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GAT 107- Eletrôncia Industrial Universidade Federal De Lavras REO-02: Guia de Simulação – Modulação PWM e Semicondutores Período de Estudo: 10/06 a 16/06 Prof. Sílvia Costa Ferreira, Departamento de Automática, Universidade Federal de Lavras (UFLA) 1. O que vamos simular? O objetivo desta simulação é introduzir os conceitos de modulação por largura de pulso utilizada no acionamento de semicondutores, tais como MOSFETs e IGBTs. Também são explorados os conceitos de perdas em condução e de chaveamento. 2. Modulação PWM Utilizando o programa de simulação em Eletrônica de Potência PSIM® simule um circuito para modulação por largura de pulso utilizando um amplificador operacional no modo comparador. Lembre-se que na prática a modulação PWM na maioria das vezes é feita no microcontrolador, sem necessidade de circuitos analógicos externos. Utilizaremos o ampop apenas para reforçar os conceitos envolvidos. Configure os blocos da seguinte forma: Source -> Sawtooth Vpeak=1 Frequency = 50000 Fall time =0 Source -> DC -> Amplitude = 0.94, onde XX são os dois últimos números de matrícula. 3.1. Apresentação dos Resultados Apresente as formas de onda: 1. Tensão CC de referência (𝑣𝑟𝑒𝑓) e onda portadora dente de serra (𝑣𝑡𝑟𝑖) 𝑣𝑟𝑒𝑓 𝑣𝑡𝑟𝑖 2. Tensão PWM (𝑣𝑝𝑤𝑚) resultante da modulação Ajuste os valores da tensão 𝑣𝑟𝑒𝑓 e a frequência da onda 𝑣𝑡𝑟𝑖 de acordo com os valores apresentados na tabela abaixo e apresente os valores médios obtidos: Identificação do aluno Nome: Lucas Vasconcelos Prado Prado Panissa Matrícula: 201421394 GAT 107- Eletrôncia Industrial Universidade Federal De Lavras Ciclo de Trabalho Frequência de Chaveamento Valor médio de 𝒗𝒑𝒘𝒎 𝐷 = 0.85 𝑓 = 50000 5.00613 𝐷 = 0.85 ∗ 0,5 𝑓 = 50000 5.00613 𝐷 = 0.85 𝑓 = 10000 5.00613 𝐷 = 0.85 ∗ 0,5 𝑓 = 10000 5.00613 Observe que: • SE 𝑋𝑋 ≤ 10, então 𝑋𝑋 = 10; • SE 94 ≥ 85, então 𝑋𝑋 = 85; 3.2. Discussão dos Resultados Baseado nos resultados obtidos: 1. Discuta a influência do ciclo de trabalho no valor médio do sinal modulado. O duty cicle não afeta o valor médio pois ele afeta apenas a largura de pulso 2. Discuta a influência da frequência de chaveamento no valor médio do sinal modulado. A frequência afeta o duty cicle que não afeta o valor médio do sinal modulado 3. Acionamento de um MOSFET Para introduzir o acionamento de um MOSFET e avaliar suas características de chaveamento e condução, iremos utilizar um modelo real de MOSFET disponibilizado pelo PSIM, e montar o seguinte circuito: Dois componentes ainda não utilizados por vocês devem ser configurados nesta simulação: o driver e o MOSFET. O driver é representado no PSIM por um componente chamado ON-OFF controller (multi- level). Cuidado para não confundi-lo com o ON- OFF controller. Configure-o de acordo com a figura abaixo: Já no MOSFET buscaremos simular as perdas em condução (ajustando Rds_on) e as perdas de comutação. As perdas de comutação se dão devido aos atrasos ao ligar e desligar, consequência das capacitâncias parasitas do semicondutor. Configure o MOSFET de acordo com os parâmetros mostrados abaixo: GAT 107- Eletrôncia Industrial Universidade Federal De Lavras Mantenha os seguintes parâmetros para: Ciclo de Trabalho Frequência de Chaveamento 𝐷 = 0.85 𝑓 = 50000 Observando ainda que: • SE 𝑋𝑋 ≤ 10, então 𝑋𝑋 = 10; • SE 94 ≥ 85, então 𝑋𝑋 = 85; E configure os tempos de simulação de forma que: 4.1. Apresentação dos Resultados Apresente as formas de onda: 1. Tensão no MOSFET 𝑣𝑐ℎ(𝑡) e corrente que circula pelo mesmo 𝑖𝑐ℎ(𝑡) 2. Potência dissipada no MOSFET 𝑃𝑐ℎ = 𝑣𝑐ℎ(𝑡) ∗ 𝑖𝑐ℎ(𝑡) Para gerar o gráfico da potência siga os passos abaixo: 1. Adicione uma nova tela no seu gráfico; 2. Selecione Ich e a multiplicação; GAT 107- Eletrôncia Industrial Universidade Federal De Lavras 1. Finalize selecionando Vch e OK; 4.2. Discussão dos Resultados Baseado nos resultados obtidos: 1. Calcule os valores teóricos para perda de condução do MOSFET e compare com os valores medidos na simulação. A potência calculada foi de 4.05 W e a encontrada foi de 4.048W 2. Apresente os tempos que este MOSFET gasta para ligar e desligar (𝑡𝑜𝑛e 𝑡𝑜𝑓𝑓). 𝑡𝑜𝑛 = 4.03929e-008 segundos 𝑡𝑜𝑓𝑓 = 1.78780e-007 segundos
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