )( ) ˆ ˆc cV t v td tV V

6

( )c rv s V

( )

r rD d t

V V

Linearizing the Power Stage of DC-DC Converters in CCM

2. Control en modo de tensión. Función de transferencia de los conversores DC-DC

( ) ( ) ( )v t d t v tV DV ( ) ( ) ( )cp vpv t d t v t

( ) ( ) ( )vp cpi t d t i t

cp vpV DV

vp cpI D I

7



( ) ( )d t D d t

( ) ( )

( ) ( )vp vp vp

cp cp cp

v t V v t

v t V v t

( ) ( )

( ) ( )cp cp cp

vp vp vpi t I i t

( ) ( )cp cp cpi t I i t

( ) ( )cp cp vp vpV v D d V v ( ) ( )vp vp cp cpI i D d I i

( )cp vp vp vpv t Dv V d dv vp cp cp cpi D i I d d i

8( )cp vp vpv t Dv V d vp cp cpi D i I d



( )cp vp vpv t Dv V d

vp cp cpi D i I d vp cp cp

( )vpi t ( )cpi t ( )vpi t ( )cpi tvpdV( )vpi t ( )cpi t ( )vpi t ( )cpi tvpdV( )vpi t ( )cpi t ( )vpi t ( )cpi tvpdV

( )v t ( )v t( )d t1

vp cp

( )t ( )tD1( )v t ( )v t( )d t1

vp cp

( )t ( )tD1( )v t ( )v t( )d t1

vp cp

( )t ( )tD1( )vpv t ( )cpv t( )d t1 ( )vpv t ( )cpv tD1cpdI

( )vpv t ( )cpv t( )d t1 ( )vpv t ( )cpv tD1cpdI

( )vpv t ( )cpv t( )d t1 ( )vpv t ( )cpv tD1cpdI

( )a ( )b( )a ( )b( )a ( )b

9

Para configuración básica (buck, boost, buck-boost):


1. Se sustituye la pareja de interruptores por el transformador equivalente.

2. Se identifican Vvp e Icp

3. Consideraremos que

4 La función de transferencia es la relación:

0~ ininin vVv

svsG outPS

~4. La función de transferencia es la relación:

5. No haremos cálculos analíticos de esta función. Se obtendrá simulando el circuito en Pspice en el

sdsGPS ~

dominio de la frecuencia.

10

A d i t ti f th d d t


Average dynamic representations of three dc-dc converters in CCM:

VLi

V AA

inV

(a)Li

Li

VLi

V AA

inV

(a)Li

Li

q

inVovLv oV

inV

p

A

qoV

(a)

q

inVovLv oV

inV

p

A

qoV

(a)

q q p

inVLi Li

Li

q q p

inVLi Li

Li

inVinV

in

(b)

L

ov ov

v

inVinV

in

(b)

L

ov ov

v

ovov

1: ( )d t1: (1 ( ))d t

p 1: ( )d tov

1: ( )d t1: (1 ( ))d t

p 1: ( )d tov

11

ii

Linearizing single-switch converters 2. Control en modo de tensión. Función de transferencia de los conversores DC-DC

Li

inV

v

indV

dI

vpi

v

v

Li

v

0v

Li

inV

vv

indV

dI

vpi

v

v

Li

vv

0v

ov

1: D

LdIvpv

cpv

ov

1: ( )d t

dVLi

Buck

0inv r

Li

ov

ov

1: D

LdIvpv

cpv

ov

ov

1: ( )d t

dVLi

Buck

0inv r

LiL

oL R

VI

inV

ov

odV

LdI

Li

vpv

cpv

ov

0inv

rinV

ov

odV

LdI

Li

vpv

cpv

ov

ov

0inv

r

(1 ) :1D(1 ( )) :1d t

vpi

Boost (1 ) :1D(1 ( )) :1d t

vpi

Boost

L

oL RD

VI)1(

LiinV

ov

( )in od V V

LdIvpv

v

Li

ov

0inv LiinV

ov

ov

( )in od V V

LdIvpv

v

Li

ov

ov

0inv

o

1: D

vp

cpv

o

1: ( )d t Buck-Boost

ro

o

1: D

vp

cpv

o

o

1: ( )d t Buck-Boost

r

oL RD

VI)1(

12

LRD)1(

Small signal transfer function for Buck, Boost and B k B


1o inv V srC

Buck-Boost converters

(Buck)2 1 1rLCd s s

RC L LC

( )

