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universidade do estado de santa catarina cct – centro de ciências

1. Fonte Produ o do pr prio autor Esta estrat gia de modula o chamada de IPD In Phase Disposition pois as duas portadoras est o em fase Outro tipo semelhante de modula o a POD Phase Opposition Disposition que tamb m possui duas portadoras uma positiva e uma negativa Neste tipo de modula o as portadoras est o defasadas em 180 e n o ser utilizada pois apresenta risco de acionar dois interruptores num mesmo bra o simultaneamente nos cruzamentos das portadoras com zero Foram utilizadas tr s ondas senoidais de refer ncia defasados em 120 entre si Cada sinal foi conectado aos dois blocos de PWM Trif sico um com portadora positiva e um com portadora negativa conforme visto na Figura 91 99 Figura 91 Comando do inversor NPC simulado 3 ph PWM bel Ed dad Start Hardware Start N PWM F28335 Y Cp Stop PWM Stop PWM F28335 Fonte Produ o do proprio autor O restante dos componentes utilizados igual aos utilizados nas simula es anteriores O ganho dos sensores de 1 400 para a leitura do conversor A D no modo DC Para o circuito de ativa o dos geradores de PWM foram necess rios dois blocos Start PWM e dois Stop PWM Como sa da do NPC obt m se um sinal apresentando tr s n veis conforme visto na Figura 92 Atrav s da figura identificam se claramente os n veis corres
2. 0 0 004 0 008 0 012 0 016 Tempo s 0 02 Fonte Produ o do pr prio autor Da mesma forma como foi obtida a forma de onda da tens o para o interruptor SpA foi obtida para SO2A ou seja entre o Drain e o Source Esta forma de onda observada na Figura 121 Figura 121 Forma de onda da tens o entre o Drain e o Source do interruptor SO2A Tek SIS Trig d M Pos 1413us TRIGGER Tipo Origem 2 Quando Largura de pulso 11 4us mais p g 1 de2 CH2 10 0 M 5 00ms CH2 JL 18 8 f Nov 14 15 01 53 3056Hz Fonte Produ o do pr prio autor 129 Observa se que este interruptor apresenta forma de onda complementar para apenas meio perfodo do sinal de refer ncia ou seja para quando o sinal de refer ncia maior que zero Para os interruptores SnA e SO1A foram observadas formas de ondas semelhantes defasadas em 180 em rela o s formas de ondas mostradas anteriormente Na Figura 122 s o mostradas as formas de onda entre o Gate e o Source dos interruptores SpA e SO2A Pode se verificar que entre os sinais complementares n o verificado o tempo morto devido caracter stica capacitiva dos interruptores Figura 122 Verifica o da inexist ncia de tempo morto entre os sinais dos interruptores SpA e SO2A Tek All Trig d M Pos 200 0ns MEDIDAS CH4 DESL Pico a Pico CH1 DESL Pico a Pico CH4 DESL 3 M dico CH2 Frequ ncia CH2 T subida rd CH2
3. static float fPeriod float 60 150000000L static _CBigTime tmCarrierStart 0 0 _CBigTime tm GetBigTime unsigned long tmp1 tmp2 tmp1 tm tmLow tmCarrierStart tmLow tmp2 tm tmHigh tmCarrierStart tmHigh if tm tmLow gt tmCarrierStart tmLow tmp2 if tmp2 tmp2 amp amp tmp1 gt period tmp1 tmCarrierStart tmLow period if tmp1 lt tmCarrierStart tmLow tmp1 lt period tmCarrierStart tmHigh tmCarrierStart tmLow tmp1 tmp1 tm tmLow tmCarrierStart tmLow fVSAW1 360 tmp1 fPeriod fSIN1 sin fVSAW1 3 14159265 180 fVDC2 120 fSUMP1 fVSAW1 fVDC2 fSIN2 sin fSUMP1 3 14159265 180 fSUM1 fVSAW1 fVDC2 fSIN3 sin fSUM1 3 14159265 180 PS SetPwm3ph1Uvw fSIN1 fSIN2 fSIN3 PS SetPwm3ph2Uvw fSIN1 fSIN2 fSIN3 PS_ExitPwmiGeneral void Task_1 DefaultType fTI DIN1 fNOT1 fTI_ADC1 fVDC5 fSUM2 fTI ADC1 1 fSUM3 fTI ADC1 2 fSUM4 fTI DIN1 PS GetDigitInA amp Uint32 1 lt lt 20 1 0 fTI ADC1 PS_GetDcAdc fTI ADC1 1 PS GetDcadc 1 fTI ADC1 2 PS GetDcadc 2 fNOT1 IfTI DIN1 if fNOT1 gt 0 j if fNOT1 gt 0 PS StartPwm3ph1i 102 PS_StartPwm3ph2 if fTI_DIN1 0 PS_StopPwm3ph1 e fTI_DIN1 0 PS StopPwm3ph2 i fVDC5 1 5 fSUM2 fTI ADC1 fVDC5 ifdef DEBUG fGbIVAB fSUM2 endif fSUM3 fTI ADC1 1 fVDC5 ifdef DEB
4. A partir do circuito simulado foi gerado o c digo em linguagem C visto a seguir PEE aeoo ooo kkk kkk kkk kkk kkk ok ok kok kok kok kok kek A This code is created by SimCoder Version 9 1 for TI F28335 Hardware Target 74 SimCoder is copyright by Powersim Inc 2009 2011 Date November 02 2014 17 42 06 KKK K K K K K K K KK K K K K FK K K K FK K K FK K FK K K K ok K FK FK FK K K K K K K K K K ok K K K K K K FK K FK 2k K K FK 9k FK 9k K K K K K K K K K K K K K K 2k K K K K K K include lt math h gt include PS_bios h typedef float DefaultType define GetCurTime PS_GetSysTimer interrupt void Task void Task_1 DefaultType fGbIVAB DefaultType fGblVBC DefaultType fGblVCA typedef struct unsigned long tmLow unsigned long tmHigh _CBigTime ve li SOS oO SO oO 3 _CBigTime GetBigTime void static _CBigTime tm 0 0 unsigned long curTime GetCurTime if curTime lt tm tmLow tm tmHigh tm tmLow curTime return tm J interrupt void Task DefaultType fVSAW1 fSIN1 fVDC1 fSUMP1 fSIN2 fSUM1 fSIN3 PS EnableIntr static unsigned long period unsigned long 150000000L 60 static float fPeriod float 60 150000000L static _CBigTime tmCarrierStart 0 0 _CBigTime tm GetBigTime unsigned long tmp1 tmp2 tmp1 tm tmLow tmCarrierStart tmLow tmp2 tm tmHigh tmCarrierStart tmHigh if tm tmLow gt tmCarrierStart t
5. es do modulador de PWM Figura 29 Configura es do modulador de PWM Trif sico Parameters Other Info Color 3 phase PWM generator TI F28335 Name PWM Source 3 phase PWM 123 IT x UseTrip Zone 6 Disable Trip Zone 6 DI Los Dead Time ES FT J Trip Action High impedance i Sampling Frequency 10K CD xl Peak to Peak Value 2 mis PWM Freq Scaling Factor zl z Offset Value a KE s Carrier Wave Type Triangular wave vw z Initial Input Value u lo Ta Trigger ADC Do not trigger ADC x Initial Input Value v o Cas ADC Trigger Position o TC lt l Initial input Value w o Us Use Trip Zone 1 Disable Trip Zone 1 v Start PWM at Beginning start I Use Trip Zone 2 Disable Trip Zone 2 slf d Use Trip Zone 3 Disable Trip Zone3 v I Use Trip Zone 4 Disable Trip Zone 4 zl Li Display Display TI_PWM3PH1 E Use Trip Zone 5 Disable Trip Zone 5 D WI Fonte PSIM 46 3 2 START PWM E STOP PWM Os blocos de Start PWM e Stop PWM apresentados na Figura 30 t m como fun o ativar ou desativar os geradores de PWM Ambos os componentes apresentam apenas uma entrada sendo que o bloco ativado se a entrada for de nivel l gico alto valor maior que 0 5 Figura 30 Blocos a Start PWM e b Stop PWM Start 4 Stop PWM PWM F28335 F28335 a b Fonte Produ o do pr prio autor Para configurar ambos os blocos basta escolher qual canal
6. Forma de onda da tens o entre o Drain e o Source do interruptor SOZA 128 Figura 122 Verifica o da inexist ncia de tempo morto entre os sinais dos interruptores SpA ESSO EE 129 Figura 123 Tens o do barramento CC e corrente de sa da da fase A 130 Figura 124 Tens o e corrente de sa da da fase A do NPC eee ken 130 Figura 125 Correntes das tr s fases do NPCM erra 131 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Valores utilizados para simula o do Conversor Buck 22 Tabela 2 Funcionamento do Inversor Ponte Completa E keke keke 25 ADC CA CC CCS DSC IPD LED NPC NPCm PI PLL POD PWM SCI SPI TI ZOH LISTA DE ABREVIATURAS Analog to Digital Converter Corrente Alternada Corrente Continua Code Composer Studio Digital Signal Controler In Phase Disposition Light Emitting Diode Neutral Point Clamped Modified Neutral Point Clamped Proporcional Integral Phase Locked Loop Phase Opposition Disposition Pulse Width Modulation Serial Communication Interface Serial Peripheral Interface Texas Instruments Zero Order Hold SUMARIO 1 INTRODU O EE 15 2 CONVERSORES ELETR NICOS B SICOS meme 17 2 1 CONVERSOR BUCK dan ees SS 17 29 COCA n ke io n n AA A WA RER 24 3 COMPONENTES DO SIMCODER neee eker 31 3 1 SA DAS COM MODULA O PWM erkeke ekere ekere eker erek ke 32 gett PWM Unico eet na HH HH HH 34 3 1 2 PW M
7. unsigned long tmHigh _CBigTime 9 3 9 9 _CBigTime GetBigTime void static CBigTime tm 0 0 unsigned long curTime GetCurTime if curTime lt tm tmLow tm tmHigh tm tmLow curTime return tm interrupt void Task DefaultType fVSAW10 fSIN13 fVDC19 fSUMP18 fVDC29 fSUMP26 fSIN24 fSUM12 fSUMP25 DefaultType fSIN25 fSUMP27 fSIN23 fSIN16 fSIN17 PS_EnableIntr static unsigned long period unsigned long 150000000L 60 static float fPeriod float 60 150000000L static _CBigTime tmCarrierStart 0 0 _CBigTime tm GetBigTime unsigned long tmp1 tmp2 tmp1 tm tmLow tmCarrierStart tmLow 120 ifdef endif tmp2 tm tmHigh tmCarrierStart tmHigh if tm tmLow gt tmCarrierStart tmLow tmp2 if tmp2 tmp2 amp amp tmp1 gt period tmp1 tmCarrierStart tmLow period if tmp1 lt tmCarrierStart tmLow tmp1 lt period tmCarrierStart tmHigh tmCarrierStart tmLow tmp1 tmp1 tm tmLow tmCarrierStart tmLow FVSAW10 360 tmp1 fPeriod fSIN13 sin fVSAW10 3 14159265 180 _DEBUG fGblVinA fSIN13 PS_SetPwm1Rate fSIN13 fVDC19 120 fSUMP18 fVSAW10 fVDC19 fVDC29 180 fSUMP26 fSUMP18 fVDC29 fSIN24 sin fSUMP26 3 14159265 180 PS_SetPwm2Rate fSIN24 fSUM12 fVSAW1 fVDC19 fSUMP25 fSUM12 fVDC29 fSIN25 sin fSUMP25 3 14159
8. Ge fOR2 i PS_StopPwm 3 i fOR2 PS_StopPwm 4 if fOR2 0 PS StopPwm 5 ifdef _DEBUG fGb1VA fSUM9 endif fNOT18 0 PS _ClearDigitOutBitA Uint32 1 lt lt 31 PS_SetDigitOutBitA Uint32 1 lt lt 31 fOR4 0 PS_ClearDigitOutBitB Uint32 1 lt lt 34 32 PS SetDigitOutBitB Uint32 1 lt lt 34 32 void Initialize void d 123 PS SysInit 30 10 PS StartStopPwmClock 0 PS InitTimer 0 9xffffffff PS InitPwm 1 1 40000 1 0 5e 6 1e6 PWM TWO OUT 10665 pwnNo waveType frequency deadtime outtype PS SetPwmPeakOffset 1 1 3 O 1 0 1 3 PS SetPwmIntrType 1 ePwmNoAdc 1 0 PS SetPwmVector 1 ePwmNoAdc Task PS SetPwmTripZone 1 1 eTzEnOneShot PS_SetPwmTzAct 1 eTZHighImpedance PS SetPwmiRate 0 PS_StopPwm 1 PS InitPwm 2 1 40000 1 5e 6 1e6 PWM TWO OUT 10665 pwnNo waveType frequency deadtime outtype PS SetPwmPeakOffset 2 1 3 O 1 0 1 3 PS SetPwmIntrType 2 ePwmNoAdc 1 0 PS SetPwmTripZone 2 1 eTzEnOneShot PS_SetPwmTzAct 2 eTZHighImpedance PS SetPwm2Rate 0 PS StopPum 2 PS InitPwm 3 1 40000 1 5e 6 1e6 PWM TWO OUT 10665 pwnNo waveType frequency deadtime outtype PS SetPwmPeakOffset 3 1 3 O 1 0 1 3 PS SetPwmIntrType 3 ePwmNoAdc 1 0 PS SetPwmTripZone 3 1 eTzEnOneShot PS SetPwmTzAct 3 eTZHighImpedance PS SetPwm3Rate 0 PS StopPwm 3 PS I
9. Modo 4 Utiliza uma onda triangular como portadora Neste modo enquanto os sinais de entrada s o maiores que a portadora os sinais de sa da permanece em nivel l gico baixo como pose ser visto na Figura 27d 5 Modo 5 Utiliza uma onda triangular como portadora Neste modo a sa da PWMxA se comporta igual ao modo 4 por m na sa da PWMxB ocorre o contr rio enquanto o sinal de entrada for maior que a portador o sinal de sa da permanece em n vel alto conforme ilustrado na Figura 27e 6 Modo 6 Utiliza uma onda triangular como portadora Neste modo as entradas interferem somente na sa da PWMxA enquanto a sa da PWMxB permanece fixa com a mesma frequ ncia da portadora e raz o c clica igual a 0 5 A entrada CA determina o ponto em que o sinal de sa da passa do n vel l gico baixo para o alto tendo como refer ncia a rampa de subida da portadora enquanto a entrada CB determina o ponto em que o sinal volta para o n vel baixo tendo como refer ncia a rampa de descida da portadora Os modos 1 2 4 e 5 podem ser utilizados quando se tem dois sinais de refer ncia e n o se deseja ter os sinais complementares do PWM J os modos 3 e 6 podem ser utilizados para se obter a diferen a entre dois sinais constantes 3 1 5 PWM Trif sico O bloco de PWM Trif sico consiste em tr s moduladores monof sicos em somente um bloco Este modulador possui tr s entradas de refer ncia uma para cada fase chamadas de u v e w e seis sa da
10. Na Figura 61 pode ser visto um circuito de simula o para o teste de alguns elementos Foi utilizado um conversor A D para obter uma entrada anal gica O valor obtido do conversor A D usado como entrada para um gerador de PWM monof sico Foi utilizada tamb m uma entrada digital um Start PWM e um Stop PWM para ligar e desligar o gerador de PWM Por fim foi utilizada uma sa da digital apenas para mostrar o estado de funcionamento do gerador de PWM Figura 61 Circuito de simula o para testes de alguns elementos do SimCoder ADC 1 p h PWM D A gt X 4 pel F28335 3 onfiguratio E F28335 et t ji F28335 sous 4 HEK Asi H gt be JL j i SZ o eben i TI F28335 Fonte Produ o do pr prio autor O conversor A D foi configurado para leitura cont nua no modo DC e com ganho unit rio O bloco de PWM e os blocos Start e Stop PWM foram todos configurados para o canal PWM1 que utiliza as portas GPIOO e GPIO1 Al m disso o bloco de PWM foi configurado para ter entrada de 0 a 3V e para n o come ar ligado Para a entrada e para a 64 sa da digital foram utilizadas respectivamente as portas GPIOS e GPIO6 n o utilizando a entrada digital como interrup o externa O modulador de PWM foi configurado para valor de pico a pico de 3V valor de offset O tempo morto de 0 5us e frequ ncia de 20kHz Na Figura 62 mostrada a janela de configura es do modulado
11. Port Position for Output3 Notused C A Port Position for Output4 Notused lf z Port Position for Output5 Notused lf z Port Position for Output6 Notused lf J Port Position for Output 7 Notused r z Fonte PSIM 3 6 CAPTURE E CAPTURE STATE O bloco de Captura apresentado na Figura 42 capaz de gerar interrup es a partir do sinal de entrada Figura 42 Bloco de Captura Capture F28335 Fonte Produ o do pr prio autor Nas configura es deste bloco encontramos 53 e Capture Source Defini o da porta correspondente que se deseja usar Percebe se que as portas disponiveis para este componente sao as mesmas que para o gerador de PWM nico e Event Filter Prescale Defini o do valor que dividir o sinal de entrada e Timer Mode Deve se escolher o modo de contagem de tempo entre modo absoluto ou diferencial Na Figura 43 mostrada a janela de configura es deste componente Figura 43 Configura es do bloco de Captura Parameters Other Info Color Capture single counter TI F28335 Display Name TI_CAPSINGLE1 E Capture Source Capture 1 GPI05 v LES Event Filter Prescale No prescale sl rei Timer Mode Absolute time sl Li Fonte PSIM O componente de Estado de Captura apresentado na Figura 44 apresenta nivel l6gico alto em sua sa da quando o sinal de captura ativado e n vel l gico baixo quando o sinal de captura desat
12. foi utilizado um potenci metro permitindo uma varia o de O a 3 5V aproximadamente Na Figura 94 pode se ver o sinal PWM gerado pelo DSC medido na porta GPIOO00 e o sinal de entrada do conversor A D que corresponde raz o c clica do PWM medido na porta ADCAO do DSC Figura 94 Leituras do sinal de PWM e da tens o de entrada do conversor A D Tek JL Trig d M Pos 0000s MEDIDAS CH1 Frequ ncia Fame jeana hesar praan piam 20 0 kHz RR CHI D M dia kud 1 814 CH2 Max 1 84 pothesis ee cto ree parr i ie ert bee tee att CH2 Frequ ncia 3 r CH1 Nenhum CH1 200 CH2 2007 M 25 0us CH1 7 1 634 11 Ag0 14 16 13 13 3375kHz Fonte Produ o do pr prio autor O modulador PWM monof sico gera dois canais complementares conforme visto na Figura 95 O segundo canal do PWM pode ser medido na porta GPIO 01 106 Figura 95 Sinais PWM complementares obtidos Tek Il i T io d M Pos 0 000s MEASURE 7 CHI Freq 20 00kHz CH1 RMS ed 163V CH2 Freq P 20 00kHz CH2 9 RMS 2 87V CH1 None CH1 2004 CH2 200 M 25 0 us CH2 4 1 26V 30 Aug 14 03 15 13 3370kHz 2 Fonte Produ o do pr prio autor Na Figura 96 pode se ver atrav s das linhas pontilhadas que o tempo morto entre os dois sinais de PWM gerados realmente 0 5us verificando com o valor configurado no componente atrav s da simula o do PSIM Figura 96 Tempo morto entre os canais de PWM Tek S
13. morto entre os comandos dos interruptores Sp e Sn e entre S01 e S02 As perturba es nos picos das senoides possuem a mesma causa 118 Figura 112 Tens o e corrente de safda da fase A do conversor NPCm VAout IA 40 40 o 0 004 0 008 0 012 0 016 0 02 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor Retirando se o n vel de offset das portadoras dos moduladores PWM as perturba es s o eliminadas conforme mostrado na Figura 113 Figura 113 Tens o e corrente de sa da do conversor NPCm sem perturba es VAout IA CH 0 005 0 01 0 015 0 02 Tempo S Fonte Produ o do proprio autor 119 A partir da realiza o da simula o do conversor NPCm o c digo abaixo foi gerado SER O kok ok ICCC ok kok kok kok kok kok k k k AK ok ok This code is created by SimCoder Version 9 1 for TI F28335 Hardware Target SimCoder is copyright by Powersim Inc 2009 2011 Date December 08 2014 14 10 43 Reg d include lt math h gt include PS bios h typedef float DefaultType define GetCurTime PS GetSysTimer interrupt void Task void Task 1 DefaultType fGblVinA DefaultType fGb1V_IB DefaultType fGblIV IC DefaultType fGblVbus 5 DefaultType fGbIVbusGND 0 0 DefaultType fGbIVC DefaultType fGbIVB 3 3 li OG Gi Gi Gi Gi A Sa A DefaultType fGb1V_IA DefaultType fGb1VA typedef struct unsigned long tmLow
14. o Td Carrier Wave Type Triangular wave I x Initial Input value lo O E Trigger ADC Do not trigger ADC zi Start PWM at Beginning Do notstart lf J ADC Trigger Position ln CS Use Trip Zone 1 Oneshot gt LS Use Trip Zone 2 Disable Trip Zone2 z Use Trip Zone 3 Disable Trip Zone 3 Li Fonte PSIM Na Figura 108 s o observadas as formas de onda da senoidal de refer ncia para a fase A do Conversor NPCm e as safdas dos geradores de PWM para as chaves Sp e Sn Figura 108 Sinal de Refer ncia e Sinais de PWM gerados Vpwm1 Vpwm2 VinA 0 5 0 0 004 0 008 0 012 0 016 0 02 Tempo s Fonte Produ o do proprio autor 115 O NPCm utilizado apresentava diversos sensores utilizados para leituras de tens o dos valores de entrada e de tens o e de corrente dos valores de safda Para tal foram utilizados oito canais do conversor A D Estes canais foram previamente determinados portanto n o foi poss vel alter los Todos os canais foram configurados para o modo DC e para terem ganho unit rio Na Figura 109 observa se o circuito em que se encontra o conversor A D e os valores lidos Observa se que para as leituras das tens es e de corrente de sa da do NPCm foram inseridos e posteriormente retirados um n vel de offset de 1 5V para apresentarem valores entre 0 e 3V conforme requer o conversor A D no modo DC Observa se que n o poss vel escolher a frequ ncia de amostrag
