ingeniero

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA



CURSO: ELECTRÓNICA DE POTENCIA


SISTEMA DE CONTROL BIDIRECCIONAL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC CON TRANSISTORES MOSFET / IGBT



Profesor: Ing. EDUARDO EZQUIVEL ZENTENO


Autor: JONATHAN ALLASI GONZALES
ALVARO FERNÁNDEZ ORTIZAbril, 2013


- AREQUIPA –


SISTEMA DE CONTROL BIDIRECCIONAL DE VELOCIDAD DE MOTOR DC CON TRANSISTORES MOSFET / IGBT

OBJETIVO:

Familiarizar al estudiante en la selección de dispositivos electrónicos de potencia así como su uso en el diseño de circuitos de control de energía
Aplicar las técnicas de excitación de transistores MOSFET e IGBT
Aplicar las técnicas de diseño parasistemas de control de velocidad de motores

Se requiere se diseñe e implemente un circuito electrónico de control de velocidad de un motor DC utilizando el sistema de control de ancho de pulso a una frecuencia de 4kHz, para lo cual se utilizará como interruptores de potencia transistores MOSFET o IGBT.

DIAGRAMA DE BLOQUES

ETAPA DE POTENCIA:

El circuito de la etapa de potencia es como semuestra en la siguiente figura, la habilitación de los mosfet canal p se da mediante dos transistores BJT pues el microcontrolador no entrega más de 25mA.





El nivel de corriente por puerta debe ser calculado a partir de la corriente nominal del motor, para eso recurrimos a las hojas de datos de los mosfet.





CÁLCULOS:

Conociendo el valor de la corriente que necesita elmotor (Id) recurrimos a la gráfica y obtenemos Vgs para después obtener Qg y jugando con el valor del tiempo de conmutación de subida (pues los valores en las hojas de datos son “ideales”) calcular el valor de Ig. De la siguiente manera:

Id = 40 mA

Vgs = 2.3 V

Qg = 2.6 nC

Ig = Qg / Ts = 2.6 nC / 137 ns

Ig = 18.9 mA

Entonces necesitamos 18.9 mA en la compuerta del mosfet paraexcitarlo, para eso ponemos un transistor 2N2222 que nos proporcione esa corriente, calculamos la resistencia de base de la siguiente forma:

Ic = Ig = 18.9 mA

Hfe (2N2222) = 90

Ibmin = Ic / hfe = 18.9 mA / 90 = 0.21 mA

Ib = Ibmin * 2 = 0.21 mA * 2 = 0.42 mA

Vc – Vbe = Ib x Rb

Rb = (5 – 0.8) V / 0.42 mA

Rb = 10 kΩ

Las resistencias de 10KΩ se derivan hacia fuente y tierra(de las compuertas de los mosfet canal p y n respectivamente) por seguridad del mosfet pues si se deja las compuertas al aire podrían autodispararse por ruido y quemaría el dispositivo.

El circuito implementado se muestra a continuación.


El circuito funciona dependiendo de los pulsos de entrada de los transistores BJT (puntos A y B) si se activa A el motor girará en sentido horario y sise activa B en sentido antihorario, para detener el motor simplemente no se envía pulsos de entrada, el estado alto de A y B no debe darse pues generaría tanto un desgaste de la fuente de alimentación como incongruencia en la lógica de programa que generaría un cruce en los mosfet. Los diodos generan un camino para la descarga de la corriente Id y los capacitores son para la estabilización de laalimentación.

ETAPA DE CONTROL:

Para la etapa de control utilizamos el pic 18f250 en la que tiene como salida dos PWM en el que esta es la programación:

#include

//############Configuracion del ADC=10bits, Fuses y el clock a 48Mhz

#device adc=10
#fuses HSPLL,MCLR,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,USBDIV,PLL2,CPUDIV1,VREGEN,NOPBADEN,PUT
#use delay(clock=48000000)

void main() {//###########Variables#########
long anchoPulso = 0;
int marchaParo;
int giro = 0;

//###########Configuracion de puertos y timers#######

setup_adc_ports(AN0 | VSS_VDD); //Entrada analoga 0 voltaje de referencia de la fuente
setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); //Tiempo para muestreo de entrada analoga
setup_spi(SPI_SS_DISABLED); //
setup_wdt(WDT_OFF);...