REO-02 - Guia de Simulaçao (3)

Prévia do material em texto

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.XX, 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) 
 
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: 
 
Ciclo de 
Trabalho 
Frequência de 
Chaveamento 
Valor médio de 
𝒗𝒑𝒘𝒎 
𝐷 = 0. 𝑋𝑋 𝑓 = 50000 0,335v 
𝐷 = 0. 𝑋𝑋 ∗ 0,5 𝑓 = 50000 0,151v 
𝐷 = 0. 𝑋𝑋 𝑓 = 10000 0,446v 
𝐷 = 0. 𝑋𝑋 ∗ 0,5 𝑓 = 10000 0,228v 
Identificação do aluno 
Nome: Leonardo Monteiro da Sé 
Matrícula: 201611244 
 
 
 
 
 
 
GAT 107- Eletrôncia Industrial 
Universidade Federal De Lavras 
 
Observe que: 
 SE 𝑋𝑋 ≤ 10, então 𝑋𝑋 = 10; 
 SE 𝑋𝑋 ≥ 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 ciclo de trabalha nos indica o tempo que o 
sinal está no valor máximo, ou seja, no seu 
valor nominal. Esse tempo influência 
diretamente no valor médio do sinal 
modulado, visto que a média e calculada 
pela área do gráfico (D*Vmax). 
Por exemplo, em um sinal cujo o duty cicle 
e igual 50% (0,5) e a tensão máxima e igual 
10v, a tensão media desse sinal é igual a 5v. 
 
2. Discuta a influência da frequência de 
chaveamento no valor médio do sinal 
modulado. 
Não há relação alguma entre o valor médio 
e a frequência de chaveamento. 
A frequência de chaveamento ela só é 
importante em determinados momentos alta 
quando utilizamos MOSFET’s e baixa 
quando utilizamos IGBT’s. 
 
 
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: 
 
 
 
 
 
 
 
 
GAT 107- Eletrôncia Industrial 
Universidade Federal De Lavras 
 
 
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 
 
Mantenha os seguintes parâmetros para: 
Ciclo de Trabalho Frequência de 
Chaveamento 
𝐷 = 0. 𝑋𝑋 𝑓 = 50000 
Observando ainda que: 
 SE 𝑋𝑋 ≤ 10, então 𝑋𝑋 = 10; 
 SE 𝑋𝑋 ≥ 85, então 𝑋𝑋 = 85; 
 
E configure os tempos de simulação de forma que: 
 
 
4.1. Apresentação dos Resultados 
Apresente as formas de onda: Tensão no MOSFET 
𝑣𝑐ℎ(𝑡) e corrente que circula pelo mesmo 𝑖𝑐ℎ(𝑡) 
 
1. 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; 
 
 
 
 
 
 
 
GAT 107- Eletrôncia Industrial 
Universidade Federal De Lavras 
 
2. Selecione Ich e a multiplicação; 
 
 
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. 
Teórico: Pch = 408 w 
Simulado: Pch = 370,62w 
 
Os valores foram diferentes devido a perdas 
existentes no cicuito. 
 
2. Apresente os tempos que este MOSFET 
gasta para ligar e desligar (𝑡𝑜𝑛e 𝑡𝑜𝑓𝑓). 
 
𝑡𝑜𝑓𝑓 = 790ns 
𝑡𝑜𝑛 = 245ns