15. o do pr prio autor O diodo D exerce duas fun es dependendo da etapa em que o circuito se encontra Na primeira etapa com o interruptor fechado o diodo encarregado de bloquear qualquer poss vel corrente contr ria corrente imposta pela fonte Com o interruptor aberto ou seja na segunda etapa o diodo entra em roda livre possibilitando que a corrente do indutor L circule pela carga A Figura 3 representa o funcionamento do conversor Buck durante a segunda etapa 19 Figura 3 Segunda etapa de opera o do conversor Buck S L Vo R Fonte Produ o do pr prio autor Operando em modo de condu o cont nua o conversor Buck apresenta corrente eficaz menor que no modo de condu o descont nua tornando a condu o cont nua uma melhor op o As principais formas de onda do funcionamento do conversor Buck em condu o cont nua podem ser observadas na Figura 4 Figura 4 Formas de onda do conversor Buck a Tens o no diodo b Corrente no Indutor c Corrente na chave d Corrente no diodo t F 1 Etapa 2 Etapa Von Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor 20 Observa se que as formas de ondas apresentadas s o encontradas quando o conversor encontra se em regime permanente Nas formas de onda apresentadas observa se que T o per odo de chaveamento e f o tempo em que o interruptor permanece fechado A raz o entre os dois tempos mencionados chamado de raz o c clica ou
16. para apenas um dos grupos de oito canais ou para os dois grupos ou seja para os 16 canais Este modo utilizado para o gatilho dos geradores de PWM Para cada canal utilizado do conversor A D deve ser configurado um modo entre AC e DC e o ganho da sa da 50 Figura 37 Configura es do bloco Conversor A D Parameters Other Info Color AP converter TI 28335 Fonte PSIM 3 5 ENTRADAS E SA DAS DIGITAIS Estes blocos t m como fun o configurar quais as entradas e sa das digitais Ambos possuem oito entradas e oito sa das Na Figura 38 mostrado o bloco de entradas digitais Figura 38 Bloco de Entradas Digitais Fonte Produ o do pr prio autor No bloco de Entradas Digitais preciso configurar quais portas GPIO ser o usadas e se ser o utilizadas como interrup o externa A janela de configura es deste componente mostrada na Figura 39 51 Figura 39 Configura es do bloco de Entradas Digitais Parameters Other Info Color Digital input TI F28335 Display Display Name mon Use as External Interrupt fo 3 Port Position for Input 0 Not used x1 PortPositonforInput6 Notused v Use as External Interrupt No zl ci Use as External Interrupt no sl Port Position for Input 1 Not used x PortPosition for input Notused d Use as External Interrupt No I z Use as External Interrupt No DI Port Position for Input2 Notu
17. pc Jr Ch A0 Gain 64 Li Ch A1 Mode pc T i Ch A1 Gain 4 gifs Ch A2 Mode ac DI ro p wm Fonte Produ o do pr prio autor O conversor A D foi configurado com ganho de 64 e 4 para os canais AO e Al respectivamente para compensar a redu o dos sensores de tens o e de corrente Para o canal A2 foi utilizado ganho unit rio e para todos os canais utilizados foram utilizados no modo DC O bloco de PWM foi configurado conforme visto na Figura 69 Os blocos de entrada digital Start e Stop PWM constituem uma l gica para ativar e desativar o bloco de PWM atrav s de um bot o que pode ser ligada ao DSC A sa da digital simplesmente indica se o bloco de PWM est ligado ou n o podendo ser visualizado atrav s de um LED 74 Figura 69 Configura es do bloco de PWM utilizado para o conversor Buck Parameters Other Info Color Single phase PWM generator TI F28335 Help Display Display Name mwm TT Use TripZone 4 Disable Trip Zone 4 x 3 PWM Source wmi lt TC z Use Trip Zone 5 Disable Trip Zone I Output Mode Use pu A88 lf z Use Trip Zone 6 Disable Trip zone6 I Dead Time oss T z Trip Action High impedance I PWM Frequency ok IT zl Peak to Peak Value br j l l Bm PWM Freq Scaling Factor 1 zl z Offset Value jo Wa Carrier Wave Type Triangular wave gt IT J Initial Input Value fo Cie Trigger ADC Do not tigger ADC x Start PWM at Beginning
18. que podem ser encontrados no menu em Elements SimCoder for CodeGeneration TI F28335 Target importante que antes de realizar uma simula o utilizando um dos componentes do SimCoder seja configurado o controle de simula o Na Figura 15 pode se observar o s mbolo e a janela de configura es do controle de simula o Figura 15 Controle de Simula o do PSIM a S mbolo e b Janela de par metros Parameters simCoder Color Parameters Help Time step 1E 005 E Te TH Total time 0 01 Free run Print time Print step Load flag Save flag Hardware Target None y Fonte PSIM Na Figura 15b em Hardware Target deve se selecionar a op o TI F28335 e sua direita RAM Debug para ser utilizado posteriormente no software do DSC o Code Composer Studio O processo para a gera o do c digo ser explicado ap s a apresenta o dos componentes do SimCoder O DSC F28335 possui oitenta e oito pinos que podem ser configurados como sa das de PWM entradas e sa das digitais encoders trip zones contadores ou captures Ele possui tamb m dezesseis pinos exclusivos para os conversores A D 32 3 1 SA DAS COM MODULA O PWM Uma modula o PWM consiste em transformar um n vel de tens o de refer ncia em uma onda quadrada de raz o c clica proporcional a esta tens o A raz o c clica de um sinal PWM a raz o entre o tempo em que a onda se mant m em n vel alto e o per odo da ond
19. ser o utilizados livros de eletr nica de pot ncia BARBI 2006 MARTINS e BARBI 2006 Por fim ser o realizados testes dos c digos gerados em conversores estudados Ser o utilizados modelos did ticos encontrados em laborat rio T m se como objetivo verificar a efic cia do processo de simula o gera o do c digo e implementa o do controle no DSC apresentando os resultados obtidos 17 2 CONVERSORES ELETRONICOS BASICOS A Eletr nica de Pot ncia pode ser definida como uma ci ncia aplicada dedicada ao estudo dos conversores est ticos de energia el trica BARBI 2006 Conversores est ticos s o sistemas capazes de realizar algum tipo de tratamento da energia el trica apresentando elementos passivos isto resistores indutores e capacitores e ativos elementos que realizam algum tipo de interrup o como diodos tiristores e transistores Entre as principais fun es dos conversores est ticos podemos destacar Retificador capaz de transformar corrente alternada em corrente cont nua Conversor Direto de Frequ ncia capaz de converter tens o alternada em outra de frequ ncia diferente Inversor encarregado de transformar corrente cont nua em corrente alternada e Conversor CC CC capaz de alterar o n vel de corrente cont nua Neste trabalho ser o estudados exclusivamente os Conversores CC CC e os Inversores tamb m conhecidos como Conversores CC CC Entre os conversores CC CC ser estudado o co
20. 1e6 PWM TWO OUT 34115 pwnNo waveType frequency deadtime outtype PS SetPwmPeakOffset 2 3 1 5 1 0 3 PS SetPwmIntrType 2 ePwmNoAdc 1 0 92 PS_SetPwmVector 2 ePwmNoAdc Task PS SetPwm2Rate 0 PS StopPwm 2 PS InitPwm 1 1 20000 1 5e 6 1e6 PWM TWO OUT 34115 pwnNo waveType frequency deadtime outtype PS SetPwmPeakOffset 1 3 1 5 1 0 3 PS SetPwmIntrType 1 ePwmNoAdc 1 0 PS SetPwmiRate 0 PS StopPwum 1 PS ResetAdcConvSeg PS SetAdcConvSeg eAdcCascade 1 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 1 1 PS_AdcInit 0 PS InitDigitIn 5 100 PS_StartStopPwmClock 1 void main Initialize PS EnableIntr Enable Global interrupt INTM PS EnableDbgm for G Task 1 5 3 INVERSOR TRIF SICO Para a simula o do inversor trif sico foi utilizado o circuito apresentado na Figura 86 onde a fonte Vin de 24V e a carga trif sica apresenta R1 R2 R3 5Q e L1 L2 L3 0 01H Para se medir a sa da do inversor foram utilizados tr s canais de um conversor A D medindo as tens es de fase na carga trif sica Os sensores apresentam ganhos de 1 16 para que o valor de tens o ap s os filtros passa bandas esteja entre 1 5V e 1 5V do modo AC do conversor A D Por m s o adicionados n veis de offset de 1 5V para utilizar o conversor A D no modo DC Para compensar este ganho dos sensores o conversor A D foi configurado para t
21. 5 004 M 250ns CH2 JL 80 0m CH3 5 004 f Nov 14 16 03 833 371Hz Fonte Produ o do pr prio autor Foram ent o obtidas as formas de onda da corrente e da tens o do barramento CC Na Figura 123 podem ser observadas as formas de onda Percebe se que a corrente de sa da do NPCm apresenta uma distor o quando passa por zero assim como na simula o que ocorre devido ao tempo morto entre os canais de PWM em um mesmo bra o do conversor Este tempo morto por sua vez ocorre devido ao pequeno n vel de offset da portadora Observa se que a tens o do barramento CC de 17 6V enquanto que a corrente apresentava 1 6A de amplitude 130 Figura 123 Tens o do barramento CC e corrente de safda da fase A Tek ELE Trig d M Pos 1413us MEDIDAS CH3 DESL T subida CH2 DESL Max d CH4 d9 M dio 17 64 CH3 DESL Max CH2 DESL T subida CH1 1 004 M 5 00ms CH1 A 5 35m4 CH4 10 0 Nov 1414 44 60 0020Hz Fonte Produ o do pr prio autor Na Figura 124 s o vistos as formas de ondas da tens o e a corrente de sa da da fase A do conversor Observa se que a tens o do barramento CC foi aumentada de forma que a tens o de sa da apresenta amplitude de aproximadamente 14V e a corrente de 5A Figura 124 Tens o e corrente de sa da da fase A do NPCm Tek SEI Trig d M Pos 14191 MEDIDAS H CH4 Pico a Pico 28 04 CH1 Pico a Pico 3 804 CH4 do M dio 33 0m CH3 DESL Max CH2 DESL T subida CH1 5 00
22. Completa Estado S1 S2 S3 S4 Tens o de sa da 1 Ligado Desligado Desligado Ligado Vin 2 Ligado Desligado Ligado Desligado 0 3 Desligado Ligado Ligado Desligado Vin 4 Desligado Ligado Desligado Ligado 0 Fonte Produ o do pr prio autor baseado em Ahmed Eletr nica de Pot ncia AHMED 2000 26 Uma op o de comando para o inversor ponte completa utilizar os estados 2 e 3 apresentados na tabela Utilizando apenas um sinal de refer ncia comandam se simultaneamente os interruptores S1 e S4 com um sinal de PWM e com o complemento deste sinal comandam se simultaneamente os interruptores S2 e S3 Desta forma obt m se uma onda quadrada de tens o m xima Vin e tens o m nima Vin Por m pode se comandar este inversor utilizando os quatro estados apresentados Iniciando pelo estado 2 com os interruptores S1 e S4 conduzindo e com S2 e S3 n o conduzindo Em seguida liga se o interruptor S3 e desliga se S4 mantendo se os interruptores S1 e S2 como estavam na etapa anterior conforme mostra o estado 1 Mant m se ent o os interruptores S3 e S4 invertendo os estados dos interruptores S1 e S2 referente ao estado 3 Por fim no estado 4 mant m se os interruptores Sl e S2 desativa se S3 e liga se o interruptor S4 Estas etapas produzem na carga uma onda quadrada que apresenta tr s n veis diferentes A modula o para este tipo de comando feita com duas senoidais de refer nci
23. Conversores Chaveados Controle Digital LISTA DE FIGURAS Figura 1 Topologia b sica do Conversor Buck eee 18 Figura 2 Primeira etapa de funcionamento do conversor Buck 18 Figura 3 Segunda etapa de opera o do conversor Buck eee kekk 19 Figura 4 Formas de onda do conversor Buck a Tens o no diodo b Corrente no Indutor c Corrente na chave d Corrente no diOdO keke xe keke k keke ke kek k k keke 19 Figura 5 Tens o de saida do conversor BUCK L ekere kek kek ek ke kek 20 Figura 6 Modelo simplificado do conversor Buck 21 Figura 7 Compara o entre as tens es do conversor comutado e a resposta do modelo cotin 0 ODEO iiy A na ke use tt ese bi ae eee eee da a oes ea aa 23 Eemere Inversor Meet Ee Bees aoe haa ee 24 Figura 9 Inversor Ponte Completa EE 25 Figura 10 Tens o de safda do Inversor Ponte Completa em tr s niveis e sinais de refer ncia BEHOLGC AIS antes toll paca ago spa ass Ta pra tos eben ace ege 26 Figura 11 Inversor Trt asicO EE 27 Figura 12 Sinais de refer ncia e portadora para comando de um inversor trif sico 28 Figura 13 Inversor NPC e E EE 29 Figura 14 Sinais de refer ncia e portadoras do NPC eke keke kk ee keke 30 Figura 15 Controle de Simula o do PSIM a S mbolo e b Janela de par metros 31 Figura 16 Circuito Modulador PW M eee keke
24. DefaultType fTI_DIN1 fNOT1 fTI_ADC1_1 fTI_ADC1 fTI_DIN1 PS_GetDigitInA amp Uint32 1 lt lt 10 1 0 fNOT1 fTI DIN1 if fNOT1 gt 0 PS_StartPwm 1 if fTI_DIN1 0 PS_StopPwm 1 fTI_ADC1_1 PS_GetDcAdc 1 ifdef _DEBUG fGblVadc2 fTI_ADC1_1 endif fTI_ADC1 PS_GetDcAdc ifdef DEBUG fGb1Vadc1 fTI_ADC1 76 endif fNOT1 0 PS_ClearDigitOutBitA Uint32 1 lt lt 11 PS_SetDigitOutBitA Uint32 1 lt lt 11 void Initialize void PS SysInit 30 10 PS_StartStopPwmClock PS _InitTimer 0 0xffffffff PS InitPwm 1 1 10000 1 4e 6 1e6 PWM_POSI_ONLY 157 waveType frequency deadtime outtype PS_SetPwmPeakOffset 1 1 O 1 0 1 PS_SetPwmIntrType 1 ePwmNoAdc 1 0 PS_SetPwmVector 1 ePwmNoAdc Task PS SetPwmiRate 0 PS StopPwm 1 PS_ResetAdcConvSeq PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade O 4 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 1 4 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 2 1 0 PS AdcInit 0 PS InitDigitIn 10 100 PS InitDigitOut 11 PS_StartStopPwmClock 1 void main Initialize PS EnableIntr Enable Global interrupt INTM PS EnableDbgm for 33 Task_1 pwnNo A simula o acima foi feita em malha aberta Por m com o modelo obtido na se o anterior pode se projetar um controlador com a finalidade de obter se alguma caracter stica desejada ou eliminar alguma caracter stica indese
25. Do not start lt Il ADC Trigger Position bo et Use Trip Zone 1 Disable Trip Zone 1 x M z Use Trip Zone 2 Disable Trip Zone2 v 3 Use Trip Zone 3 Disable Trip zone3 v xi Fonte Produ o do pr prio autor A partir do circuito simulado obt m se as formas de onda do conversor Buck em malha aberta vistas na Figura 70 Figura 70 Formas de ondas de sa da do conversor Buck em malha aberta Vout IL 15 10 0 0 001 0 002 0 003 0 004 Tempo s Fonte Produ o do proprio autor 75 A partir da simula o realizada pode se gerar o c digo em linguagem C para aplica o no DSC da Texas Instruments obtendo se como resultado o c digo abaixo PERELE ooo ooo ooo o o ooo kek kok kok kok kok kok ok ok ok kok kok IG kok kok kok kok kok kokeke ek k This code is created by SimCoder Version 2 for F28335 Hardware Target SimCoder is copyright by Powersim Inc 2009 Date July 30 2014 11 17 41 3K AK ak ak ak ak k k ak ak oke dk COCO GGG I GIG IG IOI III I I I kek K A kk 7 include lt math h gt include PS bios hi typedef float DefaultType define GetCurTime PS GetSysTimer interrupt void Task void Task 1 DefaultType fGblVadc2 DefaultType fGblVadc1 So So Nee we interrupt void Task DefaultType fTI_ADC1_2 PS_EnableIntr fTI_ADC1_2 PS GetDcadc 2 PS SetPwm1Rate fTI_ADC1 2 PS_ExitPwmiGeneral void Task_1
26. O software PSIM diferencia circuitos de pot ncia de circuitos de controle Os circuitos de pot ncia t m liga es em vermelho enquanto circuitos de controle t m liga es em verde Os componentes do SimCoder e outros elementos identificados pelo s mbolo acima s o elementos de controle portanto n o podem ser ligados aos componentes como resistores transistores amplificadores operacionais entre outros Para um elemento do SimCoder como por exemplo um conversor A D ou uma entrada anal gica ler um valor de tens o ou corrente em um circuito simulado necess rio utilizar um sensor de tens o ou de corrente apresentados na Figura 57 Deste modo o valor de pot ncia transformado em um sinal de controle Figura 57 Blocos sensores de a tens o e b corrente o ee eq a b Fonte Produ o do pr prio autor Para inserir uma sa da de um componente do SimCoder como por exemplo um gerador de PWM como entrada em um circuito simulado se faz necess rio utilizar um controlador On Off que pode ser visto na Figura 58 Deste modo o sinal de controle transformado em um valor de tens o que pode ser utilizado para acionar um transistor por exemplo em um circuito de pot ncia 61 Figura 58 Controlador On Off Fonte Produ o do pr prio autor Eventualmente ser necess rio utilizar em simula es uma entrada com sinal senoidal como por exemplo na modula o de um controle de um conve
27. PS EnableIntr Enable Global interrupt INTM PS EnableDbgm for G Task 1 6 3 IMPLEMENTA O DO C DIGO E TESTES Atrav s do software Code Composer Studio foi poss vel implementar o c digo gerado no DSC TI F28335 Como primeiro passo foram verificadas as formas de onda nos interruptores de uma mesma fase do conversor apenas com a alimenta o dos drivers ou seja sem tens o de entrada no barramento CC Na Figura 114 s o vistas as formas de onda entre o Gate e o Source das chaves da fase A do Conversor NPCm 125 Figura 114 Formas de onda entre o Gare e o Source das chaves da fase A Tek JI Stop M Pos 0 000s CH4 Acoplam 2 Limite LB 1 ER EE EN 200MHz Ganho vari vel Grosso 3 Sonda 10 Voltagem JR zz n Inverter CH1 2004 CH2 20 0 M 5 00ms CH1 8 00V CH3 20 0 CH4 20 04 29 Out 14 15 22 lt 10Hz Fonte Produ o do pr prio autor No canal 1 do oscilosc pio visto na figura anterior mostrado o sinal do PWM do interruptor S02 no canal 2 de Sp no canal 3 de Sn e no canal 4 do interruptor SO1 Observa se que assim como na simula o os sinais nos interruptores Sp e S02 assim como em Sn e S01 s o complementares Tamb m poss vel verificar que o sinal dos interruptores Sn e SOI est o defasados em 180 em rela o aos interruptores Sp e S02 Ao se diminuir a escala do oscilosc pio poss vel visualizar melhor que os sinais de PWM das chaves Sp e S0
28. PS bios hi typedef float DefaultType define GetCurTime PS_GetSysTimer interrupt void Task void Task_1 DefaultType fGb1V13 0 0 DefaultType fGb1V17 0 0 DefaultType fGblVo 0 0 DefaultType fGblIo 0 0 typedef struct unsigned long tmLow unsigned long tmHigh _CBigTime 3 3 _CBigTime GetBigTime void 90 static _CBigTime tm 0 0 unsigned long curTime GetCurTime if curTime lt tm tmLow tm tmHigh tm tmLow curTime return tm J interrupt void Task t DefaultType fVSAW4 fVDC6 fSUMP1 fSIN3 fVSAW2 fSIN1 PS_EnableIntr static unsigned long period unsigned long 150000000L 50 static float fPeriod float 50 150000000L static _CBigTime tmCarrierStart 0 0 _CBigTime tm GetBigTime unsigned long tmp1 tmp2 tmp1 tm tmLow tmCarrierStart tmLow tmp2 tm tmHigh tmCarrierStart tmHigh if tm tmLow gt tmCarrierStart tmLow tmp2 if tmp2 tmp2 amp amp tmp1 gt period tmp1 tmCarrierStart tmLow period if tmp1 lt tmCarrierStart tmLow tmp1 lt period tmCarrierStart tmHigh tmCarrierStart tmLow tmp1 tmp1 tm tmLow tmCarrierStart tmLow fVSAW4 360 tmp1 fPeriod fVDC6 180 fSUMP1 fVSAW4 fVDC6 fSIN3 sin fSUMP1 3 14159265 180 PS_SetPwm2Rate fSIN3 static unsigned long period unsigned long 150000000L 50 static float fPeriod float 50
