DISEÑO Y REALIZACIÓN DEL CONTROL DE UN CONVERTIDOR CC/CC BASADO EN EL MICROCONTROLADOR PIC

Introducción

Este proyecto ha sido realizado en el departamento de Tecnología Electrónica, dentro del Grupo de Sistemas Electrónicos de Potencia.

“Electrónica de Potencia se puede definir como las aplicaciones de la electrónica de estado sólido para el control y la conversión de la energía eléctrica.

Al gestionar la energía eléctrica, se pueden realizar cuatro tipos de conversión:

  • Conversión CA/CC, se suele utilizar para aplicaciones en las que la carga requiera una corriente continua teniendo como fuente primaria de energía eléctrica una fuente de corriente alterna. A este tipo de convertidores se les suele denominar también rectificadores.
  • Conversión CA/CA, cuando es necesario convertir de un nivel de tensión o corriente a otro, pero siendo la salida y la entrada corriente alterna se hace uso de este tipo de convertidores, también llamados reguladores de alterna.
  • Conversión CC/CA, implementada gracias a los inversores, este tipo de conversión es muy útil para SAI (sistema de alimentación ininterrumpida), extracción de energía de paneles solares, etc. Cuando la fuente de energía primaria proporciona una corriente continua y la carga necesita corriente alterna para su correcto funcionamiento.
  • Conversión CC/CC, en este tipo de conversión es en el que está centrado el proyecto. Cuando se tiene una fuente primaria de energía de corriente continua y una carga que demanda corriente continua, pero en un nivel de magnitud distinto al de la fuente primaria se utiliza este tipo de conversión.

Los convertidores CC/CC son ampliamente utilizados en las aplicaciones que requieren una tensión de alimentación continua. Este tipo de convertidores suelen estar conectados a una red que ofrece una tensión continua no regulada, por ejemplo, si esta tensión continua es obtenida de la rectificación

Este tipo de convertidores suelen estar conectados a una red que ofrece una tensión continua no regulada obtenida de la rectificación, esta tensión, que se convertirá en la tensión de entrada al convertidor, puede fluctuar (oscilar) debido a la naturaleza senoidal de la tensión rectificada.

En la actualidad algunas de las aplicaciones en las que los microcontroladores se utilizan habitualmente son el control de balastros electrónicos y el control de convertidores conectados a paneles fotovoltaicos con gestión del punto de máxima potencia.

Dentro del Grupo de Sistemas Electrónicos de Potencia, existen experiencias previas en esta última aplicación, y para ello se utiliza un PIC16F873 del fabricante Microchip.

Objetivos

Los objetivos planteados para la resolución de este Proyecto Fin de Carrera son los que se exponen a continuación:

  • El objetivo principal es desarrollar el software y hardware necesario para la correcta implementación del control de un convertidor CC/CC. Dicho control deberá realizarse con un microcontrolador PIC del fabricante Microchip, y el convertidor CC/CC elegido tiene una topología reductora.
  • Uno de los objetivos secundarios de este proyecto es realizar una metodología sistemática para el desarrollo de controladores, de manera que el tiempo de diseño e implementación sea más reducido y fiable. Dicha tarea se ha de realizar con ayuda de herramientas como Mathcad, Matlab y PSIM, para realizar las pertinentes simulaciones y comprobaciones de los modelos obtenidos en el proceso de diseño.
  • Para la grabación de los PIC hay gran variedad de circuitos en el mercado, cuyos precios oscilan desde 6 €, hasta más de 130 €. Se pretende diseñar un circuito mediante el cual puedan programarse estos dispositivos en el mismo circuito de aplicación.

Breve descripción de la memoria

La memoria está dividida en tres grandes bloques: diseño y comprobaciones sobre el mismo del controlador en tiempo discreto, desarrollo del software y del hardware necesario para la correcta implementación del controlador y un último bloque de resultados experimentales. En este último bloque se realizarán comparativas entre los resultados obtenidos en las simulaciones de la fase de diseño y los resultados experimentales conseguidos con el hardware y software desarrollado durante la realización del proyecto.

A lo largo del segundo capítulo se diseñará un controlador en tiempo discreto. Los cálculos teóricos estarán orientados al diseño de un controlador en tiempo continuo, una vez obtenidos los parámetros que definen dicho controlador modelado en s, se discretizará con ayuda del Matlab para obtener los coeficientes necesarios de un controlador en tiempo discreto modelado en z.

En el siguiente capítulo se realiza un análisis del controlador obtenido para comprobar que cumple con las especificaciones impuestas: ancho de banda, margen de fase, etc. Todo ello se realiza con la aplicación de Matlab, SISO Tool.

En el cuarto capítulo se muestran las simulaciones necesarias para comprobar que todos los cálculos y comprobaciones anteriores han dado como resultado un controlador cuyo funcionamiento es el esperado. Para ello se obtiene la respuesta del controlador aplicando una señal cuadrada en la tensión de referencia.

En el siguiente capítulo, implementación del controlador se describen los distintos circuitos diseñados para poder implementar el controlador. La placa que incluye el PIC, el circuito grabador y una descripción del convertidor de continua empleado.

El sexto capítulo desarrolla el código realizado, los distintos módulos utilizados del PIC y el entorno que ha sido desarrollada la programación de dicho dispositivo.

El capítulo que sigue es una guía rápida de uso del grabador utilizado en este proyecto, donde se incluyen configuraciones del programa empleado, e IC-PROG, configuración del puerto serie y una visión muy general de prevención y solución de problemas en la grabación.

En el último capítulo de la memoria se exponen los resultados experimentales obtenidos, realizando una comparativa con los resultados obtenidos en las simulaciones.

Puedes descargar la memoría aquí.

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