22

111 1 1

o in ev V L srCsRd D rL C s s

(Boost)

ee e

L C s sRC L L C

11o in ev V DL srCs

(Buck-Boost) 2

2

11 1 1

o in e

ee e

sRd D rL C s s

RC L L C

(Buck-Boost)

2= (Boost and Buck-Boost)(1 )e

LLD

13


Ejemplo de simulación. Conversor Buck (FTConversores.opj)

Transformador ideal: XFRM_LINEARL1 Se hace muy grandeL1 Se hace muy grandeL2 = D*D*L1 para mantener una relación de vueltas equivalente a D:1 (L es proporcional a N2)La resistencia Rs es necesaria para evitar un error en Pspice, pero su valor es totalmente despreciable.

14

La entrada es la señal d. La fuente de alterna (su amplitud) representa la variable d.


Ejemplo de simulación. Conversor Buck

15

Amplificador con un solo ceroV+

2. Control en modo de tensión. Función de transferencia del amplificador de error

FBREFREFC VVZZVV

1

2Vref

Vc

U3

+3

-2

V+7

4

OUT6

B11

B25

111 RsC

C1

V-

R1 R2

Vf b

0 LF411 V-4 B1

22121

21

2122

11||1RCsCCCs

RsCsCsC

RZ

11 RZ

C2

Vf b

Para la señal dinámica: FBC vZZv ~~

1

2outFBFB VkV

p

z

FB

CsCsR

svv

21

~~

221211

211~~

RCsCCCsRRsC

vvFB

C

El signo aparece porque la realimentación

es negativa. No lo sigo escribiendo, perotenemos en cuenta que estamos trabajandotenemos en cuenta que estamos trabajandocon realimentación negativa.

p

zC

FB

CC s

ss

kvvG

/1/1

~~

12

1CRz

212

21CCRCC

p

211

1CCR

kC

16

2. Control en modo de tensión. (Criterio de estabilidad)

Para una realimentación negativa, si la fase del lazocerrado completo llega a ser 180º con una gananciacerrado completo llega a ser -180 con una gananciasuperior a 1, el sistema es inestable.

Margen de fase: Para la frecuencia con ganancia 1, es la fase por encima de 180ºes la fase por encima de -180 .

Etapa de potencia

VIN VOUTpotenciaGPS

× KFB

Amplificador de

VPWM (D)

Amplificador de error GC

ComparadorGPWM

+

+

VTri

VREF

VFBVC

)()(

sdsvG out

PS

Tri

)()(

svsv

VVK

out

fb

OUT

REFFB

)()(svsvG

fb

cc

rtricPWM Vvsv

sdG ˆ1

ˆ1

)()(

)( )(outOUT )(fb rtric )(

Para 1FBCPS

KGG PMCPS 180 fasedeMargen PM

17

Para co 1r̂

CPS VGG PMCPS gPM

2. Control en modo de tensión. Evaluación del desfase en el amplificador de error

zcC skvG /1~

11 tt90

Máximo para:

p

zc

FB

Cc ssv

G/1~

pz

C 11 tantan90

copz Máximo para: copz

D fi i pk

k pDefinimos:

z

pk

k

k pzco

Por lo tanto: BoostMAXCcoC k

k

901tantan90 11

,

kkBoost

1tantan 11

c

cokkG

45

2tan Boostk

ºen Boostco

18


Ejemplo de simulación. Amplificador error 1 cero (SimAmplError.opj)