29. Peak Value r _ __ _ BEJ RZ PWM Freq Scaling Factor 1 x IC z Offset Value fos Carrier Wave Type Triangular wave v xi Initial Input Value o TT Cha Trigger ADC Do not trigger ADC v zl Start PWM at Beginning Start e Lis ADC Trigger Position o o ral Use Trip Zone 1 Disable Trip Zonei z Use Trip Zone 2 Disable Trip Zone 2 Lic Use Trip Zone 3 Disable Trip Zone 3 Ces Fonte PSIM e Trip Action Defini o de como o bloco de PWM responder a o de um Trip zone podendo optar entre alta imped ncia para as duas sa das para apenas a sa da A ou apenas B ou n o tendo nenhuma a o e Peak to Peak Value Deve se preencher com o valor pico a pico do sinal de entrada e Offset Value Deve se preencher com o valor de offset do sinal de entrada n vel CO 38 e Initial Input Value Deve se preencher com o valor inicial da entrada Este valor interfere apenas nos primeiros ciclos do sinal de saida e Start PWM at Beginning Deve se selecionar entre Start em que o gerador de PWM come ar ativado ou Do not Start em que o gerador de PWM depender de um bloco Start PWM para funcionar 3 1 3 PWM Monofasico com mudan a de fase Este bloco de PWM semelhante ao anterior apresentando uma entrada a mais A entrada Jn consiste na entrada do sinal de refer ncia tamb m encontrado no bloco de PWM Monof sico A entrada Phase utilizada para defasar o s
30. a inicializa o das bibliotecas utilizadas e apresenta o das fun es do programa Percebe se que uma das bibliotecas a PS bios h gerada a partir da simula o do PSIM 65 J RRA Hek HE AE HESE HESE A AEE Ee SE SK Sk ae oe fed Hek k e Sek kk e fe KE e e Je e Eek fe SK ek ek he sk Sek k ek ee ee Rek k kk ThiscodeiscreatedbySimCoderVersion 2 0 for F28335 Hardware Target SimCoderis copyright byPowersim Inc 2009 Date May 07 2014 17 27 12 ET include lt math h gt include PS bios hi TypedeffloatDefaultType define GetCurTime PS_GetSysTimer interruptvoidTask voidTask_1 A parte do c digo abaixo representa uma fun o respons vel pela leitura da entrada anal gica e por determinar o ciclo de trabalho do PWM Caso houvesse alguma l gica que envolvesse o valor da entrada anal gica ou o ciclo de trabalho do PWM esta l gica estaria nesta parte do c digo Esta fun o n o precisa ser chamada por ser do tipo interrupt ou seja a cada per odo de amostragem ela ativada Vemos na fun o PS GetDcAdc que lido o valor da entrada O do conversor A D conforme feito na simula o do PSIM interruptvoidTask DefaultType fTI ADC1 PS EnableIntr fTI ADC1 PS GetDcadc 0 PS SetPwmiRate fTI ADC1 PS ExitPwmiGeneral J Ja esta se o a fun o encarregada de ligar e desligar o PWM Esta fun o tamb m se encarrega de verificar a e
31. das ferramentas o software de simula o PSIM em espec fico os elementos do SimCoder Esta ferramenta possibilita ap s a simula o de circuitos que seja gerado c digo em linguagem C podendo ser implementado em um DSC da Texas Instruments o TMS320F28335 Para tal ser o estudados todos os elementos presentes no SimCoder al m de outros elementos do PSIM que podem ser utilizadas em conjunto Pelo fato de n o existirem artigos cient ficos sobre esta ferramenta ser o utilizados como bibliografias os manuais do usu rio exemplos e a pr pria ferramenta de ajuda fornecida no software 16 Ap s a gera o do c digo necess rio compreend lo fazendo se assim um estudo de linguagem C do DSC utilizado e do Code Composer Studio software respons vel por compilar o c digo e pass lo para o DSC Como bibliografia ser o utilizados novamente manuais do usu rio notas de aplica o e exemplos Para compreender e testar esta ferramenta ser o realizados estudos e simula es de alguns conversores chaveados possibilitando que sejam utilizados os elementos do SimCoder apresentados Os conversores escolhidos para o estudo s o circuitos de pot ncia que possuem interruptores de sil cio como os transistores MOSFET e IGBT Estes circuitos tem a fun o de convers o de energia el trica podendo ser de corrente cont nua para corrente cont nua CC CC ou de corrente cont nua para corrente alternada CC CA Para tal estudo
32. digo principal da simula o e Arquivo pjt arquivo de projeto do CCS e tamb m possui o mesmo nome do arquivo do PSIM e PS bios h Arquivo cabe alho para as bibliotecas do F28335 do SimCoder Figura 64 Code Composer Studio vers o 5 1 File Edit View Navigate Project Run Scripts Window Help Po q Ar m New CCS Project m Gg c c Bes e CCS Example Projects Project Explorer 3 teste buck Build All Ei teste ccca 2 Build Configurations G teste pum Build Project Build Working Set Clean Build Automatically Show Build Settings Add Files Import Existing CCS CCE Eclipse Project Wo Import Legacy CCSv3 3 Project Properties 53 EJ Console items Description Resource Licensed Fonte Produ o do proprio autor 70 e PsBiosFlash lib Biblioteca do F28335 do SimCoder e PsBiosRam lib Biblioteca do F28335 do SimCoder e 28x FPU FastRTS betal lib Biblioteca da Texas Instruments para DSC de ponto flutuante e Password asm arquivo para especificar o c digo senha do DSC e DSP2833x_Headers_nonBIOS cmd Arquivo de acesso ao registro perif rico e F28335 FLASH Lnk cmd Arquivo de acesso mem ria Flash e F28335 FLASH RAM Lnk cmd Arquivo de acesso mem ria Flash Ram e F28335 RAM Lnk cmd Arquivo de acesso mem ria Ram Todos os arquivos apresentados fazem parte do projeto gerado para o Code Composer Stutio v3 3 Para abrir este projeto na vers o 5 1 ou posterio
33. do sinal de sa da em hertz Ao abrir a janela de configura es este espa o j estar preenchido com 10 kHz e Peak to Peak Value Defini o do valor pico a pico do sinal de entrada e Offset Value Defini o do valor de offset do sinal de entrada n vel CC 35 Figura 20 Configura es do bloco de PWM Unico Parameters Other Info Color Single PWM shared with capture TI F28335 Display SE Dew PWM Source awm mme JI xi PWM Frequency Im TT Dos Peak to Peak Value fio O o y Lis Offset Value lao CO Initial Input Value o o r 2 Start PWM at Beginning Start ST Cas Fonte PSIM e Initial Input Value Defini o do valor inicial da entrada Este valor interfere apenas nos primeiros ciclos do sinal de sa da e Start PWM at Beginning Sele o entre Start em que o gerador de PWM come ar ativado ou Do not Start em que o gerador de PWM depender de um bloco Start PWM para funcionar Os pinos que podem ser utilizados para este gerador de PWM s o GPIO1 GPIO3 GPIOS GPIO7 GPIO9 GPIO11 GPIO24 GPIO25 GPIO26 GPIO27 GPIO34 GPIO37 GPIO48 e GPIO49 Por m preciso verificar nas configura es quais destas portas pertencem ao mesmo grupo de APWM s pois dois blocos de PWM nico n o podem ser configuradas para o mesmo grupo 3 1 2 PWM Monof sico O gerador de PWM Monof sico tamb m possui uma nica entrada igual ao gerador de PWM nico por m apresenta dua
34. do usu rio o DSC possui frequ ncia m xima de clock de 150 MHz e 6 67ns de ciclo de instru es Possui interface externa de 16 a 32 bits e conversor A D de 12 bits sendo disponibilizados em dezesseis canais e tendo tempo de convers o de 80 ns Apresenta seis canais de PWM oitenta e oito portas dispon veis para entradas e sa das digitais e oito portas para interrup o externa O DSC possui arquitetura Harvard Bus e mem ria de 256kB Na Figura 63 mostrado o kit de experimenta o DSC utilizado Figura 63 Kit de experimenta o do TMS320F28335 da Texas Instruments Fonte TEXAS INSTRUMENTS 2011 69 O Code Composer Studio CCS o software desenvolvido para DSC s da Texas Intruments TI microcontroladores e microprocessadores O software inclui um conjunto de ferramentas utilizadas para desenvolver e depurar c digos em linguagem C Ele inclui compiladores para cada uma das fam lias de dispositivos da TI editor de c digo fonte ambiente de constru o de projetos simuladores e muitos outros recursos O software PSIM atrav s da ferramenta SimCoder capaz de gerar um c digo pronto para implementar no DSC O SimCoder gera o c digo para o CCS vers o 3 3 Neste trabalho ser utilizada a vers o 5 1 deste software mostrado na Figura 64 Quando gerado o c digo no PSIM diversos arquivos s o simultaneamente criados e Arquivo c este arquivo ter o mesmo nome do arquivo do PSIM sendo o c
35. encontrado no conversor Utilizando um oscilosc pio foram obtidas diversas formas de onda dos sinais de comando nos interruptores da corrente e da tens o de sa da do NPCm verificando a funcionalidade do c digo gerado A ferramenta SimCoder se mostrou eficiente para configurar o DSC Por m ainda uma ferramenta em desenvolvimento e precisa ser mais estudada Como sugest o para futuros trabalhos destaca se a pesquisa e a realiza o de testes dos blocos SCI Serial Communication Interface e SPI Serial Peripheral Interface que n o foram testados pois estes s o encontrados apenas na vers o 9 1 do software PSIM sendo utilizada neste trabalho a vers o anterior Outro ponto a ser sugerido o teste pratico do controle feito para o Conversor Buck e para outros conversores 134 REFER NCIAS AHMED A Eletr nica de Pot ncia S o Paulo Prentice Hall 2000 BARBI I Eletr nica de Pot ncia 6 ed Florian polis s n 2006 HEERDT J A Carga Eletr nica Ativa Trif sica Florian polis s n 2013 MARTINS D BARBI I Conversores CC CC B sicos N o Isolados 2 ed Florian polis s n 2006 POWERSIM SimCoder User s Guide S 1 s n 2010 POWERSIM PSIM User s Guide S 1 s n 2013 TEXAS INSTRUMENTS Code Composer Studio v5 User s Guide S 1 s n 2011 TEXAS INSTRUMENTS TMS320F28335 Data Manual S 1 s n 2011
36. ncia de amostragem dos Conversores A D e PWM Frequency Scaling Factor Sele o entre os fatores 1 2 ou 3 Este fator de escala multiplica a frequ ncia do PWM determinando a frequ ncia do sinal de sa da do PWM Pode ser utilizado para se utilizar um sinal PWM de frequ ncia diferente da frequ ncia de amostragem e Carrier Wave Type Defini o do tipo de forma de onda da portadora Pode se escolher entre as formas triangular ou dente de serra 37 e Trigger ADC Deve se escolher se o bloco PWM ira disparar o Conversor A D e qual grupo do conversor sera acionado grupo A grupo B ou ambos e ADC Trigger Position Deve se optar se sera feito o gatilho em um conversor A D e se sera feito para o grupo A B ou para os dois grupos do conversor e Use Trip zones Defini o de como ser o utilizados os Trip zones de 1 a 6 entre desabilit los ou habilit los no modo One shot ou Cycle by Cycle Estes ser o explicados nas configura es dos blocos Trip zones Figura 22 Configura es do gerador de PWM Monof sico Parameters Other Info Color Single phase PWM generator TI F28335 Display Display Name Tea TT Use Tr p Zone 4 Disable Trip zone4 vv x PWM Source Pwi lt F xl Use Trip Zone 5 Disable Trip Zone 5 xv iss Output Mode Use PWM A amp B l Use Trip Zone 6 Disable Trip Zone6 z Dead Time us TT TC lt i Trip Action High impedance v I PWM Frequency Im TT IT Peak to
37. porta GPIO12 que por sua vez recebe um sinal proveniente dos sensores de corrente para prote o contra sobre correntes Nas configura es dos moduladors de PWM observado na Figura 86 foi 117 configurado para utilizar o Trip Zone 1 no modo One Shot em que com um pulso na entrada do Trip Zone os geradores de PWM s o desligados sendo reativados somente se forem acionados os componentes Start PWM O bloco Trip Zone State tamb m deve ser configurado para o canal Trip Zone 1 Na Figura 111 s o observados os elementos de prote o do NPCm sendo o Trip Zone e os comparadores que acionam os blocos Stop PWM Os valores de Ipk max Vbus max e Vpk max foram determinados para a devida prote o do NPCm sendo que na simula o estes valores foram divididos pelos ganhos dos sensores Figura 111 Elementos de Prote o do NPCm Cem sito Kuca DEE i PWM F28335 GadclB gt ki gt Bo Stop ERA Po vg lpk_max 4 150 103 Sl GadcVbf GNP gt x n PWM r F28335 yer qa st e E Vbus max gt Gadcej J sd 600 1365 5 he F28335 GaddvB TF eh CS Le Stop e DEE r an me PWM T F28335 Vpk max GaddvAf gt 600 1365 Maca E D sa e Fonte Produ o do pr prio autor observado na Figura 112 a tens o e a corrente de sa da na fase A do conversor Observa se que em cada cruzamento com zero h uma pequena perturba o devido ao tempo
38. prio autor Para o comando do conversor s o necess rios seis canais PWM Como sinal de refer ncia foram utilizados senoides de 1V de amplitude de frequ ncia de 60Hz defasados em 120 entre si Poderia utilizar se um Phase Locked Loop PLL para gerar estes sinais de refer ncia tendo se como base a leitura da sa da do conversor que estaria conectada rede el trica O PLL utilizado para sincronizar as tens es da rede com a tens o produzida pelo inversor Os blocos de PWM s o observados na Figura 106 A modula o utilizada a IDP onde s o usadas duas portadoras triangulares uma positiva e uma negativa Para o conversor utilizado a modula o foi projetada para realizar compara o positiva para a portadora positiva e compara o negativa para a portadora negativa Entende se por compara o positiva quando o sinal de refer ncia est ligado entrada positiva do comparador e a portadora entrada negativa Quando o sinal de refer ncia ligado entrada negativa ocorre a compara o negativa 113 Figura 106 Geradores de PWM para comando do NPCm V vina eau 1 PWM1 1 ph PWM lee PU GPIO00 San SpA W360 Sin E EM d pan O er GPIO02 SnB B S018 F28335 PIONS au TT pm gt B gt s01d F28335 GPIOO5 gt vewm2 1 ph PWM wee WM4 1 GPIO06 gt saa B SOTA F28335 GPIOO7 if x 4 ar sin PWM5 1 ph EXM GPIO08 gt SpB E _ ee F sin B Mago e GP
39. que possibilitam a gera o de c digo em C 5 1 CONVERSOR BUCK Para a simula o do conversor Buck foi utilizado os elementos da Figura 67 em que podem ser vistos um conversor A D um modulador de PWM Monof sico uma entrada e uma sa da digital um Start PWM e um Stop PWM Figura 67 Simula o e configura es do DSC para o conversor Buck simulado em malha aberta gt vw Vout A WML T Vpwm Vv 1 ph PWM Y nl F28335 Fe IN Hardware e J Config az F28335 Vd F28335 Fonte Produ o do pr prio autor 73 As fun es do Conversor A D no circuito s o de obter os valores dos sensores de corrente e de tens o e de obter o valor de refer ncia para a raz o ciclica do bloco de PWM a partir de um sinal anal gico O modulador de PWM tem a fun o de controlar a chave do conversor Observa se que os sensores de tens o e de corrente foram determinados com um ganho de 1 64 e 1 4 respectivamente para que o valor de entrada do Conversor A D esteja abaixo de 3 0 V ou seja dentro da faixa de tens o permitida para o modo DC do conversor Na Figura 68 mostrada uma parte da janela de configura es do Conversor A D Figura 68 Janela de configura es do conversor A D utilizado na simula o do conversor Buck em malha aberta Parameters Other Info Color A D converter TI F28335 Help Display Name TI_ADC1 E ADC Mode Continuous D LHS Ch A0 Mode
40. 0Hz utilizada esta diferen a de tempo deve ser aproximadamente igual a 5 55ms Na Figura 101 pode se observar que este tempo verificado Figura 101 Verifica o da defasagem entre duas fases M Pos 5 400ms 1 Out 14 18 17 Fonte Produ o do pr prio autor Por fim foi testada uma entrada digital Na simula o do PSIM foi utilizado um bloco de entradas digitais para acionar os componentes Start e Stop PWM determinando o funcionamento do modulador PWM Na Figura 102 s o observadas uma forma de onda quadrada obtida por um gerador de sinais e o sinal de PWM 110 Figura 102 Teste da entrada digital Tek TE Stop M Pos 0 000s MEASURE CH1 Freq 674 8Hz CH1 Pk Pk 3 44V CH1 Min 0 00V CH2 Freq 2 5 000kH2 CH2 Max 3 364 CH1 2 00 CH2 2 00 M 500 us CH1 Z 1 52 25 Sep 14 02 11 675 292Hz E 1 Fonte Produ o do pr prio autor 6 2 SIMULA O DO CONVERSOR NPCm O NPCm Modified Neutral Point Clamped consiste em uma topologia alternativa para o NPC Ambos os conversores apresentam tr s bra os possuindo quatro interruptores em cada bra o por m arranjadas de formas diferentes Na Figura 103 vista a representa o de uma fase do NPCm Figura 103 Topologia de uma fase do NPCm LA q N LA Ge EER ON H N sal O N E Fonte Produ o do proprio autor A principal diferen a entre o
41. 150000000L static CBigTime tmCarrierStart 0 0 _CBigTime tm GetBigTime unsigned long tmp1 tmp2 tmp1 tm tmLow tmCarrierStart tmLow tmp2 tm tmHigh tmCarrierStart tmHigh if tm tmLow gt tmCarrierStart tmLow tmp2 if tmp2 tmp2 amp amp tmp1 gt period tmp1 tmCarrierStart tmLow period if tmp1 lt tmCarrierStart tmLow tmp1 lt period tmCarrierStart tmHigh tmCarrierStart tmLow tmp1 tmp1 tm tmLow tmCarrierStart tmLow fVSAW2 360 tmp1 fPeriod fSIN1 sin fVSAW2 3 14159265 180 ifdef DEBUG fGb1V13 fSIN1 endif PS SetPwmiRate fSIN1 ifdef DEBUG fGb1V17 fSIN3 endif PS ExitPwm2General void Task_1 DefaultType fTI_DIN1 fNOT5 fNOT9 fTI ADC1 fVDC9 fSUM1 fTI_ADC1_1 fVDC10 fSUM2 fTI_DIN1 PS GetDigitInA amp Uint32 1 lt lt 5 1 0 fTI ADC1 PS GetDcAdc 0 fTI ADC1 1 PS GetDcadc 1 fNOTS IfTI DIN1 if fNOTS gt 0 PS StartPwm 1 if fTI_DIN1 PS StopPwm 2 fNOT9 IfTI DIN1 if fNOT9 gt 0 PS StartPwm 2 if fTI_DIN1 0 PS_StopPwm 1 fVDC9 1 5 fSUM1 fTI_ADC1 fVDC9 ifdef _DEBUG fGblVo fSUM1 endif fVDC10 1 5 fSUM2 fTI_ADC1_1 fVDC1 ifdef _DEBUG fGblIo fSUM2 endif J void Initialize void PS SysInit 30 10 PS StartStopPwmClock 0 PS InitTimer 0 9xffffffff PS InitPwm 2 1 20000 1 5e 6
42. 2 s o complementares conforme mostrado na Figura 115 Figura 115 Formas de onda nas chaves Sp e S02 Tek A j l Trig d M Pos 3 000 us TRIGGER Tipo Origem CH1 mais pag 1de2 CH1 10 0V CH2 1004 M 10 0us CH1 JL 1 60Y 23 Out 14 15 07 30 0443Hz Fonte Produ o do pr prio autor 126 Ao se reduzir ainda mais a escala pode se observar atrav s da grade pontilhada do oscilosc pio que o tempo morto configurado na simula o do PSIM de 0 5us verificado conforme mostrado na Figura 116 Figura 116 Tempo morto entre as chaves Sp e S02 Tek un Stop M Pos 580 0ns TRIGGER Tipo Origem CH1 og a mais p g 1de2 CH1 10 0 CH2 10 0 M500ns CH1 JL 2 32V 23 Out 14 15 02 1 26671kHz Fonte Produ o do pr prio autor Outra configura o verificada foi a frequ ncia de chaveamento dos canais de PWM utilizando se cursores do oscilosc pio Na Figura 117 mostrada a frequ ncia de chaveamento que de 40kHz assim como a que foi configurada na simula o para a gera o do c digo Figura 117 Verifica o da frequ ncia de chaveamento Tek EIS Trig d M Pos 5 170ms CURSORES Tipo Origem at 25 00 us Ze 40 00kHz ay 0 00V Cursor 1 5 12ms 6 804 Cursor 2 CG mm M 25 JS CH2 JL 4 18 23 Qut 14 15 51 652 455Hz Fonte Produ o do pr prio autor 127 A frequ ncia do sinal de refer ncia tamb m foi verificada utilizando se cursor
43. 265 180 PS SetPwm3Rate fSIN25 fSUMP27 fVSAW1O fVDC29 fSIN23 sin fSUMP27 3 14159265 180 PS SetPwm4Rate fSIN23 fSIN16 sin fSUMP18 3 14159265 180 PS SetPwm5Rate fSIN16 fSIN17 sin fSUM12 3 14159265 180 PS SetPwmb6Rate fSIN17 PS ExitPwmiGeneral void Task 1 fABS1 fSUM7 fOR2 DefaultType fTI_DIN1 fNOT16 fTI_ADC1 fVDC20 fSUM15 fIpk_max fCOMP8 fTI_ADC1_1 DefaultType fSUM13 fCOMP9 fTI ADC1 2 fSUM14 fCOMP10 fOR31 fTI ADC1 3 fVbus max DefaultType fCOMP11 fTI ADC1 4 fABS2 fCOMP12 fOR1 fTI ADC1 8 fVDC1O fVpk max DefaultType fCOMP13 fTI ADC1 9 fSUM6 fCOMP14 fTI ADC1 10 fSUM9 fCOMP15 fOR32 DefaultType fOR33 fNOT18 fTI TZSTATE1 fNOT9 fTI DIN1 1 fNOT17 fOR4 fTI DIN1 fTI ADC1 PS GetDcaAdc 0 fTI ADC1 1 PS GetDcadc 1 fTI ADC1 2 PS GetDcadc 2 fTI ADC1 3 PS GetDcadc 3 fTI ADC1 4 PS GetDcadc 4 fTI ADC1 8 PS GetDcadc 8 PS GetDigitInA amp Uint32 1 lt lt 24 1 9 121 fTI_ADC1 9 PS GetDcadc 9 fTI ADC1 10 PS_GetDcAdc 10 fTI DIN1 1 PS GetDigitInA amp Uint32 1 lt lt 25 1 00 fNOT16 fTI DIN if fNOT16 gt 0 PS StartPwm 1 if fNOT16 gt 0 t fVDC20 1 5 fSUM15 fTI_ADC1 fVDC20 fIpk_max 150 0 103 fCOMP8 fSUM15 gt fIpk max 1 0 fSUM13 fTI_ADC1_1 fVDC2 fCOMP9 fSUM13 gt fIpk max 1 0 fSUM14 fTI AD
