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Aspectos Particulares de la Simulación de Circuitos de Electrónica de Potencia.

RUBEN CHAER , member, IEEE.

Sumario- Se destacan aquellos inconvenientes que surgen al simular Circuitos de Electrónica de Potencia, tratando de resaltar la característica especial de dichos circuitos. Se muestra como se ha intentado solucionar dichos inconvenientes en el paquete de simulación SIMEEP. Enparticular, se describe la forma en que se obtienen las ecuaciones de Estado, cómo se determinan los instantes de conmutación y las perspectivas de ampliación del simulador.

I. INTRODUCCION

El objetivo de este trabajo es plantear aquellos aspectos particulares de la simulación de circuitos de Electrónica de Potencia, que la diferencian en complejidad y cualidad de la simulación de circuitos engeneral.

Por simulación de CEPs (circuitos de Electrónica de Potencia), se entiende aquí la simulación del comportamiento en el tiempo de convertidores estáticos de energía, como ser inversores de tensión, rectificadores controlados, conversores DC-DC, etc.
Los CEPs se caracterizan por tener componentes que conmutan (tiristores, transistores, diodos, fets, etc.), con los cuales se implementalo que se llama una llave. Según el componente usado, el cambio de estado de la llave (de corte conducción o a la inversa), será comandable en una de las transiciones, en ambas o en ninguna.

Tanto para la simulación como para el análisis de los CEPs, cabe distinguir entre diferentes aproximaciones, según sea el modelo utilizado para los componentes más o menos detallado.
En [4] se comentacomparativamente resultados de simulación de un chopper elevador, alimentado de la red (60 hz) rectificada, con dos lazos de realimentación, utilizando, por un lado, modelos detallados para los componentes, y por otro, un simulador para circuitos conmutados, para el cual los modelos son idealizados (como llaves ideales). Con el modelo detallado, es posible analizar con precisión las transicionesen las conmutaciones. Esto es útil para el diseño de la llave (necesidad de snubbers, máximos a los que estarán sometidos los componentes, etc.). La simulación detallada de 400 ms (40 ciclos de la llave) utilizando SPICE en una VAXStation 3100, duró 3 horas, y la simulación con modelos idealizados de 8.33 ms (830 ciclos de la llave), llevó 375 s de CPU. Por supuesto, en este último caso, las formasde onda del convertidor son precisas, se ha perdido el detalle de las transiciones.
Hay propuestas muchas aproximaciones más [2..9], que intentan abstraer "lo importante" del comportamiento de las llaves, con fines de acelerar el análisis y permitir el modelado de los convertidores. En el mismo trabajo del que se extrajo el ejemplo anterior, se comenta tres modelos más para el mismo ejemplo.Estos modelos son por ahora bastante particulares en cuanto a la aplicación; están pensados para modelar determinados tipos de convertidores y hasta ahora no son una herramienta directamente disponible en los simuladores.
Hasta aquí, la intención ha sido mostrar que:
1) La simulación de un convertidor (aunque sea de complejidad menor), no puede llevarse a cabo en un tiempo razonable utilizandomodelos detallados para los componentes.
2) La simulación detallada tiene utilidad para el análisis de pequeños intervalos de tiempo (con fines probablemente de diseño y selección de los componentes).
3) Para el análisis global del convertidor (formas de ondas, régimen y estabilidad) y la obtención de modelos del mismo, es ineludible llevar a cabo abstracciones, que hasta el momento no sonsistemáticas y por lo tanto difícilmente automatizables. No es descabellado pensar que los simuladores de CEPs necesiten técnicas de Inteligencia Artificial, para ir aprendiendo cómo realizar esas abstracciones no sistemáticas y fuertemente dependientes de la utilización.

Este trabajo, trata con simuladores de circuitos conmutados, es decir, simuladores diseñados para simular secuencias de...