Estudio de ciclo límite en control digital de convertidores conmutados y técnicas digitales para evitarlo

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado tratará sobre el estudio de las oscilaciones indeseadas en sistemas de lazo cerrado controlados mediante tecnología digital llamadas ciclo límite, desglosando su origen, en qué condiciones aparece, los problemas que conlleva y una técnica para eliminarlo o atenuarlo. Al diseñar un sistema digital con una salida estable, pueden aparecer oscilaciones indeseadas de carácter aleatorio y de frecuencias muy bajas, lo que dificulta su eliminación. La oscilación del ciclo límite aparece solamente en reguladores digitales y la condición para que se dé es que estos cuenten con una resolución de ADC mayor que la del módulo PWM. De esta forma, se podrán leer valores en la tensión de salida con mayor precisión que la que tienen a la hora de actuar sobre la propia salida. La consecuencia directa de este hecho es la aparición de oscilaciones en el error, es decir, variará entre valores cercanos a cero sin llegar a serlo, y, con ello, la actuación sobre el sistema será variable y oscilante. La solución que propone este Trabajo Fin de Grado es la que se presenta en el artículo de Angel V. Peterchev y Seth R. Sanders llamado “Quantization Resolution and Limit Cycling in Digitally Controlled PWM Converters”, en el cual se convierten esas oscilaciones no controladas y poco predecibles en unas de mayor frecuencia y menor amplitud para su posterior eliminación mediante un filtro. Esta técnica es denominada “Dither” (del inglés “temblor”), ya que su fundamento es variar la actuación del módulo PWM sobre dos valores cercanos de manera periódica, de forma que la salida no sea fija y, con ello, reducir la oscilación indeseada de salida. En este Trabajo Fin de Grado se verán ejemplos prácticos de situaciones en las que aparece el ciclo límite y cómo se elimina o reduce tras aplicar la técnica