19


Ejemplo de simulación. Amplificador error 1 cero (SimAmplError.opj)

80

40

0ddb(-V(Vc)/ V(vfb:+))

0

-50d

10Hz 30Hz 100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz 100KHzp(-V(Vc)/ V(vfb:+))

-100dSEL>>

Boost

Frequencyp( V(Vc)/ V(vfb: ))

cof

20

Amplificador con dos ceros

ZU3 7

V+


FBREFREFC VVZZVV

1

2

21

2211||1 RsCRZ

U3

LF411

+3

-2

V+7

V-4

OUT6

B11

B25

VrefVc

221212122 ||

RCsCCCssCsCRZ

3311

1||sC

RRZ

LF411 V-

R1 C1R2

Vf b

V-0

Para la señal dinámica:

Z2VkV

3

C2R3 C3

FBC vZZv ~~

1

2outFBFB VkV

313211

11~

CCCCCRRsCRsCvC

2/1~zcC skvG

22121331 1~ RCsCCCRsCsRvFB

11 211 CC

2/1~pFB

cssv

G

1k 31321 RRCRCz

221

21

33 RCCRCp 211

1CCR

kc

ckkG2

k 1t2t2 11

45t Boostk

21

co

ccoG

kkBoost tan2tan2 11

45

4tan Boostk

1. Conocer o determinar GPWM y KFB:

2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

rPWM V

G ˆ1

comparador delr triangulaseñal la de pico-picoValor ˆ rV

OUT

REFFB V

VK

2. Evaluar la función de transferencia de la etapa de potencia (Power Stage) (simulación Pspice). Elegir una frecuencia de corte fco (frecuencia para la cual la ganancia total del bucle será la unidad). Debeser lo más alta posible para conseguir un transistorio más rápido pero pequeña en comparación con laser lo más alta posible para conseguir un transistorio más rápido, pero pequeña en comparación con la frecuencia de conmutación. Para garantizar la estabilidad, en la práctica se tomará la frecuencia quecorresponde al mínimo de la fase de la etapa de potencia.

Se determinarán la ganancia y la fase de la etapa de potencia: para la frecuenciaPSPSG y coSe determinarán la ganancia y la fase de la etapa de potencia: para la frecuencia

3. Evaluar la ganancia del amplificador de error para :

PSPSG y co

co

1coKFBPWMPS GGGG 1ˆ1

coFBTri

PS GKV

GPSFB

Trico GK

VGˆ

22

4. Dado un margen de fase PM, calcular Boost:


PMBoostPS º180º90 PMPSBoost º90

5. Calcular k para el amplificador de error:

º45Boostk º90Amplificador de 1 cero:

º45

2tan Boostk

º90Boost

Amplificador de 2 ceros:

45

4tan Boostk º180º90 Boost

6. Calcular kc para el amplificador de error:

Amplificador de 1 cero: Amplificador de 2 ceros:2k

Gk cococ

kGk coco

c

23

7. Fijar R1 y determinar los demás elementos del amplificador de error


Amplificador de 1 cero Amplificador de 2 cerosV+

U33 V+

75

U33 V+

75

V+

Vref

0

Vc

LF411

+3

-2

V+

V-4

OUT6

B11

B25

LF411

+

-2

V-4

OUT6

B11

B2VrefVc

0

C1

V-

R1 R2

Vf b

0

R1 C1R2

Vf b

V-0

C2 C2R3 C3

111

21

21

RkkRkC

cpc

z

2

kp 1R

12

12

1RkkRk

Ccpc

z

11 2221

kCCC

z

p

12 C

Rz

11 RRR 1C

11 2221

kCCC

z

p

1

24

11 211

3

k

Rzp 3

3 RC

p

12

1C

Rz

Ejemplo 1 (StepdowncontrolejemploHart.opj)2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

Conversor step-down

Inductancia: L = 100 H, r = 0.5 .

