La línea de control digital se centra en la regulación de convertidores de potencia conmutados, utilizando FPGAs (Field Programmable Gate Array). Esta línea es multidisciplinar ya que combina conceptos de electrónica digital, de potencia e instrumentación, sensores, etc., resultando así un campo muy adecuado para la realización de un doctorado en electrónica.
El uso del control digital junto a la flexibilidad del diseño con FPGA permite realizar algoritmos de control complejos, aumentando las posibilidades de control respecto al control analógico, además facilitar enormemente el diseño.
Corrección de factor de potencia
La corrección de factor de potencia es una técnica de conversión AC/DC que permite reducir el contenido armónico de la corriente de entrada, mientras que a la salida se obtiene la tensión deseada.
Típicamente la corrección de factor de potencia (o PFC según sus siglas en inglés) se realiza utilizando dos lazos de control que operan sobre el control de un convertidor conmutado. Entre los convertidores más usados para PFC se encuentra el convertidor boost (que permite elevar la tensión de entrada a la salida).
De los dos lazos de control que se utilizan, el lazo de tensión es un regulador lento que controla la tensión de salida del convertidor, mientras que el lazo de corriente es controlado por un regulador rápido que reduce el contenido armónico de la corriente de entrada, para cumplir con las normativas eléctricas. Según se puede ver en la siguiente imagen, es necesario medir tres magnitudes para realizar el control: tensión de salida, tensión de entrada y corriente de entrada.
Una de las líneas de investigación de HCTLab es realizar la técnica de PFC, eliminando el sensado de la tensión de entrada, y especialmente de la corriente de entrada, puesto que presenta más problemas (pérdidas o precio del sensor) que las otras medidas. La idea es aprovechar que las formas de onda de las corrientes, tensiones y el propio control PWM del convertidor son periódicas, por lo que la actuación PWM se puede precalcular en un ordenador y ser guardado en una memoria. De esa forma, se puede realizar un sistema PFC de bajo coste.
En el caso ideal, sincronizando la lectura de la memoria con la tensión de entrada y aplicando únicamente los ciclos de trabajo del PWM guardados en la memoria, se puede obtener la corrección de factor de potencia. En la práctica, la tensión de salida esperada no será la correcta. Es posible que la carga esperada a la salida haya cambiado, o incluso la tensión o frecuencia de la entrada. Por tanto, sobre esa memoria de ciclos de trabajo se debe realizar regulaciones para adaptar el sistema a las condiciones de trabajo actuales.
Estas regulaciones ofrecen robustez al sistema, sensando únicamente la tensión de salida. Entre las condiciones detectadas y corregidas se encuentran:
- Cambios en la tensión de entrada
- Cambios en la carga del convertidor
- Cambios en la frecuencia de entrada