44. 4 M 5 00ms CH1 A 5 35m CH4 400 Nov 14 14 53 53 3303Hz Fonte Produ o do pr prio autor Para mostrar o funcionamento das tr s fases a Figura 125 apresenta as correntes obtidas das fases do conversor E poss vel perceber diferen as nas formas de onda nas fases devido a diferen as dos ponteiros de corrente do oscilosc pio utilizados na obten o dos dados 131 Figura 125 Correntes das tr s fases do NPCm Tek ENE Trig d M Pos 14 13us MEDIDAS CH4 DESL Pico a Pico CH1 Pico a Pico 6 484 CH4 DESL 3 M dio CH3 Max 4 884 CH2 T subida 2 140ms CH2 0 004 7 Nov 14 15 16 60 0000Hz CH1 2 004 CH2 2004 M250ms CH3 2 004 Fonte Produ o do proprio autor 132 7 CONCLUS ES Neste trabalho de conclus o de curso foram estudadas ferramentas disponiveis no software PSIM Utilizando os elementos do SimCoder possivel realizar simula es de circuitos de eletr nica de pot ncia em que s o realizadas configura es de PWM entradas e sa das digitais conversor A D entre outros para a aplica o em um DSC O PSIM capaz de gerar c digo em linguagem C para o DSC TMS320F28335 da Texas Instruments podendo ser utilizado no software Code Composer Studio sem que sejam feitas modifica es no c digo Este trabalho foi elaborado para ser um guia para futuras aplica es destas ferramentas apresentando os passos para suas aplica es Os objetivos deste trabalho foram relacionados n
45. C1 2 fVDC2 fCOMP1 fSUM14 gt fIpk_max 1 9 fOR31 fCOMP8 0 fCOMP9 fCOMP1 0 fABS1 fabs fTI ADC1 3 fVbus_max 600 0 1365 fCOMP11 fABS1 gt fVbus max 1 0 fABS2 fabs fTI_ADC1 4 fCOMP12 fABS2 gt fVbus max 1 0 fOR1 fCOMP11 0 fCOMP12 0 fVDC10 1 5 fSUM7 fTI ADC1 8 fVDC19 fVpk_max 600 0 1365 fCOMP13 fSUM7 gt fVpk max 1 0 fSUM6 fTI ADC1 9 fVDC19 fCOMP14 fSUM6 gt fVpk max 1 0 fSUM9 fTI ADC1 10 fVDC1 fCOMP15 fSUM9 gt fVpk max 1 0 fOR32 fCOMP13 0 fCOMP14 0 fCOMP15 0 fOR33 fOR31 0 fOR1 0 fOR32 0 fNOT18 fOR33 fTI TZSTATE1 PS IsPwumlOneShotTZ fNOT9 fTI_TZSTATE1 fNOT17 fTI_DIN1_1 fOR4 fNOT9 0 fNOTI7 0 ifdef DEBUG fGb1V_IB fSUM13 endif ifdef DEBUG fGb1V_IC fSUM14 endif ifdef DEBUG fGblVbus fTI_ADC1 3 endif ifdef DEBUG fGb1VbusGND fTI ADC1 4 endif ifdef DEBUG fGb1VC fSUM7 endif PS StartPwm 2 122 ifdef DEBUG fGb1VB fSUM6 endif ifdef DEBUG fGb1V_IA fSUM15 endif if fNOT16 gt 0 PS_StartPwm 3 if fNOT16 gt 0 PS StartPwm 4 if fNOT16 gt 0 PS StartPwm 5 if fNOT16 gt 0 PS StartPwm 6 fOR2 fOR33 0 fNOT17 0 if fOR2 0 PS_StopPwm 6 4 fOR2 PS_StopPwm 2 l fOR2 PS_StopPwm 1
46. EI Trig d M Pos 0 000s MEASURE CH1 Freq A CH 1 2154 CH2 Freq ol CH2 RMS RE 2 34V CH1 None CH1 2004 CH2 2004 MS500ns CH2 4 1 26V Push an option button to change its measurement Fonte Produ o do pr prio autor Utilizando uma refer ncia senoidal para o modulador PWM foi obtida a forma de onda observada na Figura 97 O sinal de refer ncia utilizado foi inserido na pr pria simula o do PSIM utilizado para gerar o c digo em linguagem C Na figura encontra se o sinal de PWM obtido e o sinal filtrado Observa se que este sinal obtido apresenta frequ ncia de 60Hz 107 e foi obtido aplicando se o sinal de PWM a um simples filtro RC Para melhor visualiza o foi utilizada frequ ncia de 1kHz para o sinal de PWM Figura 97 Sinais obtidos a partir de uma refer ncia senoidal Tek alii O Stop M Pos 0 000s MEDIDAS CH1 Pico a Pico 3 404 CH1 Frequ ncia 361 5Hz CH2 Frequ ncia 60 02Hz Ch Hr CH2 Pico a Pico yt 2 04 gt CH1 RMS 1 53V CH1 1 004 CH2 1 004 M5 00ms CH1 1 704 2 Dez 14 15 02 1 00170kHz 1 2 Fonte Produ o do pr prio autor Pode se tamb m utilizar o conversor A D para se adquirir um sinal de refer ncia externo para o gerador de PWM Na Figura 98 observa se uma onda senoidal de refer ncia fornecido por uma fonte geradora de sinais e o sinal PWM gerado Observa se que a raz o c clica do sinal PWM varia de acordo com o sinal de refer ncia Fi
47. IO09 d 1 4 120 PWM6 P GPIO10 gt SpC B S020 F28335 GPIO11 jso Ke Fonte Produ o do pr prio autor Por m os blocos de PWM do SimCoder n o podem ser configurados para realizar a compara o negativa Os canais PWM1 PWM5 e PWM6 deveriam ser configurados para a portadora positiva e os canais PWM2 PWM3 e PWM4 para a portadora negativa A solu o encontrada foi utilizar apenas uma portadora para os seis blocos de PWM e defasar em 180 a senoide de refer ncia dos canais que deveriam ter portadora negativa As configura es do canal PWM1 podem ser vistas na Figura 107 Foi configurado um pequeno n vel de offset para simular o tempo morto encontrado na modula o IDP Desta forma garante se que os interruptores Sp e Sn n o encontrem se ativadas simultaneamente Este n vel de offset poderia ser desconsiderado pois deforma os sinais de sa da 114 Figura 107 Configura es de um dos geradores de PWM utilizados para comando do NPCm Parameters Other Info Color Single phase PWM generator TI F28335 Display Display Name TI_PWM1 E Use Trip Zone 4 Disable TripZone 4 v Ca PWM Source Jeun 1 D ID zl Use Trip Zone 5 Disable Trip Zone 5 D Cosi Output Mode Use PWM ASB v F zi Use Trip Zone 6 Disable Trip Zone 6 Let Dead Time 0 5us I Trip Action High impedance X RI PWM Frequency Ia TT FT xl Peak to Peak Value FS det PWM Freq Scaling Factor 1 zl z offset value
48. Init 30 10 PS_StartStopPwmClock PS_InitTimer 0 0xffffffff PS_InitPwm 1 1 20000 1 5e 6 1e6 PWM_TWO_OUT 34968 pwnNo waveType frequency deadtime outtype PS SetPwmPeakOffset 1 3 O 1 0 3 PS SetPwmIntrType 1 ePwmNoAdc 1 0 PS SetPwmVector 1 ePwmNoAdc Task PS SetPwmiRate 0 PS StopPwm 1 PS_ResetAdcConvSeq PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade O 1 0 PS AdcInit PS InitDigitIn 5 100 PS InitDigitOut 6 PS StartStopPwmClock 1 Por fim podem ser vistas a parte principal do c digo Primeiramente chamada a fun o para inicializar o programa em seguida habilita a interrup o interna e por fim entra em um ciclo infinito em que constantemente chamada a fun o Task 1 respons vel pelo funcionamento do PWM voidmain t Initialize PS_EnableIntr Enable Global interrupt INTM PS EnableDbgm for 33 Task_1 68 importante entender c digo gerado pois poss vel realizar pequenas modifica es nas configura es Por m quando feita alguma modifica o na simula o do PSIM e gerado um novo c digo o Code Composer Studio permite que o c digo seja atualizado automaticamente Isto ocorre somente se o c digo encontra se na mesma rea de trabalho utilizada 4 2 O DSC E O CODE COMPOSER STUDIO O TMS320F28335 um controlador digital de sinais de ponto flutuante da Texas Instruments De acordo com o manual
49. UG fGb1IVBC fSUM3 endif fSUM4 fTI_ADC1 2 fVDC5 ifdef DEBUG fGbIVCA FSUM4 endif void Initialize void PS_SysInit 30 10 PS_StartStopPwmClock PS InitTimer 0 0xffffffff PS InitPwm3ph 1 1 20000 1 5e 6 1 e6 36118 pwnNo waveType frequency deadtime PS SetPwm3phPeakOffset 1 1 O 1 0 1 PS SetPwm3ph1AdcIntr ePwmNoAdc 1 0 PS SetPwm3phiVector ePwmNoAdc Task PS SetPwm3phiUvu 0 PS_StartPwm3ph1 PS_InitPwm3ph 2 1 20000 1 5e 6 1 e6 36118 pwnNo waveType frequency deadtime PS_SetPwm3phPeakOffset 2 1 1 1 0 1 PS_SetPwm3ph2AdcIntr ePwmNoAdc 1 PS_SetPwm3ph2Uvw O PS StartPwm3ph2 PS ResetAdcConvSeq PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade O 1 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 1 1 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 2 1 PS_AdcInit 0 PS InitDigitIn 20 100 PS StartStopPwmClock 1 103 void main Initialize PS_EnableIntr Enable Global interrupt INTM PS_EnableDbgm for 33 Task_1 104 6 RESULTADOS EXPERIMENTAIS Para realizar testes utilizando o TMS320F28335 sera utilizado o software Code Composer Studio de vers o 5 1 para compilar e depurar os c digos gerados observando as funcionalidades dos elementos do SimCoder 6 1 TESTES COM O DSC Primeiramente deve se abrir um projeto seguindo os passos explicados no Cap tulo 4 Para depurar o c digo para o DSC deve s
50. UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CCT CENTRO DE CIENCIAS TECNOLOGICAS DEE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA FILIPE KANEA KI IJUIM CONFIGURA O DE CONTROLADOR DIGITAL DE SINAIS APLICADO A CONVERSORES CHAVEADOS UTILIZANDO A FERRAMENTA PSIM SIMCODER JOINVILLE SC 2014 FILIPE KANEA KI IJUIM CONFIGURA O DE CONTROLADOR DIGITAL DE SINAIS APLICADO A CONVERSORES CHAVEADOS UTILIZANDO A FERRAMENTA PSIM SIMCODER Trabalho de Conclus o apresentado ao curso de Engenharia El trica do Centro de Ci ncias Tecnol gicas da Universidade do Estado de Santa Catarina como requisito parcial para a obten o do grau de Bacharel em Engenharia El trica Orientador Dr Joselito Anast cio Heerdt JOINVILLE SC 2014 FILIPE KANEAKI IJUIM CONFIGURA O DE CONTROLADOR DIGITAL DE SINAIS APLICADO A CONVERSORES CHAVEADOS UTILIZANDO A FERRAMENTA PSIM SIMCODER Trabalho de Conclus o de Curso Departamento de Engenharia El trica DEE Centro de Ci ncias Tecnol gicas CCT Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC Bacharel Banca Examinadora Orientador Joselito Anastacio Heerdt Dr Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC Membro __Xales R mulo de Novaes Dr Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC Membro i NN Cy Luiz Ricardo Lima M Eng Supplier IND e COM de Eletroeletr nicos LTDA JOINVILLE SC DEZEMBRO 2014 RESUMO IJUIM Filipe K Confi
51. _SetPwm3phPeakOffset 1 3 1 5 1 0 3 PS_SetPwm3phiAdcIntr ePwmNoAdc 1 0 PS SetPwm3phiVector ePwmNoAdc Task PS_SetPwm3phiUvw O PS_StopPwm3ph1 PS_ResetAdcConvSeq PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 9 1 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 1 1 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 2 1 PS AdcInit PS InitDigitIn 10 100 PS_StartStopPwmClock 1 void main Initialize PS EnableIntr Enable Global interrupt INTM PS EnableDbgm for Task 1 5 4 INVERSOR NPC Na Figura 90 observado o inversor NPC simulado Este conversor apresenta tr s bra os com quatro chaves em cada Para cada chave necess rio um canal de PWM para seu comando sendo necess rios doze canais A carga utilizada na simula o apresenta os mesmos valores utilizados para o inversor trif sico Para o comando deste inversor foi utilizado dois blocos de PWM Trif sicos um para as chaves de n mero impar e um para os interruptores de n mero par conforme visto na figura acima Os moduladores de PWM foram configurados para frequ ncias de 20kHz com portadora triangular e tempo morto de 0 5us Somente os valores de pico das portadoras foram configurados diferentes sendo que para o primeiro modulador foi configurado para 1V de pico e sem offset e para o segundo 1V de pico e offset de 1 98 Figura 90 Circuito da simula o e configura es do DSC para o inversor NPC simulado CSI aC
52. a quadrada dado por 10 HI gt Onde D a raz o c clica ou ciclo de trabalho t o tempo em nivel l gico alto e T o periodo que determinado como sendo o inverso da frequ ncia da onda quadrada Para se gerar um sinal PWM realizada a compara o de um sinal de refer ncia com uma portadora com a forma de uma onda triangular ou dente de serra A escolha da portadora de sua amplitude e de sua frequ ncia depende da aplica o A compara o de forma an loga pode ser feita com um amplificador operacional como visto na Figura 16 Figura 16 Circuito Modulador PWM t VRef T Ky VPort Fonte Produ o do pr prio autor Dependendo da aplica o o sinal de refer ncia pode ser um sinal constante ou senoidal Na Figura 17 mostrado o sinal da portadora triangular VPort o sinal de refer ncia constante VRef e a forma de onda do sinal PWM gerado VPWM 33 Figura 17 Formas de onda de uma modula o PWM com refer ncia constante VRef VPort 0 8 0 6 0 4 0 2 VPWM 0 8 0 4 0 0 004 0 008 0 012 0 016 Tempo s Fonte Produ o do proprio autor Se sinal de refer ncia for uma onda senoidal a raz o ciclica varia constantemente na mesma propor o da varia o do sinal de entrada importante que a frequ ncia da onda portadora seja maior que a frequ ncia do sinal de refer ncia Na Figura 18 s o mostradas as formas de onda da portadora VPort do sinal senoid
53. a defasadas entre si em 180 O primeiro sinal de refer ncia gera o sinal de PWM para os interruptores S1 e S2 sendo complementares entre si sendo que o segundo sinal de refer ncia gera o sinal PWM para os interruptores S3 e S4 Na Figura 10 mostrado o sinal de sa da do inversor e seus sinais de refer ncia Figura 10 Tens o de sa da do Inversor Ponte Completa em tr s n veis e sinais de refer ncia senoidais VOut 400 200 400 Vref1 Vref2 0 5 0 5 0 0 004 0 008 0 012 0 016 0 02 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor 27 A partir da safda do inversor pode se obter uma onda senoidal filtrando se os harm nicos indesej veis O estudo sobre diferentes tipos de inversores e seu comando tem por objetivo reduzir estas harm nicas possibilitando assim a utiliza o de filtros mais simples e reduzindo as perdas no processo Podem se obter menos harm nicas aumentando a quantidade de interruptores em um mesmo bra o do inversor tornando tamb m mais complexo o comando deste Um inversor trif sico apresenta tr s bra os com dois interruptores e dois diodos de retorno como mostrado na Figura 11 Utilizando um banco de carga trif sica obt m se como sa da tr s formas de onda semelhantes s encontradas no inversor ponte completa por m defasadas entre si em 120 Figura 11 Inversor Trif sico s ADI sa ADS s5 ADs ahh T Vi
54. a Figura 24 Figura 24 Configura es do bloco de PWM Monof sico com mudan a de fase Parameters Other Info Color Single phase PWM generator TI F28335 Display Display Name PSM_F28335_PHASEPWM _ Use Trip Zone 4 Disable Trip Zone 4 A Co PWM Source PWM 2 I z Use Trip Zone 5 Disable Trip Zone 5 D Co Output Mode Use PWM Ap x Use Trip Zone 6 Disable Trip Zone C z Dead Time aus I Trip Action High impedance jW PWM Frequency ox TT IT x Peak to Peak Value in EJE PWM Freq Scaling Factor CC lt IC z offset value kk is Carrier Wave Type Triangular wave zl Initial Input Value o Cosi Trigger ADC Do not trigger aoc x Start PWM at Beginning sat JI ADC Trigger Position o Was Use Trip Zone 1 Disable Trip Zone 1 v z Use Trip Zone 2 Disable Trip Zone 2 DI Ce Use Trip Zone 3 Disable Trip Zone3 zl Fonte PSIM 3 1 4 PWM de Duas Fases O bloco de PWM de Duas Fases observado na Figura 25 possui duas entradas e duas sa das por m diferentemente do gerador monof sico as sa das n o s o complementares Este gerador tem como sa das dois sinais de frequ ncias iguais gerados por uma mesma portadora Este gerador n o possui a op o de utilizar a sa da A ou B ou seja sempre as duas sa das est o ativadas Tamb m n o possui a op o de escolher o tempo morto Este gerador de PWM possui seis modos de utiliza o em que se difere e
55. a SimCoder possui este componente capaz de configurar uma fonte de clock externa O componente apresentado na Figura 52 58 Figura 52 Bloco de DSP Clock DSP CLK F28335 Fonte Produ o do proprio autor Pode se configurar a frequ ncia do clock externo inserindo um numero inteiro at 30MHz caso seja necess rio utiliz lo Pode se tamb m determinar a velocidade do DSP tamb m em MHz que deve ser um valor inteiro e m ltiplo do valor determinado para o clock externo sendo no m ximo 150MHz Na Figura 53 mostrada a janela de configura es deste componente Figura 53 Configura es do bloco de DSP Clock Parameters Other Info Color DSP speed specification TI F28335 Display Name m pssi T External Clock MHz raa DSP Speed MHz sot Da Fonte PSIM 3 10 CONFIGURA O DE HARDWARE Atrav s deste componente podem se configurar todas as portas que ser o utilizadas na aplica o Podem se verificar quais portas podem ser utilizadas para quais fun es uma ferramenta muito til para evitar configurar dois componentes com a mesma porta GPIO Por m mesmo utilizando este componente se faz necess rio configurar cada elemento individualmente Na Figura 54 mostrado o componente de Configura o de Hardware 59 Figura 54 Bloco de Configura o de Hardware Hardware Config F28335 Fonte Produ o do proprio autor Ap s configur lo deve se tra
56. a de configura es do Encoder State Figura 49 Configura es bloco do Encoder State Parameters Other Info Color Encoder interrupt source TI F28335 Display Name TI_ENCSTATE1 E Encoder Source Encoder 1 GPIO20 21 D Es Fonte PSIM 3 8 CONTADOR UP DOWN Este Contador basicamente uma vers o simplificada do Encoder Ele possui apenas duas entradas Clk e Dir e a sa da Cnt conforme visto na Figura 50 A cada pulso na entrada Clk o valor da sa da Cnt incrementado ou decrementado em uma unidade A entrada Dir 57 tem como fun o determinar a dire o de contagem Se o valor da entrada Dir 1 a contagem crescente e se o valor de Dir 0 a contagem decrescente Figura 50 Bloco do Contador Up Dowm Up Down o JC1k Cnt o Dir F28335 Fonte Produ o do proprio autor Para configurar este Contador basta escolher qual pino sera utilizado Percebe se que as portas GPIO dispon veis s o as mesmas usadas para o Encoder por m o contador utiliza somente uma porta Igualmente ao Encoder podem se utilizar somente dois Contadores em uma aplica o A janela de configura es do Contador Up Dowm mostrado na Figura 51 Figura 51 Configura es do bloco Contador Up Dowm Parameters Other Info Color Up Down counter TI F28335 Display Name TI UPDOWNI E Counter Source Counter 1 GPIO20 21 D LES Fonte PSIM 3 9 DSP CLOCK A ferrament
57. al VRef e o sinal PWM resultante VPWM Figura 18 Formas de onda de uma modula o PWM com refer ncia senoidal VRef VPorn 0 0 004 0 008 0 012 0 016 Tempo s Fonte Produ o do proprio autor 34 O Sim oder possui alguns blocos de configura es de sa das PWM Esses blocos apresentados a seguir realizam a compara o de uma portadora interna com um sinal de refer ncia Os blocos PWM encontrados no SimCoder s o PWM nico PWM de uma fase de duas fases e trif sico 3 1 1 PWM nico O bloco de configura o de PWM Unico apresenta apenas uma entrada e uma sa da Como entrada deve se ter um sinal constante ou vari vel que esteja entre o valor pico a pico configurado Sua sa da ser um sinal de onda quadrada de n vel baixo igual a O e n vel alto igual a 1 Na Figura 19 apresentado o bloco de PWM nico Figura 19 Bloco de PWM nico APWM F28335 Fonte Produ o do pr prio autor As configura es necess rias ao bloco de PWM Unico mostradas na Figura 6 s o e PWM Source Sele o da porta correspondente que ser utilizada do DSC S o divididos de APWM1 a APWM6 sendo que cada uma possui a op o de sele o entre duas ou tr s portas GPIO distintas Caso seja necess rio utilizar mais de um gerador de PWM nico deve se configur los com diferentes APWM s portanto pode se utilizar at seis destes blocos em uma aplica o e PWM Frequency Defini o da frequ ncia
