Estrategias de control de fuentes de alimentación conmutadas para mejorar el rendimiento con PLC

Introducción:

Las fuentes de alimentación conmutadas se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones industriales y ofrecen alta eficiencia y diseño compacto. Estas fuentes de alimentación requieren estrategias de control efectivas para garantizar un rendimiento óptimo junto con controladores lógicos programables (PLC). En este artículo, exploraremos diferentes estrategias de control que pueden mejorar el rendimiento de las fuentes de alimentación conmutadas cuando se utilizan con PLC. Al comprender estas estrategias, los ingenieros y diseñadores pueden maximizar la eficiencia y confiabilidad de sus sistemas de suministro de energía, lo que conduce a un mejor rendimiento general.

Estrategia de control 1: control del modo de voltaje

El control del modo de voltaje es una de las estrategias más comúnmente empleadas en la conmutación de fuentes de alimentación. Funciona midiendo el voltaje de salida y comparándolo con el voltaje de referencia para regular el ciclo de trabajo del interruptor de encendido. Esta estrategia de control permite una regulación precisa del voltaje de salida, asegurando la estabilidad y minimizando las fluctuaciones de voltaje.

En el control del modo de voltaje, un amplificador de error compara el voltaje de salida con el voltaje de referencia. Cualquier diferencia entre los dos valores genera una señal de error, que luego es procesada por un compensador. El compensador ajusta el ciclo de trabajo del interruptor de encendido en consecuencia, ya sea incrementándolo o disminuyéndolo para mantener el voltaje de salida deseado.

Una ventaja importante del control de modo de voltaje es su simplicidad, lo que facilita su implementación y depuración. Sin embargo, puede enfrentar desafíos en aplicaciones donde hay transitorios de carga rápidos o ganancias de bucle altas. En tales escenarios, podría ser necesario un circuito de control adicional para mejorar la estabilidad del sistema.

Estrategia de control 2: control del modo actual

El control de modo actual es otra estrategia de control ampliamente utilizada que mejora el rendimiento de las fuentes de alimentación conmutadas. A diferencia del control de modo de voltaje, esta estrategia utiliza la corriente del inductor como señal de retroalimentación principal para regular el voltaje de salida.

En el control del modo de corriente, un amplificador de detección de corriente mide la corriente del inductor, que luego se compara con la corriente de referencia. La diferencia entre estos valores produce una señal de error, que es procesada por el compensador para ajustar el ciclo de trabajo del interruptor de encendido. Esta estrategia de control ofrece una estabilidad mejorada, particularmente en aplicaciones con transitorios de carga rápidos.

Una de las ventajas clave del control de modo actual es su capacidad inherente de proporcionar protección contra sobrecorriente ciclo por ciclo. Garantiza que el sistema reaccione rápidamente ante condiciones de carga excesiva, evitando daños a la fuente de alimentación y a los dispositivos conectados. Sin embargo, es importante diseñar cuidadosamente el circuito de control para evitar problemas de estabilidad causados ​​por oscilaciones subarmónicas.

Estrategia de control 3: control de histéresis

El control de histéresis es una estrategia de control que ofrece una excelente respuesta dinámica y elimina el error de estado estable al regular las fuentes de alimentación conmutadas. Funciona comparando el voltaje de salida con dos umbrales (un umbral alto y un umbral bajo) para determinar cuándo encender o apagar la fuente de alimentación.

En el control de histéresis, el voltaje de salida se monitorea continuamente. Cuando supera el umbral superior, se corta la fuente de alimentación. Por el contrario, cuando cae por debajo del umbral inferior, la fuente de alimentación se vuelve a conectar. Esta estrategia de control garantiza una tensión de salida constante, incluso en presencia de perturbaciones.

El control de histéresis tiene una implementación simple y ofrece una excelente respuesta transitoria debido a su naturaleza de retroalimentación inherente. Sin embargo, puede introducir un fenómeno conocido como oscilación subarmónica. Para abordar este problema, los diseñadores suelen emplear técnicas de estabilización adicionales, como la compensación de pendientes.

Estrategia de control 4: control del modo de corriente promedio

El control del modo de corriente promedio es una estrategia de control que combina los beneficios del control del modo de voltaje y del control del modo de corriente. Utiliza un amplificador de error para comparar la corriente promedio del inductor con la corriente de referencia, lo que proporciona una regulación precisa del voltaje de salida y al mismo tiempo ofrece una excelente respuesta transitoria.

En el control del modo de corriente promedio, la corriente del inductor se detecta y se promedia durante un ciclo de conmutación utilizando un integrador. Este valor de corriente promedio se compara con la corriente de referencia, generando una señal de error que es procesada por el compensador para ajustar el ciclo de trabajo del interruptor de encendido. Esta estrategia de control ofrece estabilidad mejorada y protección contra sobrecorriente.

Además, el control del modo de corriente promedio previene inherentemente las oscilaciones subarmónicas, lo que reduce la necesidad de técnicas de estabilización adicionales. Se utiliza comúnmente en aplicaciones con ganancias de bucle de moderadas a altas y transitorios de carga rápidos.

Estrategia de control 5: Control proporcional-integral-derivativo (PID)

El control proporcional-integral-derivativo (PID) es una estrategia de control versátil y ampliamente utilizada que puede mejorar el rendimiento de las fuentes de alimentación conmutadas cuando se utiliza con PLC. Combina tres términos de control (proporcional, integral y derivativo) para mejorar la estabilidad, la capacidad de respuesta y la precisión.

En el control PID, el error de voltaje de salida se introduce en tres términos de control. El término proporcional responde al error presente, el término integral aborda errores pasados ​​a lo largo del tiempo y el término derivativo predice errores futuros en función de la tasa de cambio actual. Estos términos, combinados mediante una ponderación adecuada, determinan el ajuste del ciclo de trabajo del interruptor de alimentación.

El control PID ofrece una excelente precisión de regulación, una respuesta rápida a los transitorios de carga y una estabilidad sólida. Se utiliza ampliamente en aplicaciones que requieren un control preciso y un rendimiento altamente dinámico. Sin embargo, el ajuste adecuado de los parámetros PID es crucial para lograr resultados óptimos y evitar problemas como sobrepasos o inestabilidad.

Resumen:

En este artículo, exploramos diferentes estrategias de control que pueden mejorar el rendimiento de las fuentes de alimentación conmutadas cuando se utilizan con PLC. Discutimos el control de modo de voltaje, el control de modo de corriente, el control de histéresis, el control de modo de corriente promedio y el control proporcional-integral-derivativo (PID). Cada estrategia tiene sus propias ventajas y consideraciones, lo que permite a los ingenieros y diseñadores seleccionar la más adecuada para su aplicación específica.

Al implementar estrategias de control efectivas, los ingenieros pueden garantizar una regulación y estabilidad óptimas de las fuentes de alimentación conmutadas, lo que conduce a un mejor rendimiento, eficiencia energética y confiabilidad. Ya sea la simplicidad del control del modo de voltaje, la estabilidad mejorada del control del modo de corriente, la excelente respuesta dinámica del control de histéresis, los beneficios combinados del control del modo de corriente promedio o la versatilidad del control PID, elegir la estrategia correcta puede afectar significativamente el Rendimiento general de los sistemas de suministro de energía.