Condensador: C = 80 F, r = 0.6

Resistencia de carga: RL = 5

Tensión de entrada: Vin = 20 V

Tensión de salida objetivo: Vout = 8 V

Para el comparador: V = 1 5 V; Amplitud de la señal triangular = 3 V; frecuencia f = 100 kHzPara el comparador: VREF = 1.5 V; Amplitud de la señal triangular = 3 V; frecuencia fS = 100 kHz.

Diseño de lazo de control en modo de tensión con un margen de fase de 46º.

11 51VPaso 131

ˆ1

rPWM V

G 1875.085.1

OUT

REFFB V

VK

25

Ejemplo 1 (StepdowncontrolejemploHart.opj) Paso 2. Evaluación de la F.T. de la etapa de potencia2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

)()()(

sdsVsG out

PS

)()( dBsGPS

)(_ sGFase PS

26

Ejemplo 1 (StepdowncontrolejemploHart.opj) Pasos 3-7. Resto cálculos (Excel: CálculosEjHarT2016)2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

27

Ejemplo 1 (StepdowncontrolejemploHart.opj): Simulación del conversor en lazo abierto2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

28

Ejemplo 1 (StepdowncontrolejemploHart.opj): Simulación del conversor en lazo cerrado2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

29

Ejemplo 1 (StepdowncontrolejemploHart.opj): Comparativa lazo abierto y lazo cerrado

Lazo abierto L d


Lazo abierto Lazo cerrado30V

20V

30V

10V

20V

10V

20V

40ms 45ms 50ms 55ms 60ms0V

40ms 45ms 50ms 55ms 60msV(V t) V(Vi ) V(V )

0V

9.0V9.0V

TimeV(Vout) V(Vin)

TimeV(Vout) V(Vin) V(Vc)

8.0V8.0V

6.0V

7.0V

6 0V

7.0V

30 Time

40ms 45ms 50ms 55ms 60msV(Vout)

Time

40ms 50ms 60msV(Vout)

6.0V

Ejemplo 1 (StepdowncontrolejemploHart.opj): Detalle lazo cerrado

Lazo cerrado


Lazo cerrado30V 8.2V

10V

20V

8.0V

40ms 45ms 50ms 55ms 60ms0V

10V

40ms 50ms 60ms7.8V

Time

40ms 45ms 50ms 55ms 60msV(Vout) V(Vin) V(Vc)

1.50V

Time


1.25V

31 Time

40ms 50ms 60msV(Vc)

1.00V

Ejemplo 2 (StepdowncontrolejemploHartInestable.opj):Simulación en lazo cerrado con inestabilidad (amplificador con solo un polo en el origen)


32

Ejemplo 2 (EjemploHartInestable.opj):Simulación en lazo cerrado con inestabilidad (amplificador con solo un polo en el origen)


40V 10V

20V

8V

-20V

0V

6V

Time

40ms 50ms 60msV(Vout) V(Vc) V(Vin)

Time

40ms 45ms 50ms 55ms 60msV(Vout)

10V

0V

5V

10

-5V

33 Time

40ms 50ms 60msV(Vc)

-10V

Ejemplo 3: Evaluación de la Función de transferencia de la etapa de potencia mediante Pspice(Stepdowncontrolejemploclase opj):


(Stepdowncontrolejemploclase.opj):

V) 1,5 de DCoffset (con V 8,1ˆ :PWM rV

V42V2,0FBk

)4(RW;36PV;12VV;30VkHz;100f 1,0r F; 697C H; 100L :down stepConversor

Loutoutins

C

V4,2REFV

) 4(RW;36PV;12VV; 30V kHz;100f Loutoutins

º60 :fase deMargen M

PARAMETERS:+-

E1

E

L1

100u

PARAMETERS:

PARAMETERS:Vin = 30Vout = 12

dAC1Vac0Vdc

EGAIN = {Vin} C1

697uRL4

R1D = {Vout/Vin}

0

0.1

34

Ejemplo 3: Evaluación de la Función de transferencia de la etapa de potencia mediante Pspice(Stepdowncontrolejemploclase.opj y CálculosEjHart2016.xlsx):