58. all changes must have been saved the Ge E SE configuration file contains no errors and the connection type supports this iq NewTargetConfiguration com TMS320R2812 function KR passwords asm TMS320TCI6482 postBuildStep 1 RamDebug ba SEENEN Test Connection postBuildStep 2 RamRelease b postBuildStep_3_FlashRelease b Basic Advanced Source _ scree ere D Problems E Console sBiosFlash lib S PsBiosRam lib ifm teste ccca trifasico pjt T J teste ccca trifasico multin vel TS testel O errors 1 warning 0 others Description Resource Location Type amp Warnings 1 item n Licensed Fonte Produ o do proprio autor 105 Na Figura 93 pode se observar o fcone Test Connection que permite que a conex o seja testada Caso ocorra algum erro necess rio fechar o CCS trocar a porta USB utilizada e abri lo novamente Para in cio dos testes foi utilizado o circuito simulado e o c digo apresentado no Cap tulo 4 na Figura 61 O circuito utiliza um valor obtido pelo conversor A D para determinar a raz o c clica do modulador de PWM Monof sico O bloco de PWM acionado atrav s dos componentes Start PWM e Stop PWM que por sua vez s o acionados por uma entrada digital A partir do c digo em linguagem C gerado pode se ent o depurar o c digo para o DSC Para variar a tens o na entrada AO correspondente entrada do conversor A D configurada na simula o
59. ciclo de trabalho Pode se observar tamb m que as correntes apresentam um valor m ximo e m nimo Para condu o descont nua o valor m nimo da corrente seria igual zero A partir de simula es no software PSIM pode se observar uma caracter stica semelhante a um sistema de segunda ordem conforme mostrado na Figura 5 Figura 5 Tens o de sa da do conversor Buck Vout 10 0 0 004 0 008 0 012 0 016 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor Devido a esta caracter stica observada do conversor Buck comum encontrarem se projetos de controle tendo como objetivo corrigir ou cancelar o pico de tens o observado ou reduzir o tempo de resposta Para projetar o controlador necess rio obter o modelo matem tico do conversor Para isso considera se a simplifica o do conversor Buck observada na Figura 6 21 Figura 6 Modelo simplificado do conversor Buck L voD E 28 e i Fonte Produ o do pr prio autor A fonte de tens o do circuito corresponde tens o m dia do diodo onde Vg a tens o de entrada e D a raz o c clica A partir do circuito apresentado poss vel obter as seguintes equa es DA LEO ce o 1 it i t ar 2 L ns ce 3 Onde i e i s o respectivamente as correntes no indutor e no capacitor e v t a tens o de sa da do circuito ou seja a tens o na carga Aplicando se a equa o 2 na equa o 1 obtemos d
60. de PWM ser ativado ou desativado Pode se optar entre os canais PWM1 a PWM6 para os blocos de PWM de uma ou duas fases ou os canais PWM123 ou PWM456 se o bloco for o PWM Trif sico ou Capture de 1 a 6 que podem ser usados tanto para os blocos de Captura que ser o mostrados em seguida quanto para os moduladores de PWM nico Na Figura 31 s o mostradas as janelas de configura es dos blocos Figura 31 Configura es dos blocos a Start e b Stop PWM Parameters other Info Color Parameters other Info Color Start PWM TI F28335 Stop PWM TI F28335 Display TI_STOPPWM1 E Jun 1 D Lt b Display TI_STARTPWM1 E Jun 1 M r Fonte PSIM 47 3 3 TRIP ZONE E TRIP ZONE STATE Este bloco utilizado para realizar uma interrup o nos moduladores de PWM O bloco do Trip Zone possui seis entradas cada uma correspondendo a uma porta GPIO H somente seis portas GPIO dispon veis para se utilizar portanto somente um bloco Trip Zone pode ser utilizado por aplica o A a o do Trip Zone ativada com a entrada em n vel l gico baixo Conforme mostrado na Figura 32 este bloco n o apresenta nenhum pino de sa da Figura 32 Bloco Trip Zone Trip Zone F28335 Fonte Produ o do pr prio autor As portas dispon veis s o de GPIO12 a GPIO17 correspondendo aos Trip Zones de 1 a 6 Um modulador de PWM pode ser configurado para ser interrompido por mais de um Trip Z
61. derl com as portas GPIO 20 e 21 ou 50 e 51 ou em Encoder2 com as portas GPIO 24 e 25 sendo que uma porta corresponde sa da Cnt e outra sa da do bloco Encoder State e Use Z Signal Deve se optar em utilizar a entrada Z ou n o e Use Strobe Signal Deve se optar em utilizar a entrada Strobe ou n o e Counting Direction Defini o da dire o de contagem sendo Forward a ordem crescente e Reverse a ordem decrescente e Encoder Resolution Defini o da resolu o do Encoder sendo o n mero de pulsos por volta Estas configura es podem ser vistas na Figura 47 Figura 47 Configura es do bloco Encoder Parameters Other Info Color Encoder TI F28335 Display Name TI_ENCODER1 BR Encoder Source Encoder 1 GPIO20 21 rv T z Use Z Signal Yes Use Strobe Signal No Counting Direction Forward Encoder Resoluton 0 ro Fonte PSIM 56 O bloco de Encoder State mostrado na Figura 48 tem a fun o de indicar a fonte da interrup o Este apresenta em sua sa da nivel l gico alto quando o sinal Z provoca a interrup o e n vel l gico baixo quando o sinal do Strobe gera a interrup o Figura 48 Bloco do Encoder State Encode State F28335 Fonte Produ o do pr prio autor Para configur lo basta escolher quais portas ser o utilizadas Lembrando que se deve utilizar as mesmas portas que foram configuradas para o Encoder Na Figura 49 mostrada a janel
62. do conversor Buck pode se encontrar o modelo de corrente apresentado a seguir l s Vg RCs 1 D s R LCs s 1 9 Onde J a corrente no indutor Outros conversores que n o ser o apresentados possuem comando similar ao conversor Buck Outros conversores CC CC como o conversor Boost ou o Buck Boost apresentam semelhantemente ao Buck apenas um interruptor sendo necess rio portanto apenas um sinal de PWM para o comando Pode se obter os modelos destes conversores do mesmo modo como foi obtido para o conversor Buck podendo se realizar simula es com o conversor e projetar o controlador 24 2 2 CONVERSORES CC CA Os inversores s o circuitos est ticos isto n o tem partes m veis que convertem pot ncia CC em pot ncia CA com frequ ncia e tens o ou corrente de sa da desejada AHMED 2000 Portanto este conversor tem como entrada tens o cont nua e como sa da tens o alternada Para tornar a tens o de sa da uma onda senoidal utiliza se o m todo de modula o por largura de pulso PWM com um sinal senoidal como sinal de refer ncia Existem diversos tipos de inversores diferenciando se entre si em n meros de interruptores utilizados tipos de comando n meros de fases entre outros O tipo mais b sico o inversor meia ponte mostrado na Figura 8 Figura 8 Inversor Meia Ponte NS 24 D1 S2 EX D2 e k Fonte Produ o do pr prio autor Est
63. doras triangulares e tr s sinais de refer ncia senoidais Primeiramente as chaves s o divididas entre as de n mero impar e de n mero par vistas na figura acima Paras as chaves de n mero impar realizada a compara o das refer ncias senoidais com a portadora triangular positiva ou seja a onda que tem valor m nimo zero e valor m ximo 1 29 Figura 13 Inversor NPC trifasico R1 L1 N A R2 L2 Vn pm LS VA rn Fonte Produ o do pr prio autor Igualmente ao inversor trif sico simples para cada bra o utilizado uma refer ncia senoidal defasados entre si em 120 Para as chaves Sl e S3 os canais de PWM devem ser complementares assim como para os interruptores S5 e S7 e para os interruptores S9 e S11 O mesmo feito para os interruptores pares por m com a portadora triangular negativa ou seja a onda que tem valor m ximo zero e valor m nimo 1 Na Figura 14 s o mostradas as formas de onda dos sinais de refer ncia e das portadoras da modula o IDP In Phase Disposition utilizada para o comando do conversor NPC 31 3 COMPONENTES DO SIMCODER A ferramenta SimCoder do software PSIM possibilita que a partir de um circuito de simula o seja criado um c digo em linguagem C j pronto para implementa o em um controlador digital de sinais DSC O controlador em quest o o TMS320F28335 da Texas Instruments que ser estudado posteriormente O SimCoder apresenta diversos componentes
64. e conversor apresenta dois interruptores que possuem comandos complementares isto quando um interruptor est ativado o outro deve estar desativado para que a fonte de tens o n o fique em curto circuito Para garantir que os interruptores n o sejam ativados simultaneamente o comando feito com um pequeno tempo de diferen a entre o fim do ciclo de um interruptor e o in cio do ciclo do outro Este tempo chamado de tempo morto ou dead time No circuito quando o interruptor S1 est conduzindo a tens o na carga RL a tens o da fonte de entrada Quando o interruptor S2 entra em condu o a tens o de sa da zero 25 obtendo se assim uma onda quadrada Observa se que em ambos os circuitos os diodos D1 e D2 tem a fun o de conduzir correntes contr rias Estes diodos s o denominados diodos de retorno Outro tipo de inversor o de ponte completa Este conversor conforme mostrado na Figura 9 possui quatro interruptores distribu dos em dois bra os Com esta configura o podem se obter dependendo do tipo de comando diferentes formas de ondas na sa da Figura 9 Inversor Ponte Completa vin Fonte Produ o do pr prio autor 7 D3 D4 A tabela abaixo apresenta as combina es possfveis considerando que os interruptores no mesmo bra o isto S1 e S2 ou S3 e S4 n o podem ser acionados simultaneamente Tabela 2 Funcionamento do Inversor Ponte
65. e criar um arquivo de configura o de destino no qual se deve escolher qual dispositivo ser utilizado Para criar este arquivo deve se acionar o menu em File gt New gt Target Configuration File Ao se abrir este arquivo deve se selecionar o tipo da conex o Neste caso ser utilizado Texas Instruments XDS100v1 USB Emulator Deve se selecionar ent o o dispositivo utilizado neste caso o DSC TMS320F28335 e ent o salv lo Na Figura 93 podem se observar as configura es citadas Figura 93 Configura o de Dispositivo pelo CCS v5 1 File Edit View Navigate Project Run Scripts Window Help ef A r ity i EECHER D ES CCS Debug D amp Project Explorer 2 L teste_ccca_trifasico c 2 NewTargetConfiguration coml E3 E 7 Basic T J teste buck 1 T J teste ccca multin vel General Setup Advanced Setup Me teste_ccca_trifasico Active 1_F This section describes the general configuration about the target E Binaries Connection Texas Instruments XDS100v1 USB Emulator Target Configuration lists the configuration options for the target E Includes e n E 1_RamDebug Board or Device type filter text L DSP2833x_Headers_nonBlOS cn Le F28335 RAM Lnk cmd L teste ceca trifasico c Save Configuration TMS320F28235 TMS320F28332 Save m C28x FPU FastRTS betal lib TT TMS320F28334 G Sr FLASH_Lnk cmd TMS320F 28335 beienee EF FLASH Mi Lr TMS320R2810 To test a connection
66. e do NPCm rrenan 110 Figura 104 NPCm utilizado para valida o dos resultados keke 111 Figura 105 Circuito de pot ncia do Conversor NPC u ereke kek ek kek kes 112 Figura 106 Geradores de PWM para comando do NPCM eee ee kek n 113 Figura 107 Configura es de um dos geradores de PWM utilizados para comando do NPCM EE 114 Figura 108 Sinal de Refer ncia e Sinais de PWM geradosS u keke ekeke 114 Figura 109 Leituras realizadas pelo conversor A D para o NPCm E eee 115 Figura 110 Entradas e Sa das Digitais utilizadas L Eek eke keke 116 Figura 111 Elementos de Prote o do NPC RE 117 Figura 112 Tens o e corrente de sa da da fase A do conversor NPCm j UUj 118 Figura 113 Tens o e corrente de sa da do conversor NPCm sem perturba es 118 Figura 114 Formas de onda entre o Gate e o Source das chaves da fase A 125 Figura 115 Formas de onda nas chaves Sp e S02 erre 125 Figura 116 Tempo morto entre as chaves Sp e SO2 ea 126 Figura 117 Verifica o da frequ ncia de chaveamento EE eee ken 126 Figura 118 Verifica o da frequ ncia do sinal de refer ncia e 127 Figura 119 Forma de onda da tens o entre o Drain e o Source do interruptor SpA 127 Figura 120 Tens o entre o Drain e o Source obtido na simula o EE 128 Figura 121
67. e sa da e Start PWM at Beginning Sele o entre Start em que o gerador de PWM come ar ativado ou Do not Start em que o gerador de PWM depender de um m dulo Start PWM para funcionar O gerador de PWM de duas fases possui seis modos de opera o os quais ser o explicados a seguir podendo ser visualizados na Figura 27 1 Modo 1 Utiliza uma onda dente de serra como portadora Neste modo enquanto os sinais de entrada s o maiores que a portadora os sinais de sa da permanecem em n vel l gico alto Este modo de opera o mostrado Figura 27a 2 Modo 2 Utiliza uma onda dente de serra como portadora Neste modo ocorre o oposto do modo 1 ou seja enquanto os sinais de entrada s o maiores que a portadora os sinais de sa da permanecem em n vel baixo conforme mostrado na Figura 27b 3 Modo 3 Utiliza uma onda dente de serra como portadora Neste modo as entradas do gerador mudam apenas a sa da CA sendo que a sa da CB permanecendo inalterada 42 com a metade da frequ ncia e raz o ciclica de 0 5 Como pode ser visto na Figura 27c a entrada CA determina o ponto em que o sinal de sa da PWMxA sobe para o nivel alto enquanto que a entrada B determina o ponto em que a sa da PWMxB retorna para o n vel l gico baixo Figura 27 Modos de opera o do bloco de PWM de Duas Fases a f correspondem aos modos de I a VI PWMxB Fonte Manual de Usu rio do PSIM POWERSIM 2010 43 4
68. em do Conversor A D em suas configura es mas sim nos blocos de PWM Figura 109 Leituras realizadas pelo conversor A D para o NPCm E gt gg GadcYbusGND AA SS c Fonte Produ o do pr prio autor O conversor NPCm utilizado apresenta dois bot es sendo utilizados como entradas digitais e dois LED s presentes no pr prio DSC utilizados como sa das digitais Ambas as 116 portas GPIO foram previamente definidas n o podendo ser alteradas Para as entradas digitais foram utilizadas as portas GPIO24 e GPIO25 e para as sa das GPIO31 e GPIO34 A porta GPIO24 utilizada para acionar os geradores de PWM atrav s dos componentes Start PWM sendo utilizados um para cada gerador J a porta GPIO25 utilizada para parar os moduladores de PWM utilizando os componentes Stop PWM que ser o apresentados posteriormente Na Figura 110 s o observados os blocos de entradas e sa das digitais Figura 110 Entradas e Sa das Digitais utilizadas Start PWM F28335 GPIO34 Start PWM Fonte Produ o do pr prio autor O LED ligado a porta GPIO31 utilizado para indicar que as prote es do NPCm foram acionadas J o LED ligado porta GPIO 34 indica se o bot o que interrompe os blocos de PWM foi acionado ou se o Trip Zone foi acionado atrav s do componente Trip Zone State O Trip Zone foi configurado para o canal Trip Zone 1 a
69. er um ganho de 16V para os tr s canais utilizados 93 Figura 86 Circuito de pot ncia do inversor trifasico Fonte Produ o do proprio autor No comando deste inversor foi utilizando um bloco de PWM Trif sico que foi configurado para 0 5us de tempo morto 20kHz de frequ ncia tens o de pico da portadora de 3V e 1 5V de offset Como sinais de refer ncia foram utilizados tr s sinais senoidais de amplitude de 1V defasados em 120 entre si Na Figura 87 pode se observar o gerador de PWM e um circuito para ativar o gerador semelhante ao apresentado para o conversor Buck Figura 87 Circuito de comando do inversor trif sico 3 ph PWM G1 sin _ G2 SS sin 63 3 3 Keo a SER G4 gt gt sin EE KR F28335 66 Hardware 2120 Config F28335 DIN Start PWM F28335 Ne PIPPE F28335 Fonte Produ o do pr prio autor 94 Na Figura 88 mostrado o circuito das leituras anal gicas atrav s do Conversor A D Figura 88 Conversor A D utilizado para o inversor trif sico Fonte Produ o do pr prio autor As formas de ondas das tens es lidas pelo conversor A D podem ser vistas na Figura 89 Figura 89 Tens o de sa da das tr s fases do inversor trif sico VAB 0 1 1 0 4 VCA 1 0 1 0 0 004 0 008 0 012 0 016 0 02 Tempo s Fonte Produ o do proprio autor 95
70. ersor Buck em malha fechada com controlador Pi KEE 77 Figura 73 Ferramenta s2z Converter do PSIM c ssessssssesssesssessssssesssessessesssecssessesssesseesecess 78 Figura 74 Conversor Buck com controlador PI discretizado eee 79 Figura 75 Formas de onda de sa da do conversor Buck com controlador discretizado 80 Figura 76 Conversor Buck com controlador na forma de fun o de transfer ncia no dom nio KEE 81 Figura 77 Formas de onda de saida do conversor Buck com controlador em fun o de transferencia NO EE 82 Figura 78 Conversor Buck em malha fechada com controlador digital utilizando o bloco de PRMD ASTI EE 83 Figura 79 Bloco de linguagem C simples com c digo escrito para o controle digital 84 Figura 80 Formas de onda de sa da do conversor Buck com controlador digital utilizando o loco de linguagem C Simples suas ies gege Eeer ek e 85 Figura 81 Formas de onda de safdas do conversor Buck em malha fechada para os tr s m todos de controle digital sicciccsevcssiseieadievseveisisevencavvsnczevisdsesdoasvonadeasedeneenssaveandsdecadeadaveavabecsens 86 Figura 82 Circuito da simula o e configura es do DSC para o inversor ponte completa 87 Figura 83 Janela de configura es do bloco de PWM utilizado na simula o do inversor ponte completa EE 87 Figura 84 Circuito de Comando do inversor ponte completa 88 Figura 85 Tens o e corrente de sa da do i
71. es do oscilosc pio Na Figura 118 foram utilizados os quatro canais do oscilosc pio para verificar as formas de onda dos interruptores assim como a frequ ncia do sinal de refer ncia Figura 118 Verifica o da frequ ncia do sinal de refer ncia Tek M j Trig d M Pos 4 823ms CURSORES i i Tipo Origem CH1 n at 16 80ms zi 59 52Hz ay dm Cursor 1 20 ms 14 0V CH1 10 0V che 10 0 M 10 0ms CH1 JL 4 18 CH3 BDMV CH4 5004 23 Out 14 15 48 877 603Hz Fonte Produ o do pr prio autor Com o funcionamento dos interruptores verificado foi acionada ent o a tens o no barramento CC utilizando um retificador alimentado por um Varivolt trif sico Na Figura 119 observa se a forma de onda da tens o entre o Drain e o Source da chave SpA onde s o mostrados dois n veis de tens o Figura 119 Forma de onda da tens o entre o Drain e o Source do interruptor SpA Tek A qi Stop M Pos 1413us TRIGGER Tipo Origem Quando Largura de pulso WEI mais pag 1 de2 CH2 10 0vV M5 00ms CH2 JL 37 2 f Nov 14 14 58 331 070Hz Fonte Produ o do pr prio autor 128 Como comparativo pode se observar a forma de onda resultante da simula o na Figura 120 Na simula o tamb m s o observados dois nfveis de tens o tal como a ondula o encontrada na forma de onda obtida experimentalmente Figura 120 Tens o entre o Drain e o Source obtido na simula o VSnA
