Projeto e implementação de um pré-regulador de fator de potência com controlo digital

Hoje em dia as fontes de alimentação possuem correção do fator de potência, devido às diversas normas regulamentares existentes, que introduziram grandes restrições no que respeita à distorção harmónica (THD) e fator de potência (FP). Este trabalho trata da análise, desenvolvimento e implementação de um Pré-Regulador de fator de potência com controlo digital. O controlo digital de conversores com recurso a processamento digital de sinal tem vindo a ser ao longo dos últimos anos, objeto de investigação e desenvolvimento, estando constantemente a surgirem modificações nas topologias existentes. Esta dissertação tem como objetivo estudar e implementar um Pré-Regulador Retificador Boost e o respetivo controlo digital. O controlo do conversor é feito através da técnica dos valores médios instantâneos da corrente de entrada, desenvolvido através da linguagem de descrição de hardware VHDL (VHSIC HDL – Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) e implementado num dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array) Spartan-3E. Neste trabalho são apresentadas análises matemáticas, para a obtenção das funções de transferência pertinentes ao projeto dos controladores. Para efetuar este controlo é necessário adquirir os sinais da corrente de entrada, tensão de entrada e tensão de saída. O sinal resultante do módulo de controlo é um sinal de PWM com valor de fator de ciclo variável ao longo do tempo. O projeto é simulado e validado através da plataforma MatLab/Simulink e PSIM, onde são apresentados resultados para o regime permanente e para transitórios da carga e da tensão de alimentação. Finalmente, o Pré-Regulador Retificador Boost controlado de forma digital é implementado em laboratório. Os resultados experimentais são apresentados para validar a metodologia e o projeto desenvolvidos.

Nowadays the power supplies have power factor correction, due to the various existing regulatory standards, which introduced major restrictions on regard to harmonic distortion (THD) and power factor (PF). This paper deals with the analysis, development and implementation of a power factor preregulator with digital control. The converter digital control using digital signal processing, has been over the past few years subject of research and development, therefore the existing topologies are constantly being modified. This thesis aims to study and implement a Boost Rectifier Preregulator and the corresponding digital control. The control is done through the technique of instantaneous mean values of the input current, developed by hardware description language VHDL (VHSIC HDL - Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) and implemented in a FPGA device (Field Programmable Gate Array) Spartan -3E. This paper presents mathematical analysis to obtain the transfer functions relevant to the controllers design. To perform this control it is necessary to aquire the input current, input voltage and output voltage. The resulting signal module control is a PWM signal with variable duty cycle over time. The converter is simulated and validated through the Matlab / Simulink and PSIM simulators, where the results are presented for the steady state and transient load and supply voltage. Finally, the Pre - Regulator Rectifier Boost controlled digitally was implemented in the laboratory. The experimental results are presented to validate the methodology and the project developed.