3.1. Control en modo de tensión

)()( dBG)()()(

sdsVsG out

PS

0

40

)()( dBsGPS

DB( V(RL:1)/ V(dAC:+))-40

0

)(_ sGFase PS-100d

0d

Frequency

10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHzP( V(RL:1)/ V(dAC:+))

-200dSEL>>

Frequency

Al elegir la frecuencia de corte debe elegirse de forma que se garantice que la fase total se mantendrá por encima de -180º en todo el rango de frecuencia.

35kHz 46,1cof

Ejemplo 3: Simulación en lazo abierto:2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

36

Ejemplo 3: Simulación en lazo cerrado:2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

37

Ejemplo 3: Comparativa (simulación con Vin=28V):2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

11.24V

11.26V 12.04V

12.00V

11.20V

11.18V19 0 19 2 19 4 19 6 19 8 20 0

11.96V

Lazo abierto Lazo cerrado

Time

19.00ms 19.25ms 19.50ms 19.75ms 20.00msV(RL:1)

Time

19.0ms 19.2ms 19.4ms 19.6ms 19.8ms 20.0msV(RL:1)


En lazo abierto el nivel DC no está bien ajustado. El rizado es aproximadamente el mismo; depende de los valores de los componentes de la etapa de potencia y de fs.

38

35V

Ejemplo 3: Comparativa:2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

35V

30V

35V

30V

25V 25V

16VV(Vin)

12.4V

12.8VV(Vin)

12V

12.0V

Time

20ms 30ms 40msV(RL:1)

8VSEL>>

L d Time


11.6VSEL>>

En lazo abierto el circuito no es capaz de corregir posibles variaciones de la entrada. En lazo cerrado sí, pero hay un tiempo de respuesta


39

pero hay un tiempo de respuesta.

Ejemplo 4 Ejemplo de diseño incorrecto (StepdowncontrolejemploclaseMal.opj):2. Control en modo de tensión. Diseño del lazo de control

)()()(

sdsVsG out

PS 40

)()( dBsGPS0

DB(V(RL:1)/V(dAC:+))-40

)(_: sGFaseVerde PS-100

-0

Rojo:

-200

Rojo:Amplificador de error

Azul:T t l

10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz

P(V(RL:1)/V(dAC:+))-90+(2* ATAN(Frequency*1.955/10e3)-2* ATAN(Frequency/(1.955*10e3)))*180/3.141592654 P(V(RL:1)/V(dAC:+))

/ / /

-300SEL>> Total

40

Frequency-90+(2* ATAN(Frequency*1.955/10e3)-2* ATAN(Frequency/(1.955*10e3)))*180/3.141592654

Voltage versus Current Mode Control3. Control en modo de corriente. Estructura de bloques

Se añade un lazo de realimentación interno, que toma como referencia la corriente de la inductanciainductancia.Existirá un máximo valor de iL quecorresponde al valor de Vout deseado (i*L).Se compara la corriente de la inductanciaSe compara la corriente de la inductancia(una señal de tensión proporcional a iL) con la señal de control del amplificador de error.El amplificador de error (que tiene gananciaEl amplificador de error (que tiene gananciainfinita) generará la señal necesaria para queVout coincida con la referencia. Ese valor esjustamente i*L.Hay un latch cuya salida se reinicia en cadaciclo, pero cuando iL supera i*L, el latch se resetea. Así, la anchura de pulso de la salidadel lacth corresponde al ciclo de trabajo

• Regulating the output voltage is the objective in both

del lacth corresponde al ciclo de trabajonecesario para conseguir la Vout deseada.