72. gura o de Controlador Digital de Sinais Aplicado a Conversores Chaveados Utilizando a Ferramenta PSIM SimCoder 2014 TCC Bacharelado em Engenharia El trica rea Eletr nica e Microprocessadores Universidade do Estado de Santa Catarina Joinville 2014 Este trabalho de conclus o de curso apresenta o estudo de elementos do software de simula o PSIM utilizados para gera o de c digos em linguagem C Os blocos do SimCoder podem ser configurados e utilizados em simula es de conversores chaveados O c digo gerado pode ser importado para o programa Code Composer Studio v5 1 sem que sejam feitas modifica es ou adequa es no c digo O SimCoder apresenta estes blocos para implementa o de controle digital para um Controlador Digital de Sinais DSC da Texas Instruments o TMS320F28335 um controlador de ponto flutuante Utilizando os blocos do SimCoder podem ser configuradas as sa das de PWM as entradas anal gicas a entradas e sa das digitais entre outras op es encontradas no DSC Ap s o estudo de conversores chaveados s o realizadas simula es com os blocos mencionados gerados os c digos e realizados testes com o DSC e com o NPCm um conversor bidirecional de tr s n veis Por fim s o apresentados os resultados obtidos experimentalmente apresentando as formas de ondas do DSC e do conversor utilizado verificando o funcionamento dos c digos gerados Palavras chave PSIM Controlador Digital de Sinais
73. gura 98 Sinal de refer ncia externo e sinal PWM gerado Tek Ju Stop M Pos 0 000s MEASURE CHI Freq CHI Pk Pk 1 2 524 CH1 Max 3 3 V Max 2 54 CH2 Freq CH1 1 00 CH2 2004 MS500us CH1 Z 1 08 Push an option button to change its measurement r 5 001kHz CH2 Fonte Produ o do pr prio autor 108 Na Figura 99 observam se dois sinais gerados por um sinal PWM com refer ncia senoidal ap s um filtro RC Os sinais foram obtidos de dois canais de um mesmo gerador de PWM portanto os sinais s o complementares gerando senoidais defasadas em 180 Figura 99 Sinais gerados por sinais PWM complementares ap s filtragem M Pos 5 400ms MEDIDAS Fonte Produ o do pr prio autor Na Figura 100 observam se tr s sinais obtidos de um gerador PWM com refer ncia senoidal defasados entre si em 120 para se verificar o funcionamento do gerador de PWM trif sico Figura 100 Sinais obtidos do modulador PWM trif sico ap s filtragem M Pos 100 0us MEDIDAS Fonte Produ o do pr prio autor 109 Os tr s sinais foram obtidos a partir de filtros RC iguais utilizando um capacitor de 100nF e resistor de 10k P de se verificar a defasagem entre os sinais utilizando os cursores de tempo do oscilosc pio Considerando que os sinais est o defasados em 120 a diferen a de tempo entre os picos de duas fases deve ser igual a um ter o do per odo da onda Para a frequ ncia de 6
74. i MonOfASlC0 cus eira atas sia VS aeons 35 3 1 3 PWM Monof sico com mudan a de Tase 38 SLA PWM d Duas Fases cii ni lii HIH RAKE a RN ed 39 31 5 A DN Re EE 43 3 2 START PWM E STOP PWM ati a EE 46 3 3 TRIP ZONE E TRIP ZONE STATER 47 34 CONVERSOR ADs SAWA AA A WA A AKA A A AWA SAW WANA Bal 49 3 5 ENTRADAS E SA DAS DIGITAIS EE 50 3 6 E ER 52 3 7 ENCODER E ENCODER STATE aeee 54 3 8 CONTADOR CEET 56 BOY E e EE 57 3 10 CONFIGURA O DE HARDWARE eee eee 58 3 11 OUTROS COMPONENTES eee rerererereeeets 59 4 C DIGO GERADO E O CODE COMPOSER STUDIO sccssccsseesssesseees 63 4 1 ESTUDO DO C DIGO GERADO eretas 63 4 2 O DSC E O CODE COMPOSER STUDIO ereke xek keke kereke keke 68 5 APLICA ES DO SIMCODER EM CIRCUITOS DE ELETRONICA DE POTENCIA 53255 ese a a ap ne b Se ea let 72 Sa CONVERSOR BUCK eege na N 72 5 2 INVERSOR PONTE COMPLETA n s 86 5 3 INVERSOR TRIF SICO E 92 Ss EE 97 6 RESULTADOS EXPERIMENTAIS eee ekere ereke 104 6 1 DESEN 104 6 2 SIMULA O DO CONVERSOR N tm eee exeeeeeeerereree ee eker 110 6 3 IMPLEMENTA O DO C DIGO E TESTES ccccsccscssessessesessssseseeseseseeseees 124 EENEG 132 EREECHEN 134 15 1 INTRODUCAO Em projeto de conversores uma parte de extrema import ncia o projeto do comando Para conversores muito complexos s o necess rios comandos igualmente complexos ocupando tanto tempo de projeto quanto outras etapas como pesquisa projet
75. ic t L dv t V D L ES ta EF v t 0 4 Substituindo se a equa o 3 na equa o 4 obt m se a equa o a seguir d v t L dv t dt R at v t V D 5 22 Considerando o conceito de valor m dio instantaneo e que o valor da raz o ciclica tamb m varia com o tempo pode se alterar a equa o 6 e em seguida aplicar a Transformada de Laplace 7 d or L d t dt R dt PCE V D t 6 LC s2V s s V s V s V D s 7 Considerando se V s como o sinal de sa da e d s como sinal de entrada do conversor encontramos a fun o de transfer ncia do conversor Buck V s V D s LCs 5s 1 8 Atrav s do componente s domain Transfer Function do software PSIM pode se simular o modelo obtido comparando com a forma de onda do conversor Para esta simula o foram utilizados os seguintes valores Tabela Valores utilizados para simula o do Conversor Buck Vg 12V L 600uH C 500uF R 2 50 Fonte Produ o do pr prio autor O resultado obtido mostrado na Figura 77 Observa se que o modelo apresenta um comportamento muito pr ximo do comportamento do conversor 23 Figura 7 Compara o entre as tens es do conversor comutado e a resposta do modelo continuo obtido Vout Vmod 0 0 004 0 008 0 012 0 016 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor Zz Da mesma forma como obtido o modelo de tens o
76. ilizando o bloco de fun o de transfer ncia no dom nio z do PSIM com os par metros da fun o de transfer ncia obtida no MATLAB Figura 76 Conversor Buck com controlador na forma de fun o de transfer ncia no dom nio z ta u 0000000000 a Ho O F28335 20k ZOH Fonte Produ o do pr prio autor 82 As formas de onda de safda do conversor em malha fechada com o controlador na forma de fun o de transfer ncia no domfnio z obtidas s o iguais s formas de onda encontradas com o controlador discretizado conforme mostrado na Figura 77 Figura 77 Formas de onda de safda do conversor Buck com controlador em fun o de transfer ncia no dominio z Vo lo 14 12 10 0 0 001 0 002 0 003 0 004 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor A partir da simula o poss vel gerar o c digo para o DSC No quadro abaixo mostrado parte deste c digo correspondente ao controlador simulado interrupt void Task DefaultType fTI ADC1 1 fZOH2 fTI ADC1 fZOH1 fSUM1 fTF_D2 PS EnableIntr fTI ADC1 1 PS GetDcadc 1 fTI ADC1 PS GetDcadc 0 fZOH2 fTI ADC1 1 fZOH1 fTI ADC1 fSUM1 fZOH2 fZOH1 t static DefaultType fIn 0 0 static DefaultType fOut 0 0 fTF D2 0 0375 fSUM1 0 0225 Ein 1 fOut fIn fSUM1 fOut fTF D2 PS SetPwmiRate fTF D2 83 PS_ExitPwm1General H ai
77. inal PWM gerado por este bloco em rela o a um bloco de PWM Monof sico comum Este bloco deve ser utilizado juntamente a um bloco de PWM Monof sico pois usar o sinal PWM deste bloco como refer ncia Na Figura 23 observado este bloco Figura 23 Bloco de PWM Monof sico com mudan a de fase PWM Phase In A gt PhaseB F28335 Fonte Produ o do pr prio autor Para a utiliza o deste bloco os canais de PWM s o divididos em dois grupos No primeiro grupo est o os canais PWM1 PWM2 e PWM3 j no segundo grupo encontram se os canais PWM1 PWM4 PWMS e PWM O bloco de PWM Monof sico de refer ncia e este bloco devem ser configurados para canais pertencentes ao mesmo grupo sendo que o bloco de PWM Monof sico com mudan a de fase n o pode ser configurado para o canal PWM1 Por exemplo se o bloco de PWM Monof sico foi configurado para o canal PWM2 o bloco com mudan a de fase deve ser configurado para o canal PWM3 Se o bloco de PWM Monof sico foi configurado para o canal PWM4 o bloco com mudan a de fase pode ser configurado para os canais PWM5 ou PWM Se for configurado o PWM1 como refer ncia 39 o bloco com mudan a de fase pode ser configurado para qualquer outro canal pois o canal PWM1 pertence aos dois grupos Os par metros de configura es deste componente com exce o do canal a ser escolhido s o os mesmos que os par metros mostrados para o bloco de PWM Monof sico conforme visto n
78. inicio ou no meio da portadora e Use Trip zones Defini o de como ser o utilizados os Trip zones de 1 a 6 entre desabilit los ou habilit los no modo One shot ou Cycle by Cycle e Trip Action Defini o do gerador de PWM responder a o de um Trip zone podendo optar entre alta imped ncia para as duas sa das para apenas a sa da A ou apenas B ou n o tendo nenhuma a o 41 Figura 26 Configura es do bloco de PWM de duas fases Parameters Other Info Color 2 phase PWM generator TI F28335 Help splay spla Di Display Name TI FUNCPWMI E Use Trip Zone 6 Disable Trip Zone 6 Cas PWM Source PWM 1 z T7 z Trip Action High impedance slf x Mode Type Moe sl F Peak Value f o _ _ __ CS PWM Frequency ek ita Input Value A lo E PWM Freq Scaling Factor 1 CC jz Initial Input Value B le HH gu Trigger ADC Do not trigger ADC v StartPWMatBeginning Start sel FT ADC Trigger Position Beginning of carrier wa r T Use Trip Zone 1 Disable Trip Zone 1 v z Use Trip Zone 2 Disable Trip Zone2 z Use Trip Zone 3 Disable Trip Zone 3 x 3 Use Trip Zone 4 Disable Trip Zone 4 vj F x Use Trip Zone 5 Disable Trip Zone 5 ct e Peak to Peak Value Defini o do valor pico a pico do sinal de entrada e Initial Input Value Defini o do valor inicial das entradas A e B Este valor interfere apenas nos primeiros ciclos do sinal d
79. is code is created by SimCoder Version 2 for F28335 Hardware Target a TS teste_ccca_multinivel Active 1_RamDebug EI Includes Le DSP2833x Headers nonBIOS cmd 6 4a F28335 RAM Lnk cmd 7 8 include lt math h gt e e 9 include PS bios h x fas dera 19 typedef float DefaultType Ig F28335 FLASH Lok omg 11 define GetCurTime PS GetSysTimer H RAM Lnkemd KR passwords asm 13 interrupt void Task E postBuildStep 1 RamDebug bat 14 void Task 1 E i 15 am ee er eege 16 DefaultType fGblVsin 0 EW postBuildStep_3_FlashRelease bat 17 DefaultType fGblvcos 0 8 5 postBuildStep 4 FlashRamRelease bat 18 typedef struct BA PsBiosFlash lib 4 SimCoder is copyright by Powersim Inc 2009 PsBiosRam lib Kimona i Problems 53 E Console E teste_ccca_multinivel pjt teste pum O items Description Resource LC reste ccca multinivel teste ccca multinivel c Fonte Produ o do pr prio autor Para facilitar o processo sugere se sempre salvar a simula o do PSIM na rea de trabalho utilizada no CCS Caso seja feita alguma modifica o na simula o do PSIM o c digo gerado ser atualizado automaticamente no CCS evitando que todo o processo de importa o tenha que ser feito novamente 72 5 APLICA ES DO SIMCODER EM CIRCUITOS DE ELETRONICA DE POT NCIA Depois de realizado o estudo sobre os conversores estaticos possfvel realizar simula es no PSIM utilizando os elementos
80. ivado Figura 44 Bloco de Estado de Captura Fonte Produ o do pr prio autor 54 Para configura lo deve se apenas selecionar a fonte do sinal de captura ou seja qual porta esta sendo utilizada conforme visto na Figura 45 Figura 45 Configura es do bloco de captura de estado Parameters Other Info Color Capture trigger type single counter TI F28335 Display Name TI CAPSTATE1 E Capture Source Capture 1 DI LES Fonte PSIM 3 7 ENCODER E ENCODER STATE Este bloco configura uma entrada de Encoder Conforme mostrado na Figura 46 este componente possui quatro entradas e uma sa da Nas entradas A e B devem se colocar ondas quadradas defasadas em 90 entre si A entrada Z indica que ocorreu volta do Encoder devendo ter um sinal quadrado como entrada A entrada Strobe pode ser utilizada como fonte de interrup o assim como a entrada Z Figura 46 Bloco do Encoder Encoder Fonte Produ o do pr prio autor 55 Este elemento conta a quantidade de pulsos das entradas A e B tendo as entradas Z e Strobe como refer ncia de contagem Por m pode se optar por n o utilizar as duas ltimas entradas fazendo com que o Encoder conte infinitamente Para configurar este componente encontramos os seguintes itens e Encoder Source Devem se escolher quais portas GPIO ser o utilizadas Podem se utilizar at dois Encoders por aplica o podendo configur los em Enco
81. jada Na Figura 71 observa se o conversor Buck em malha fechada onde o controlador PI apresenta ganho de 0 03 e constante de tempo de 0 0001s 77 Figura 71 Conversor Buck em malha fechada com controlador PI pa V vo 24 Fonte Produ o do pr prio autor As formas de onda da tens o e da corrente s o mostradas na Figura 72 Figura 72 Formas de onda de sa da do conversor Buck em malha fechada com controlador PI Vo lo 14 0 0 001 0 002 0 003 0 004 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor 78 O controlador PI mostrado na Figura 71 est representado no dominio da frequ ncia portanto deve antes ser convertido para o dominio discreto z para poder ser utilizado pela ferramenta SimCoder gerar o c digo em linguagem C Uma maneira de fazer a convers o utilizar a ferramenta s2z Converter do PSIM encontrado no menu Utilities Esta ferramenta utilizada para se obter os valores discretizados do controlador Na Figura 73 mostrada a ferramenta apresentando os valores encontrados Figura 73 Ferramenta s2z Converter do PSIM r s Domain Function Integrator 2nd Order Band Pass Filter Proportional Integral 2nd Order Band Stop Filter Modified PI General ist Order Single Pole 1st Order Low Pass Filter General 2nd Order 2nd Order Low Pass Filter General 3nd Order 2nd Order High Pass Filter Sampling Frequency fs period Ts 1 fs _
82. kake keke keka keke E eg 32 Figura 17 Formas de onda de uma modula o PWM com refer ncia constante 33 Figura 18 Formas de onda de uma modula o PWM com refer ncia senoidal 33 Figura 19 Bloco de PWM Eiere 34 Figura 20 Configura es do bloco de PWM Unie 35 Figura 21 Bloco PWM Monof sico u antigas erek eke etna eel KK HAA KAKA HAA 36 Figura 22 Configura es do gerador de PWM Monofasico eke kek kekke 37 Figura 23 Bloco de PWM Monof sico com mudan a de Tase 38 Figura 24 Configura es do bloco de PWM Monof sico com mudan a de fase 39 Figura 25 Bloco de PWM de Duas Fases eege EEN 40 Figura 26 Configura es do bloco de PWM de duas fases E eee keke 41 Figura 27 Modos de opera o do bloco de PWM de Duas Fases a f correspondem aos modos de La VE enigma a ssa sas La T 42 Figura 28 Bloco de PWM Trif sico escassas eee keke kake EE 44 Figura 29 Configura es do modulador de PWM Trif sico eke 45 Figura 30 Blocos a Start PWM e b Stop PWM c eke k ekere keke kk a kk kek kK 46 Figura 31 Configura es dos blocos a Start e b Stop PWM eee eke 46 Fi fa 32 gt Bloco Trip Z n ac Se Wa Ef ie OI da Ei kay a a as 47 Figura 33 Configura es do bloco Trip Zone sida SiGe Eeer de 47 Figura 34 Bloco Trip Zone State eege CASSAN eee eae 48 Figura 35 Config
83. loco de entradas digitais Na Figura 84 podem se observar os componentes mencionados Figura 84 Circuito de Comando do inversor ponte completa Vreni CR New Ke V Vpwm3 V 1 ph PWM Tp wi Soi i v S Gi e Se E l G3 gt sin JER A ed 6 sin La A Bi gt Y BLN rep ep Faass gt J ER j SS A jA seo V Vpwm2 Ben Sano V Vpwm4 Row ECH Pe Hardware Config d Start F28335 Sege cee F28335 Stop PWM j ft F28335 E gt sa JStart We ea eg PWM Lo F28335 e Ss Stop F28335 ee F28335 Fonte Produ o do pr prio autor As formas de onda obtidas s o mostradas na Figura 85 89 Figura 85 Tens o e corrente de safda do inversor ponte completa Vo lo 0 0 01 0 02 Tempo s 0 03 0 04 0 05 Fonte Produ o do proprio autor A partir da simula o realizada foi gerado o c digo em linguagem C mostrado a seguir J PRE ai didi li A ad HEHE SE Oe SES This code is created by SimCoder Version 9 1 for TI F28335 Hardware Target SimCoder is copyright by Powersim Inc 2009 2011 Date November 2 2014 17 02 25 ok ok E K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K OK K K K K K K K K K K K K K OK K K K K K K K OK K K K K K K OK K K OK K K K K K K OK K K OK K OK K K K K K include lt math h gt include
84. m tipo de portadora triangular ou dente de serra e no modo de compara o com a portadora 40 Figura 25 Bloco de PWM de Duas Fases F28335 Fonte Produ o do pr prio autor Na janela de configura es deste bloco mostrada na Figura 26 podem ser alterados os seguintes par metros e PWM Source Defini o das portas correspondentes que ser o utilizadas do DSC S o encontrados os canais de PWM1 a PWM6 sendo que cada canal utiliza duas portas GPIO Para o PWM1 s o usadas as portas GPIOO e GPIO1 para o PWM2 s o usadas as portas GPIO2 e GPIO3 seguindo este padr o at o PWM6 Observa se que podem ser utilizados seis destes m dulos em uma aplica o e Mode Type Defini o do modo de opera o das sa das A e B conforme ser explicado posteriormente e PWM Frequency Defini o da frequ ncia do bloco de PWM em hertz sendo esta a frequ ncia de amostragem do Conversor A D Ao abrir a janela de configura es este espa o j estar preenchido com 10 kHz e PWM Frequency Scaling Factor Deve se optar entre os fatores 1 2 ou 3 Este fator de escala multiplica a frequ ncia do PWM determinando a frequ ncia do sinal de sa da do bloco de PWM e Trigger ADC Deve se escolher se o bloco PWM ir disparar o Conversor A D e qual grupo do conversor ser acionado grupo A grupo B ou ambos os grupos e ADC Trigger Position Deve se optar se ser feito o gatilho em um Conversor A D e se ser feito no
85. mLow tmp2 if tmp2 tmp2 amp amp tmp1 gt period tmp1 tmCarrierStart tmLow period if tmp1 lt tmCarrierStart tmLow tmp1 lt period tmCarrierStart tmHigh tmCarrierStart tmLow tmp1 tmp1 tm tmLow tmCarrierStart tmLow fVSAW1 360 tmp1 fPeriod fSIN1 sin fVSAW1 3 14159265 180 fVDC1 120 fSUMP1 fVSAW1 fVDC1 fSIN2 sin fSUMP1 3 14159265 180 fSUM1 fVSAW1 fVDCI fSIN3 sin fSUM1 3 14159265 180 PS SetPwm3ph1Uvw fSIN1 fSIN2 fSIN3 PS_ExitPwmiGeneral void Task_1 DefaultType fTI_ADC1 fVDC6 fSUM2 fTI_ADC1_1 fVDC8 fSUM3 fVDC9 fSUM4 DefaultType fTI DIN1 fNOT1 fTI_ADC1 PS GetDcadc 0 fTI_ADC1_1 PS GetDcadc 1 fTI ADC1 2 PS GetDcadc 2 fTI DIN1 PS GetDigitInA amp Uint32 1 lt lt 10 1 0 fVDC6 1 5 fSUM2 fTI ADC1 fVDC6 ifdef DEBUG fGb1VAB fSUM2 endif fVDC8 SUM3 ifdef DEBUG fGbIVBC fSUM3 tendif fVDC9 fSUM4 ifdef DEBUG fGbIVCA fSUM4 endif fNOT1 fTI DIN1 if fNOT1 gt 0 1 5 fTI ADC1 1 fVDC8 155 fTI_ADC1 2 fVDC9 PS StartPwm3ph1i J if fTI_DIN1 0 PS StopPwm3ph1i void Initialize void PS SysInit 30 10 PS_StartStopPwmClock PS_InitTimer 0 9xffffffff fTI ADC1 2 97 PS_InitPwm3ph 1 1 20000 1 5e 6 1 e6 1811 pwnNo waveType frequency deadtime PS
86. n 1 j naan q A L E K Kc S2 D2 s4 7 D4 S6 D6 V Fonte Produ o do pr prio autor Para o comando deste inversor usam se seis sinais de PWM um sinal para cada chave Assim como no inversor de ponte completa no inversor trif sico os interruptores em um mesmo bra o n o devem ser acionados simultaneamente Os sinais de PWM s o gerados por tr s refer ncias senoidais defasadas em 120 entre si comparando se com uma mesma portadora triangular conforme mostrado na Figura 12 28 Figura 12 Sinais de refer ncia e portadora para comando de um inversor trifasico VrefA VrefB VrefC Vport 0 0 005 0 01 0 015 0 02 0 025 0 03 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor Outra topologia poss vel apresentada na Figura 13 O circuito apresentado chamado de Inversor NPC Neutral Point Clamped Este conversor possui tr s bra os com quatro interruptores em cada bra o apresentando sa da para uma carga trif sica A raz o de se ter mais chaves em cada bra o que atrav s desta configura o pode se obter mais n veis na sa da do conversor simplificando desta forma o projeto do filtro utilizado devido redu o do conte do harm nico reduzindo tamb m os esfor os nos interruptores O comando deste inversor mais complexo considerando que s o necess rios doze canais de PWM para as doze chaves observadas Para o comando do inversor NPC s o utilizadas duas porta
87. nda a alternativa de representar o controlador digital em equa es de diferen as escrevendo as em um bloco de linguagem C do PSIM Na Figura 78 mostrado o circuito simulado com o bloco de linguagem C simples Figura 78 Conversor Buck em malha fechada com controlador digital utilizando o bloco de linguagem C v Vo la Fonte Produ o do pr prio autor O c digo feito pode ser observado na Figura 79 Observa se que na simula o n o foi utilizado um subtrator para realizar a alimenta o negativa Esta opera o foi feita pelo c digo sendo representada pela vari vel e0 Os par metros ki e Ti s o o ganho e a constante de tempo do controlador PI respectivamente Ta o per odo de amostragem sendo o inverso da frequ ncia de amostragem 84 Figura 79 Bloco de linguagem C simples com c digo escrito para o controle digital Parameters Color Simplified C Block Help be En of Input Output Ports Name sscB1 Input 2 Output 1 Code Following variables are valid t delt Input x1 x2 Output yl static double u0 0 ui 0 e0 0 e1 0 double Ta Ti ki Ti 0 0001 ki 0 03 Ta 1 20e3 e0 x1 x2 u0 e0 ki 2 Ti Ta 2 Ti e1 ki 2 Ti Ta 2 Ti ul Fonte PSIM Na Figura 80 sao mostradas as formas de onda de saida do conversor simulado com o bloco em linguagem C simples Observa se que o resultado verificado foi igual aos ou
88. nitPwm 4 1 40000 1 5e 6 1e6 PWM TWO OUT 10665 pwnNo waveType frequency deadtime outtype PS SetPwmPeakOffset 4 1 3 O 1 0 1 3 PS SetPwmIntrType 4 ePwmNoAdc 1 0 PS SetPwmTripZone 4 1 eTzEnOneShot PS SetPwmTzAct 4 eTZHighImpedance PS_SetPwm4Rate PS_StopPwm 4 PS InitPwm 5 1 40000 1 5e 6 1e6 PWM TWO OUT 10665 pwnNo waveType frequency deadtime outtype PS SetPwmPeakOffset 5 1 3 O 1 0 1 3 PS SetPwmIntrType 5 ePwmNoAdc 1 0 PS SetPwmTripZone 5 1 eTzEnOneShot PS SetPwmTzAct 5 eTZHighImpedance PS SetPwm5Rate 0 PS StopPwm 5 PS InitPwm 6 1 40000 1 0 5e 6 1e6 PWM TWO OUT 10665 pwnNo waveType frequency deadtime outtype PS SetPwmPeakOffset 6 1 3 O 1 0 1 3 PS SetPwmIntrType 6 ePwmNoAdc 1 0 PS SetPwmTripZone 6 1 eTzEnOneShot PS_SetPwmTzAct 6 eTZHighImpedance PS_SetPwm6Rate PS StopPum 6 124 PS_ResetAdcConvSeq PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade O 1 0 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 1 1 0 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 2 1 0 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 3 1 0 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 4 1 0 PS SetAdcConvSeg eAdcCascade 8 1 0 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 9 1 0 PS_SetAdcConvSeq eAdcCascade 10 1 0 PS AdcInit 0 0 PS InitDigitIn 24 100 PS InitDigitIn 25 100 PS InitDigitOut 31 PS_InitDigitOut 34 PS_StartStopPwmClock 1 void main Initialize
89. ntos que podem ser utilizados para gera o de c digo 60 Figura 57 Blocos sensores de a tens o e b corrente EUEEEEELE EEE EEE keke 60 Figura 58 Controlador OMe EE 61 Figura 59 Sinal senoidal utilizado para as simula es erkek ek ek eke 61 Figura 60 Sinal senoidal obtido utilizando uma onda dente de serra e uma fun o seno 62 Figura 61 Circuito de simula o para testes de alguns elementos do SimCoder 63 Figura 62 Par metros configurados do bloco de PWM utilizado para teste 64 Figura 63 Kit de experimenta o do TMS320F28335 da Texas Instrumen s 68 Figura 64 Code Composer Studio vers o e NEE 69 Figura 65 Janela para importar um projeto do CCS vers o 3 3 70 Figura 66 Visualiza o do c digo gerado atrav s do CCSV5 1 71 Figura 67 Simula o e configura es do DSC para o conversor Buck simulado em malha len E EE 72 Figura 68 Janela de configura es do conversor A D utilizado na simula o do conversor Buck eg un EU ER IT EE 73 Figura 69 Configura es do bloco de PWM utilizado para o conversor Buck 74 Figura 70 Formas de ondas de sa da do conversor Buck em malha aberta 0 snnsesnseeseees 74 Figura 71 Conversor Buck em malha fechada com controlador PI 77 Figura 72 Formas de onda de saida do conv
90. ntrada digital e de determinar o valor da safda digital Nas fun es 66 PS_StartPwm e PS_StopPwm poss vel ver que ambos est o associados ao PWM1 que sera inicializado a seguir voidTask_1 d DefaultType fTI_DIN2 fNOT1 fTI DIN2 PS GetDigitInA amp Uint32 1 lt lt 5 1 if fTI DIN2 gt 0 PS_StartPwm 1 fNOT1 IfTI DIN2 if fNOT1 0 PS_StopPwm 1 fTI DIN2 0 PS ClearDigitOutBitA Uint32 1 lt lt 6 PS SetDigitOutBitA Uint32 1 lt lt 6 J Esta ultima fun o inicializa todos os elementos do programa ou seja o PWM a entrada anal gica a entrada e a sa da digital Se houvesse outros elementos na simula o todos seriam configurados nesta se o poss vel realizar compara es entre o c digo gerado e as configura es dos elementos da simula o do PSIM Vemos na fun o PS InitPwm que est o configurados o n mero do PWM o tipo de onda da portadora sendo 1 para onda triangular e O para dente de serra a frequ ncia do PWM sendo obtido pela multiplica o da frequ ncia de amostragem pelo fator de escala o tempo morto e o modo da sa da Nas fun es abaixo podem ser vistas as configura es da entrada do PWM do gatilho do conversor A D e configura es do conversor A D Por fim podem ser vistas as inicializa es da entrada e da sa da digital e referente aos blocos Start e Stop PWM 67 voidInitialize void t PS Sys
91. nversor Buck j entre os conversores CC CA ser o estudados o conversor de ponte completa e um conversor trif sico 2 1 CONVERSOR BUCK O conversor Buck utilizado para se converter um valor m dio de tens o cont nua de entrada em um valor m dio menor de tens o cont nua na sa da ou seja um conversor abaixador de tens o Este conversor utilizado para controlar o fluxo de energia entre dois sistemas de corrente cont nua Conforme mostrado na Figura 1 o conversor Buck apresenta alguns componentes que definem o seu funcionamento O interruptor tem a fun o de comutar determinando duas etapas de funcionamento Na primeira etapa em que o interruptor se encontra fechado o circuito alimentado pela fonte de tens o V J na segunda etapa com o interruptor aberto outro elemento ser respons vel por alimentar a carga o indutor L que funciona no circuito como uma fonte de corrente liberando a energia armazenada durante a primeira etapa 18 Figura 1 Topologia b sica do Conversor Buck S L Fonte Produ o do pr prio autor Se a corrente do indutor chegar a zero antes do final do per odo de comuta o considera se que o conversor est funcionando em condu o descont nua caso contr rio a condu o cont nua Na Figura 2 poss vel ver o caminho que a corrente percorre durante a primeira etapa Figura 2 Primeira etapa de funcionamento do conversor Buck S L Fonte Produ
92. nversor ponte completa E 89 Figura 86 Circuito de pot ncia do inversor trlf amp SiCO erre 93 Figura 87 Circuito de comando do inversor trif sico U keke k kek 93 Figura 88 Conversor A D utilizado para o inversor trif sico keke 94 Figura 89 Tens o de sa da das tr s fases do inversor trif sico eee 94 Figura 90 Circuito da simula o e configura es do DSC para o inversor NPC simulado 98 Figura 91 Comando do inversor NPC simulado reee keke kk ek k keke 99 Figura 92 Formas de onda das tens es de sa da do NPC eee keke 100 Figura 93 Configura o de Dispositivo pelo CCSv5 1 eke keke 104 Figura 94 Leituras do sinal de PWM e da tens o de entrada do conversor A D 105 Figura 95 Sinais PWM complementares obtidos rrenan 106 Figura 96 Tempo morto entre os canais de DWM eras 106 Figura 97 Sinais obtidos a partir de uma refer ncia senoidal 107 Figura 98 Sinal de refer ncia externo e sinal PWM gerado eee ken 107 Figura 99 Sinais gerados por sinais PWM complementares ap s filtragem 108 Figura 100 Sinais obtidos do modulador PWM trif sico ap s filtragem 108 Figura 101 Verifica o da defasagem entre duas fases ee 109 Figura 102 Teste da entrada digital E 110 Figura 103 Topologia de uma fas
93. o 5 foram feitas simula es com os conversores explicados no Capitulo 2 utilizando os blocos de configura es do SimCoder para se gerar c digos em linguagem C O Conversor Buck foi simulado em malha aberta e em malha fechada com um controlador PI enquanto que os conversores CC CA foram simulados apenas em malha aberta com refer ncias senoidais Por fim no Cap tulo 6 foram feitos testes com o DSC TMS320F28335 Foram feitas simula es no PSIM com os blocos mais utilizados com a finalidade de test los individualmente Foram obtidas formas de ondas utilizando oscilosc pios e verificadas diversas caracter sticas importantes dos moduladores de PWM do conversor A D e das entradas e sa das digitais Ainda no Cap tulo 6 foi feito um estudo do NPCm um conversor cc ca revers vel trif sico Utilizando os blocos para gera o de c digo foi feita a simula o do conversor Nesta etapa foram encontradas algumas dificuldades para o comando pois foi utilizado um conversor que j se encontrava pronto e as especifica es de seu projeto deveriam ser seguidas A principal dificuldade foi com os blocos de PWM que deveriam seguir a ordem dos canais especificados Por m foi poss vel realizar a simula o modificando a modula o In Phase Disposition utilizando apenas uma portadora triangular e utilizando duas refer ncias senoidais para cada fase defasadas em 180 Posteriormente foi gerado o c digo em linguagem C e implementado no DSC
94. o Cap tulo 1 No Cap tulo 2 foram estudados conversores que apresentam interruptores entre eles o Conversor Buck e algumas topologias de inversores Para o Conversor Buck foi obtida a fun o de transfer ncia da tens o em fun o da raz o c clica Para os inversores iniciou se mostrando a topologia com dois interruptores e em seguida aumentando o n mero de interruptores aumentando tamb m o n mero de fases e por consequ ncia a complexidade do comando dos conversores No Cap tulo 3 foram apresentados os blocos do SimCoder seus par metros de configura es e seu funcionamento Pode se destacar entre estes alguns que s o mais utilizados como por exemplo os moduladores de PWM as entradas e sa das digitais e o conversor A D Outros elementos que podem ser utilizados para gera o de c digo tamb m foram mostrados neste cap tulo No Cap tulo 4 foi mostrado o processo para se gerar o c digo em linguagem C no PSIM e em seguida foi brevemente explicado a estrutura do c digo gerado Foi observado que o CCS atualiza automaticamente o c digo gerado ap s modifica es na simula o apenas se o arquivo do c digo estiver na mesma rea de trabalho utilizada no CCS O processo para importar o c digo gerado no PSIM para o CCS tamb m foi explicado neste capitulo Foram relacionados os arquivos gerados pelo PSIM e as principais caracterfsticas do DSC utilizado o TMS320F28335 da Texas Instruments 133 No Capitul
95. o do conversor e implementa o S o utilizados normalmente para implementa o de microcontroladores Processadores Digitais de Sinais DSP Controladores Digitais de Sinais DSC FPGA s entre outros Entre os fatores que determinam a escolha do controlador podemos destacar a sua linguagem de programa o o tempo de processamento frequ ncia m xima de clock tipo de mem ria quantidade de entradas e sa das dispon veis entre outros fatores Outra parte importante do projeto do conversor s o as simula es Para tal processo frequentemente utilizado algum software de simula o de circuitos Por meio de testes nas simula es pode se obter uma estimativa de como o conversor ir se comportar muitas vezes se aproximando bem do comportamento real obtido Ambas as etapas s o de extrema import ncia para um projeto sendo necess rio tempo para pesquisa tempo para aprendizado dos softwares tempo para estudo da linguagem de programa o para dom nio dos microcontroladores e posteriormente para a realiza o do projeto em si Eventualmente os componentes deste projeto isto o software de simula o e o microcontrolador possuem ferramentas que auxiliam no processo possibilitando uma dr stica redu o no tempo de realiza o do projeto Estas ferramentas possibilitam tamb m uma r pida aprendizagem facilitando a utiliza o do software de simula o e do controlador Neste trabalho ser explorado uma
96. one Na Figura 33 pode se ver a janela de configura es do Trip Zone Figura 33 Configura es do bloco Trip Zone Parameters Other Info Color PWM Trip Zone TI F28335 Display Name TI TRIPZONE1 B PortGPlOiZasTrip Zone 1 No I Port GPIO13 as Trip Zone 2 No gt J ti PortGPIO14asTrip Zone3 No sdf I Port GPIO15 as Trip Zone 4 No sa li Port GPIO 16 as Trip Zone 5 No e r ha Port GPIO17 as Trip Zone 6 No zi Fonte PSIM 48 O Trip Zone pode funcionar em dois modos no modo One shot ou no modo Cycle by cycle No modo One shot depois de ocorrida a interrup o da saida do bloco PWM este deve ser reiniciado para funcionar novamente J no modo Cycle by cycle apenas o ciclo atual do modulador de PWM afetado pela interrup o O modo de funcionamento deve ser escolhido nas configura es do bloco de PWM O bloco de estado do Trip Zone tem apenas uma sa da conforme mostrado na Figura 34 tendo a fun o de indicar o modo de opera o do sinal do Trip Zone Este bloco ativado quando o modulador de PWM sofre uma interrup o tendo sua sa da em n vel l gico alto para o modo One shot e em n vel l gico baixo para o modo Cycle by cycle N o verificado a op o de prioridade para os canais do Trip Zone Figura 34 Bloco Trip Zone State F28335 Fonte Produ o do pr prio autor Para configurar este bloco deve se apenas escolher qual PWM ser utilizado para
97. pondentes a Vin Vin 2 Vin e Vin 2 sendo que na simula o Vin corresponde 400V por m devido ao ganho dos sensores os n veis foram alterados para 1V 0 5V 1V e 0 5V 100 Figura 92 Formas de onda das tens es de safda do NPC VAB VBC VCA 1 5 0 0 005 0 01 0 015 0 02 0 025 0 03 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor O c digo abaixo foi gerado a partir da simula o do NPC TE This code is created by SimCoder Version 9 1 for TI F28335 Hardware Target SimCoder is copyright by Powersim Inc 2009 2011 if Date November 02 2014 18 25 26 Tre ok E Sk Sk K K rte re ok K K K K K Sk ok K K K K K K K K K K rere K K K K K K KK K K K K K K K K K rere K K K K K K KK K K K K K K K K K K K K K K K include lt math h gt include PS_bios h typedef float DefaultType define GetCurTime PS_GetSysTimer interrupt void Task void Task_1 DefaultType fGbIVAB 0 0 DefaultType fGbIVBC 0 0 DefaultType fGb1VCA 0 0 typedef struct unsigned long tmLow unsigned long tmHigh _CBigTime _CBigTime GetBigTime void static _CBigTime tm 0 0 101 unsigned long curTime GetCurTime if curTime lt tm tmLow tm tmHigh tm tmLow curTime return tm interrupt void Task DefaultType fVSAW1 fSIN1 fVDC2 fSUMP1 fSIN2 fSUM1 fSIN3 PS_EnableIntr static unsigned long period unsigned long 150000000L 60
98. r Conversion Method Ze 3 5 2k T7 Hz Bilinear Tustin Backward Euler s Domain Function rZ Domain Function Block Diagram k sT r Parameters k o 03 She 0 0001 Fonte PSIM 79 A ferramenta s2z Converter j apresenta o circuito equivalente ao controlador PI dando os valores do ganho proporcional e do ganho integral Com os valores obtidos pode se simular o controlador em conjunto com os elementos do SimCoder sendo poss vel a gera o do c digo em linguagem C Na Figura 74 mostrado o conversor Buck em malha fechada com o controlador PI obtido Figura 74 Conversor Buck com controlador PI discretizado VEN im T a7022 20k 1 ph PWM Da DE A G1 ZOH SS K Ox gt A BO D8 WES K E B o B1 D9 E Pr T F28335 5 AVAN E a On CH lis N L eg Gg kale eg ZOH e 20k Fonte Produ o do pr prio autor Observa se que por n o se trabalhar mais com tempo cont nuo deve se utilizar retentores de ordem zero ou Zero Order Hold ZOH ap s as leituras anal gicas Na Figura 75 s o mostradas as formas de onda de sa da do conversor Buck utilizando o controlador discretizado obtido Observa se que esta forma de onda assim como para o controlador anal gico n o apresenta um valor de ul
99. r PWM utilizado Figura 62 Par metros configurados do bloco de PWM utilizado para teste Parameters Other Info Color Single phase PWM generator TI F28335 Display Display Name Ti PWM E Use Trip Zone 4 Disable Trip Zone 4 lf z PWM Source PWM 1 IT zi Use Trip Zone 5 Disable Trip Zone 5 z Output Mode Use PWM ABB v 7 z1 Use Trip Zone 6 Disable Trip Zone6 v C z Dead Time 0 5us I I Trip Action High impedance slf A PWM Frequency 2o TT IT xl Peak to Peak Value sn zl Bie PWM Freq Scaling Factor df z offset Value le Ca Carrier Wave Type Triangular wave IT Initial Input Value fo ge Trigger ADC Do not trigger aoc Start PWM at Beginning Do notstart I ADC Trigger Position o TA Use Trip Zone 1 Disable Trip Zone 1 x 3 Use Trip Zone 2 Disable Trip Zone 2 Lts Use Trip Zone 3 Disable Trip Zone 3 zl Fonte PSIM Por fim todas as entradas n o utilizadas dos componentes foram devidamente aterradas No bloco de configura es de hardware foram marcadas as portas utilizadas e ent o travado Foi tamb m selecionada a op o TI F28335 no Hardware Target do controle de simula o Para finalmente gerar o c digo foi simulada a aplica o e selecionado Generate Code em Simulate O c digo em linguagem C obtido pode ser dividido em partes para auxiliar o entendimento conforme visto abaixo A primeira parte do c digo tem como objetivo
100. r deste software deve se selecionar Project Import Legacy CCSv3 3 Project como p de ser observado na Figura 64 Na Figura 65 mostrada a janela para importa o do projeto Figura 65 Janela para importar um projeto do CCS vers o 3 3 Select Legacy CCS Project Select a legacy CCS project or a directory to search for projects Select a project file Select search directory C Users Filipe Kaneaki Ijuim workspace_v3_ Browse Discovered legacy projects T J teste_ccca_multinivel pjt C Users Filipe Kaneaki juim works Select All Deselect All lt Copy projects into workspace Keep original location for each project Create a subfolder for each Eclipse project recommended SA lt Back Cancel Fonte Produ o do proprio autor 71 Depois de selecionada a pasta do projeto basta clicar em Next e ent o em Finish para criar o projeto para o Code Composer Studio v5 1 Selecionando o arquivo teste ccca multinivel c pode se ver o c digo que foi gerado pelo SimCoder conforme visto na Figura 66 Atrav s deste c digo pode se compilar o projeto sem que seja necess ria nenhuma modifica o Figura 66 Visualiza o do c digo gerado atrav s do CCSv5 1 File Edit View Navigate Project Run Scripts Window Help Pi e vi i Ada os D gert Explorer EA BD Cl L teste_ccca_multinivel c 53 EI teste buck eeeeexeees DIER en DEE es TEE T J teste_ccca_2 2 Th
101. rip Zone 2 Use Trip Zone 3 Display mrw p PWM 1 jT zi THE ni fous e fax PWM Freq Scaling Factor fi Sie sf E Triangular wave xy d Donot tigger aoc 17 zi a Disable Trip Zone 1 vi x Si Disable Trip Zone 2 DI Li Disable Trip Zone 3 D Use Trip Zone 4 Use Trip Zone 5 Use Trip Zone 6 Trip Action Peak to Peak Value Offset Value Initial Input Value Start PWM at Beginning Display Disable mp zone v i Disable Trip Zone 5 xj z Disable mpz 6 gt lt l n apedake AE Is Gis ES CIS 0 Do not start mij Fonte PSIM 88 Para comandar os interruptores do Inversor Ponte Completa foram utilizados dois blocos de PWM monof sicos utilizando os canais PWM1 e PWM2 Ambos foram configurados para 20kHz de frequ ncia 0 5us de tempo morto 3V de valor pico a pico 1 5V de valor de offset e para nao iniciarem ativados Como entrada para os moduladores de PWM foram utilizadas duas fontes de dente de serra de frequ ncia 60Hz e valor maximo de 360V e uma fun o seno obtendo se uma onda senoidal variando de 1 a 1V Para o segundo bloco o sinal dente de serra foi configurado com um offset de 180 possibilitando que a senoidal de refer ncia seja defasada em 180 da senoidal utilizada para o primeiro modulador PWM Foram utilizados blocos Start PWM e Stop PWM para acionar os geradores da mesma forma como foi feito para o conversor Buck utilizando um b
102. rminando a frequ ncia do sinal de saida do bloco de PWM e Carrier Wave Type Defini o do tipo de onda da portadora Pode se escolher entre a forma de onda triangular ou a dente de serra e Trigger ADC Deve se escolher se o bloco de PWM ir disparar o Conversor A D e qual grupo do conversor ser acionado grupo A grupo B ou ambos os grupos Na Trif sico 45 ADC Trigger Position Deve se optar se ser feito o gatilho em um Conversor A D e se ser feito para o grupo A B ou para os dois grupos do conversor Use Trip zones Deve se escolher como ser o utilizados os Trip zones de 1 a 6 entre desabilit los ou habilit los no modo One shot ou Cycle by Cycle Trip Action Deve se escolher como o bloco de PWM responder a o de um Trip zone podendo optar entre alta imped ncia para as duas sa das para apenas a sa da p ou apenas n ou n o executando nenhuma a o Peak to Peak Value Defini o do valor pico a pico do sinal de entrada Offset Value Deve se preencher com o valor de offset do sinal de entrada Initial Input Value Deve se preencher com os valores iniciais das entradas u v e w Este valor interfere apenas nos primeiros ciclos do sinal de sa da Start PWM at Beginning Deve se selecionar entre Start em que o gerador de PWM come ar ativado ou Do not Start em que o gerador de PWM depender de um bloco Start PWM para funcionar Figura 29 pode ser observada a janela de configura
103. rsor cc ca Por m os geradores de PWM do SimCoder n o aceitam uma fonte de tens o senoidal como entrada Uma poss vel solu o utilizar uma fonte senoidal externa e um conversor A D Por m podem se utilizar alguns elementos do PSIM que s o aceitos normalmente para gera o de c digo Na Figura 59 mostrado como gerado o sinal senoidal Figura 59 Sinal senoidal utilizado para as simula es Vsin sin t gt Fonte Produ o do pr prio autor Para gerar uma onda senoidal basta utilizar um gerador de onda dente de serra com amplitude de 360 e uma fun o seno Deste modo obt m se uma onda senoidal de amplitude unit ria de mesma frequ ncia que a onda dente de serra que pode ser usada como refer ncia para um gerador PWM A fun o seno encontrada em Elements gt Control gt Computational Blocks e o gerador dente de serra em Elements gt Sources gt Voltage Na Figura 60 mostrada a forma de onda do sinal obtido 62 Figura 60 Sinal senoidal obtido utilizando uma onda dente de serra e uma fun o seno Vsin 0 5 0 0 005 0 01 0 015 0 02 0 025 0 03 Tempo s Fonte Produ o do proprio autor 63 4 CODIGO GERADO E O CODE COMPOSER STUDIO Ap s o estudo dos elementos presentes no SimCoder poss vel realizar simula es utilizando esses componentes e posteriormente gerando c digos em linguagem C para aplica o no Code Composer Studio 4 1 ESTUDO DO C DIGO GERADO
104. s duas para cada entrada conforme visto na Figura 28 As sa das correspondentes s entradas u v e w est o representadas pelos ndices p e n representando respectivamente os sinais positivos e negativos indicando que s o complementares 44 Figura 28 Bloco de PWM Trifasico 3 ph PWM F28335 Fonte Produ o do pr prio autor Est o dispon veis os seguintes par metros para a configura o do modulador de PWM Trif sico e PWM Source Sele o das portas correspondentes que ser o utilizadas do DSC S o divididos em dois canais PWM123 e PWM456 sendo que cada canal utiliza seis portas GPIO Para o canal PWM123 s o usadas as portas GPIOO a GPIOS e para o canal PWM456 as portas usadas s o GPIO6 a GPIO11 Observa se que podem ser utilizados apenas dois geradores trif sicos em uma aplica o e Dead Time Defini o do tempo morto entre os sinais de sa da em segundos Este tempo necess rio por exemplo para que dois interruptores n o sejam comandados a conduzir num mesmo instante de tempo Ao abrir a janela de configura es este espa o j estar preenchido com Aus e PWM Frequency Defini o da frequ ncia do PWM em hertz sendo a frequ ncia de amostragem do Conversor A D Ao abrir a janela de configura es este espa o ja estar preenchido com 10 kHz e PWM Frequency Scaling Factor Deve se optar entre os fatores 1 2 ou 3 Este fator de escala multiplica a frequ ncia do PWM dete
105. s sa das como pode ser visto na Figura 21 A sa da B consiste em um sinal complementar ao sinal da sa da A 36 Figura 21 Bloco PWM Monofasico 1 ph PWM gt A B F28335 Fonte Produ o do pr prio autor Este bloco possui diversas op es de configura o que o gerador de PWM nico n o possui possibilitando uma maior variedade de aplica o A janela de configura es do m dulo de PWM Monof sico pode ser observada na Figura 22 Seus par metros de configura o s o os seguintes e PWM Source Sele o das portas correspondentes que ser o utilizadas do DSC S o divididos de PWM1 a PWM6 sendo que cada um possui duas portas GPIO Para o PWM1 as portas s o GPIOO e GPIO1 para o PWM2 as portas s o GPIO2 e GPIO3 seguindo este padr o at o PWM6 Observa se que podem ser utilizados seis geradores monof sicos em uma aplica o e Output Mode Defini o do modo de sa da entre utilizar as sa das A e B ou utilizar apenas a sa da A ou a sa da B e Dead Time Defini o do tempo morto entre os sinais de sa da em segundos Este tempo necess rio em alguns casos para que dois interruptores n o sejam comandados simultaneamente Ao abrir a janela de configura es este espa o j estar preenchido com Aus e PWM Frequency Defini o da frequ ncia do bloco de PWM em hertz Ao abrir a janela de configura es este espa o j estar preenchido com 10kHz Esta frequ ncia escolhida ser a frequ
106. s semicondutores das duas estruturas que no retificador NPCm os semicondutores Sp Sn Dp e Dn est o sujeitos tens o total do barramento CC 111 enquanto que todos os demais dispositivos de ambas as estruturas bloqueiam a metade desta tens o HEERDT 2013 Apesar das diferen as de topologia a estrat gia de modula o deste conversor a mesma utilizada para o NPC apresentando as mesmas caracter sticas do ponto de vista dos seus terminais Por m o NPCm apresenta vantagens quanto ao n mero de componentes por n o necessitar de dois diodos de grampeamento A partir do estudo deste conversor foi realizada a simula o utilizando os blocos do SimCoder sendo gerado o c digo em linguagem C para o conversor NPCm mostrado na Figura 104 O conversor foi feito j com o encaixe para o DSC F28335 sendo que a implementa o do c digo realizada utilizando um cabo de comunica o serial Figura 104 NPCm utilizado para valida o dos resultados Fonte HEERDT 2013 Na Figura 105 mostrado o diagrama de simula o do circuito de pot ncia do conversor NPCm trif sico composto pelos filtros capacitivos de entrada interruptores filtros LC de sa da e cargas resistivas de 3 Ohm Em s rie com alguns capacitores s o adicionados resistores de amortecimento de resson ncias 112 Figura 105 Circuito de pot ncia do Conversor NPCm Fonte Produ o do pr
107. sed lr z Use as External Interrupt Je lf A PortPosition for Input 3 Notused lf 3 Use as External Interrupt No JCH Port Position for Input 4 Notused lt I i Use as External Interrupt o JJC Port Position for Input5 Notused Ara Fonte PSIM Qualquer uma das oitenta e oito portas dispon veis pode ser configurada como entrada ou sa da digital sendo que os pinos GPIOO ao GPIO63 podem ser utilizados para interrup o externa Portanto podem ser utilizados diversos blocos de entradas e sa das digitais em uma simula o por m deve se ter aten o para n o utilizar a mesma porta em mais de um bloco J o bloco de Sa das Digitais mostrado na Figura 40 deve ser configurado apenas quais portas GIPO ser o utilizadas na aplica o Percebe se que tanto o bloco de Entrada Digital quanto o bloco de Sa da Digital devem ser inseridos na aplica o de modo que n o interfiram nos valores de tens o ou seja a tens o da entrada do bloco igual tens o de sa da Figura 40 Bloco de Sa das Digitais Fonte Produ o do pr prio autor 52 As configura es do bloco de Sa das Digitais podem ser vistas na Figura 41 Figura 41 Configura es do bloco de Sa das Digitais Parameters Other Info Color Digital output TI F28335 Display Name Ir oom B Port Position for Output 0 Notused lf z Port Position for Output 1 Notused C A Port Position for Output 2 Notused lf i
108. sores de tens o e de corrente com ganhos de 1 256 e de 1 64 respectivamente Foram utilizados os canais AQ para a tens o e Al para a corrente ambos com ganhos unit rios Para os dois canais foram adicionados um n vel de offset de 1 5V para permitir que o conversor A D esteja no modo DC O inversor simulado pode ser visto na Figura 82 87 Figura 82 Circuito da simula o e configura es do DSC para o inversor ponte completa D EF ha Ape V ve B 0 02 S gt DO lo 310 e o A1 D1 a Az bat ar op gt a3 D3 j ES CERA hax Papi DE A6 Ge E LIES E Oss T SH e gt B Dol Gabi Dloj o 83 D11 pi Dli2j o S B5 D13 1 5 B6 D14 S t27 pispo i F28335 Fonte Produ o do proprio autor Observa se que n o foi utilizado nenhum filtro entre as sa das dos sensores e o Conversor A D Poderiam ser utilizados filtros para ter como sa da uma forma de onda senoidal para a tens o para tornar a simula o mais real Na Figura 83 s o mostrados os par metros configurados do bloco PWM Figura 83 Janela de configura es do bloco de PWM utilizado na simula o do inversor ponte completa Parameters Other Info Color Single phase PWM generator TI F28335 Hep Name PWM Source Output Mode Dead Time PWM Frequency Carrier Wave Type Trigger ADC ADC Trigger Position Use Trip Zone 1 Use T
109. supervisionar Portanto podem se utilizar um deste componente para cada bloco de PWM Sua janela de configura es mostrada na Figura 35 Figura 35 Configura es do bloco Trip Zone State Parameters Other Info Color Trip Zone State TI F28335 Name TI TZSTATE1 r PWM Source Jeun 1 D E i Fonte PSIM 49 3 4 CONVERSOR A D O bloco do Conversor A D possui dezesseis entradas divididas em dois grupos A e B A tens o em cada entrada deve estar entre 0 e 3V no modo DC ou de 1 5V a 1 5V no modo AC por m este modo nao possivel com o DSC Cada entrada possui uma safda correspondente em que se pode ter um ganho de tens o que pode ser utilizado para compensar as atenua es comuns aos circuitos de medi o O conversor A D pode ser observado na Figura 36 Figura 36 Bloco Conversor A D ADC os AO DO o oS Al D1 ka o gt AZ D2 o o gt A3 D3 co A4 D4 o os AS D59 oy Ab D6 o gt A7 D7 o o BO D8 o os Bl D3t o Gabi D10 o3 B3 DII oJ B4 D12 o3 B5 D1I3F o oJ B6 D14 o gt B7 D150 F28335 Fonte Produ o do pr prio autor Na Figura 37 s o mostrados os par metros de configura o do Conversor A D O primeiro par metro o modo onde deve se definir entre Cont nuo Start Stop de 8 canais ou Start Stop 16 canais No modo Cont nuo o conversor realiza continuamente a convers o de todas as entradas Nos modos Start Stop realizada a convers o somente quando pedida
110. trapassagem possuindo um tempo de acomoda o pr ximo 80 Figura 75 Formas de onda de safda do conversor Buck com controlador discretizado Vo lo 14 12 0 0 001 0 002 0 003 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor 0 004 Abaixo mostrada a parte do c digo correspondente ao controlador simulado interrupt void Task t DefaultType fTI ADC1 1 fZOH2 fTI_ADC1 fZOH1 fSUM1 fP1 fP2 fB5 fSUMP1 PS_EnableIntr fTI_ADC1_1 PS_GetDcAdc 1 fTI_ADC1 PS GetDcadc 0 fZOH2 fTI ADC1 1 fZOH1 fTI ADC1 fSUM1 fZOH2 fZOH1 fP1 fSUMI 0 03 fP2 fSUMI 300 t static DefaultType out A 0 in A 0 0 fB5 out A 0 5 20000 fP2 in A out A fB5 in A fP2 fSUMP1 fP1 fB5 PS SetPwmiRate fSUMP1 PS ExitPwmiGeneral 81 Outra op o discretizar o controlador PI utilizando o software MATLAB O modelo do controlador encontrado em suas configura es pressionando o bot o Help O controlador PI apresenta a seguinte fun o de transfer ncia no dom nio s 1 sT Er 11 G s k Onde k o ganho e T a constante de tempo do controlador PI A plicando se os valores do controlador e utilizando o software MATLAB foi obtida a fun o de transfer ncia no dominio z atrav s da fun o c24 com tempo de amostragem de 0 05ms e utilizando o m todo de Tustin 0 0375z 0 0225 ari geg Na Figura 76 mostrado o circuito ut
111. tros m todos 85 Figura 80 Formas de onda de safda do conversor Buck com controlador digital utilizando o bloco de linguagem C simples Vo lo 0 0 001 0 002 0 003 0 004 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor O c digo gerado pelo SimCoder mantem o c digo escrito para o controlador conforme mostrado abaixo interrupt void Task t DefaultType fTI_ADC1 1 fZOH2 fTI_ADC1 fZOH1 PS_EnableIntr fTI_ADC1_1 PS _GetDcAdc 1 fTI ADC1 PS GetDcadc 0 fZOH2 fTI ADC1 1 fZOH1 fTI ADC1 static double u 0 u1 0 e 0 e1 0 double Ta Ti ki Ti 0 0001 ki 0 03 Ta 1 20e3 e0 fZ0H2 fZ0H1 u e ki 2 Ti Ta 2 Ti e1 ki 2 Ti Ta 2 Ti u1 fGbISSCB1 ua e1 e9 ul u PS_ExitTimer1Intr 86 Na Figura 81 s o mostradas as formas de onda de safda do conversor Buck com os controladores dos tr s m todos utilizados para se gerar c digo Observa se que as formas de onda s o iguais Figura 81 Formas de onda de sa das do conversor Buck em malha fechada para os tr s m todos de controle digital Vo digitall Vo digital Vo digital3 12 10 8 6 4 2 d 0 0 001 0 002 0 003 0 004 Tempo s Fonte Produ o do pr prio autor 5 2 INVERSOR PONTE COMPLETA Na simula o do inversor de ponte completa foi utilizado um conversor A D com o objetivo de obter as leituras da tens o e da corrente na carga Para isto foram utilizados sen
112. ura es do bloco Trip Zone State UEL LL LEL E EEE EEE Eek aaay 48 Figura 36 Bloco Conversor EE 49 Figura 37 Configura es do bloco Conversor A D er 50 Figura 38 Bloco de Entradas DigitalS maia asas daiane 50 Figura 39 Configura es do bloco de Entradas Digitais eee keke 51 Figura 40 Bloco de Sa das RE 51 Figura 41 Configura es do bloco de Sa das Di gitaiS kk keke kk 52 Fig ra 42 Bloco de EE 52 Figura 43 Configura es do bloco de Captura ssssesssssessrssrseresressrserssressesererrenseesresressesee 53 Figura 44 Bloco de Estado de Captain 53 Figura 45 Configura es do bloco de captura de estado u ekere 54 Fig ra 46 RE 54 Figura 47 Configura es do bloco 1COder U l uca keke keka kek axak ele 55 Figura 48 Bloco do Encoder Side pp Be ie ee BE ees Cel rk Ku KAK AK RAA 56 Figura 49 Configura es bloco do Encoder State EEE Eek axak Ek 56 Figura 50 Bloco do Contador Up Dow tite eege cine ete EES ENEE 57 Figura 51 Configura es do bloco Contador Up Dowm uE eee erkek akEk 57 Fig r 52 Bloco de DSP eege 58 Figura 53 Configura es do bloco de DSP Clock C L L E ue psbisice 58 Figura 54 Bloco de Configura o de Hardware 59 Figura 55 Configura es do bloco de Configura o de Hardware E e 59 Figura 56 S mbolo para eleme
113. var este componente pelo bot o Lock conforme mostrado na Figura 55 Para destravar basta acion lo novamente Figura 55 Configura es do bloco de Configura o de Hardware Parameters Color Hardware Configuration for TI F28335 GPIOO I7 Digital Input 7 PWM GPIO1 I7 Digital Input IF PwM I Capture GPIO2 IT Digital Input T PWM GPIO3 J Digital Input T PwM I Capture GPIO4 IT Digital Input T PWM GPIOS F7 Digital Input PWM Fm Capture GPIO6 IF Digital Input gt PWM GPIO7 I Digital Input PT pwm I Capture GPIO8 IT Digital Input PWM GPIO9 Digital Input T PwM Capture GPIO10 T Digital Input 7 PWM GPIO11 TT Digital Input pum I Capture GPIO12 J Digital Input IT Trip Zone GPIO13 T Digital Input F7 Trip Zone GPIO14 Digital Input Trip Zone GPIO15 Digital Input Trip Zone GPIO16 Digital Input Trip Zone GPIO17 Digital Input Trip Zone Fonte PSIM 3 11 OUTROS COMPONENTES Al m dos componentes especificos para o DSC TI F28335 podem se utilizar outros componentes encontrados no PSIM Os componentes podem ser encontrados em Elements sendo identificados pelo simbolo mostrado na Figura 56 Entre os elementos encontramos blocos de opera es matem ticas elementos de l gica elementos de controle digital entre outros 60 Figura 56 S mbolo para elementos que podem ser utilizados para gera o de c digo Fonte Produ o do pr prio autor

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