• Regulating the output voltage is the objective in both modes of control

41

Ahora Vout está controlada por iL. La función de transferencia relevante de la etapa de potencia es:

3. Control en modo de corriente. Diseño del lazo de control

)(~)(~

)(sisvsG

L

outPS

Cambia la forma de generar la señal PWM

El diseño del amplificador de error es igual, teneindo en cuenta la nueva función de transferencia de p g ,la etapa de potencia y de todo el lazo de control

E l 4 4 I thi l ill d i k t d t ll fExample 4-4 In this example, we will design a peak-current-mode controller for a Buck-Boost converter that has the following parameters and operating conditions:

100 HL , 697 FC , 0.01r , 100 kHzsf , 30VinV . The output power

18WoP in CCM and the duty-ratio D is adjusted to regulate the output voltage

12VoV . The phase margin required for the voltage loop is 060 . Assume that in the

voltage feedback network 1k voltage feedback network, 1FBk .

42

1. Conocer o determinar GPWM y KFB: (Ahora GPWM no aparece en el bucle de control)

3. Control en modo de corriente. Ejemplo

1FBK

2. Evaluar la función de transferencia de la etapa de potencia )(~)(~

)(sisvsG

L

outPS

F ió d t f i d l t d t i (C t l i t 4 j)Función de transferencia de la etapa de potencia (Controlcorriente4.opj)

PARAMETERS:0

+-

E1 GAIN = {Vin+Vout}

d

Lm = 100dac = 1

dd

L1 100u

E

+-

G1

GGAIN {IL}

Rs

1u

PARAMETERSRL

dAC{dac}0Vdc

Rc0.01

TX1

0

C1697u

PARAMETERS:

GGAIN = {IL}

0

PARAMETERS:Vin = 30Vout = 12IL = 2.1

0

RL8

COUPLING = 1PARAMETERS:D = {1/(Vin/Vout+1)}

0

L1_VALUE = {Lm}L2_VALUE = {D*D*Lm}

43

Función de transferencia de la etapa de potencia (Pspice)


kHz 5cof 0,034dB 36,29 PSG º6,89PS

44


sLD

Función de transferencia2(1- ) 1 - (1 )

(1 - )( ) (1 ) 1

o

L

sLDR D srCR Dv s

sRCi D

Función de transferencia de la etapa de potencia

(Solución Mohan)(1 ) 1

1 L sRCi D

D

0

20

( )PS dBG s

0

20

( )PS dBG s

-40

-20

( )PS dB

29.33dB

-40

-20

( )PS dB

29.33dB

0dDB(V(V_out)/I(L1))

deg( ) |PSG s

0dDB(V(V_out)/I(L1))

deg( ) |PSG s

1 0 3 0 10 30 100 300 1 0 3 0 10 30 100-100d

-50d

SEL>>

090

1 0 3 0 10 30 100 300 1 0 3 0 10 30 100-100d

-50d

SEL>>

090

45

Frequency

1.0Hz 3.0Hz 10Hz 30Hz 100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz 100KHzP(V(V_out)/ I(L1)) 5cf kHz Frequency

1.0Hz 3.0Hz 10Hz 30Hz 100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz 100KHzP(V(V_out)/ I(L1)) 5cf kHz

3. Evaluar la ganancia del amplificador de error para :


co

1coKFBPS GGG 38,29coG

4. Dado un margen de fase PM, calcular Boost

5. Calcular k para el amplificador de error6 C l l k l lifi d d6. Calcular kc para el amplificador de error7. Fijar R1 y determinar los demás elementos del amplificador de error

Todos estos pasos con las mismas ecuaciones que en el control en modo de tensión. Utilizo la mismahoja de Excel

46


47


Simulación en lazo abierto (topología diapositiva 10), Vin fijo

M1PARAMETERS:Vpwm

p g p j

M1

NMOSIDeal

f s = 100k+-

E1

EGAIN = 1

PARAMETERS:0 L1

Vin2

30

RL8

C1697u


PARAMETERS:

Vpwm100u

8 PARAMETERS:D = {1/(Vin/Vout+1)}VPWM

TD = 0

TF = {1/(10000*f s)}PW = {D/f s}

V1 = 0

TR = {1/(10000*f s)}

V2 = 10 R10.01

D1DIdeal

PW = {D/f s}PER = {1/f s} 0

0

48


Simulación en lazo abierto

15V

5V

10V

V(RL:1) V(Vpwm)0V

5V

2.5A

3.0AV(RL:1) V(Vpwm)

2.0A

2.5A

50.000ms 50.005ms 50.010ms 50.015ms 50.020ms 50.025ms 50.030ms 50.035ms 50.040ms 50.045msI(L1)

1.5ASEL>>

49

TimeI(L1)


Simulación en lazo abierto (topología diapositiva 10), Vin variablep g p

PARAMETERS:VpwmM1

NMOSIDeal

f s = 100k+-

E1

EGAIN = 1

PARAMETERS:0 L1

VinTD = 0

TF = 9mPW = 0PER = 10m

V1 = 25

TR = 1m

V2 = 35

RL8

C1697u


PARAMETERS:

Vpwm100u

PER = 10m

8D = {1/(Vin/Vout+1)}VPWM

TD = 0

TF = {1/(10000*f s)}PW = {D/f s}PER = {1/f s}

V1 = 0

TR = {1/(10000*f s)}

V2 = 10 R10.01

0

D1DIdeal

PER = {1/f s} 00

50


Simulación en lazo abierto (topología diapositiva 10), Vin variableT ió d t d lidTensión de entrada y salida

36V

32V

24V

28V

20V

16V

8V

12V

51 Time

10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20ms 22ms 24ms 25msV(Vin:+)- V(Vin:-) V(RL:1)

8V


Simulación en lazo cerrado (topología diapositiva 10), Vin variablep g p

VinTD = 0

V1 = 25V2 = 35

M1 PARAMETERS:f s = 100k+

E1

VPWMV1 = 0

Vclock Vpwm

kVout

H1H

TF = 9mPW = 0PER = 10m

TR = 1mNMOSIDeal

RLCL

-E GAIN = 2

PARAMETERS:Vin = 30Vout = 12IL = 2 33

TD = 0

TF = 0PW = {0.05/f s}PER = {1/f s}

V1 0

TR = 0

V2 = 5

0

0 L1

100u

GAIN = 1

0

kILVclockU6A

7402

23

1

RL8

697u IL 2.33

PARAMETERS:D = {1/(Vin/Vout+1)}Rc

0.01

D1DIdeal

0

V+

VrefV+

U3

+3

V+

7

6B2

5Vreset

R101meg

U6B

7402

56

4

Vpwm0

V-

Vreset kIL

VcU7LM111

OUT7

-3

G1

V-

4

0

C1 0V-

R1R2

12

0

Vc V515

V6

LF411-

2

V-4

OUT6

B110

V+

+2

V+8B/S

6

B5

V75

R11470

C1

371p

C2

30p

0

10k316k

kVout 15

V-

520


Simulación en lazo cerrado (topología diapositiva 10), Vin variableTensión de entrada y salida

35V

Tensión de entrada y salida

30V

25V

20V

15V

10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20ms 22ms 24ms 25ms10V

53

Time

10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20ms 22ms 24ms 25msV(RL:1) V(Vin:+)- V(Vin:-)


Simulación en lazo cerrado (topología diapositiva 10), Vin variable

5.0V 5.0V

Ampliación Vin=25V Ampliación Vin=35V

2.5V 2.5V

V(Vclock) V(Vpwm)0V

V(Vclock) V(Vpwm)0V

2.4

2.8( c oc ) ( p )

2.4

2.8

2.0

SEL>>

2.0

SEL>>

Time

10.00ms 10.01ms 10.02msI(L1) V(Vc)

1.6S

Time

11.000ms 11.005ms 11.010ms 11.015msI(L1) V(Vc)

1.6

54

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Capítulo 3 La capa de transporte - Academia Madrid Ingeniería Cartagena99 Centro de ...€¦ · · 2016-11-08A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides