Contribuição ao estudo de controle em modo corrente histerese para conversores básicos

Abstract

Este trabalho apresenta uma nova abordagem de controle baseada em características físicas aplicada a conversores CC-CC. O compensador proposto combina uma ação proporcional-integral (PI) para regulação da tensão de saída com uma leitura diferencial da corrente do indutor, produzindo um comportamento equivalente a uma ação derivativa no sistema de controle. Essa estratégia permite reduzir a sensibilidade a ruídos de medição e melhorar a resposta dinâmica do conversor durante transientes de carga quando associada ao controle por histerese da corrente. O projeto do compensador e o dimensionamento dos componentes reativos são realizados de forma integrada, considerando as características dinâmicas do conversor e suas condições de operação. Como parte da metodologia proposta, foi desenvolvido um roteiro em software matemático capaz de determinar os parâmetros do compensador e os valores dos componentes reativos a partir das especificações do sistema, permitindo a obtenção de um projeto adequado já na primeira implementação. Resultados de simulação são apresentados para diferentes condições de operação e níveis de potência, incluindo variações de carga de até 92%, demonstrando bom desempenho tanto em regime permanente quanto em regime dinâmico. Os resultados experimentais obtidos em protótipo validam a metodologia proposta e indicam desempenho superior ao previsto no projeto inicial, com respostas rápidas a variações de carga, baixa sensibilidade a ruídos e ausência de overshoot significativo na tensão de saída.

Abstract: This work presents a new control approach based on physical characteristics applied to DC?DC converters. The proposed compensator combines a proportional?integral (PI) action for output voltage regulation with a differential measurement of the inductor current, producing a behavior equivalent to a derivative action in the control system. This strategy reduces sensitivity to measurement noise and improves the dynamic response of the converter during load transients when combined with hysteresis current control. The compensator design and the sizing of reactive components are performed in an integrated manner, considering the dynamic characteristics of the converter and its operating conditions. As part of the proposed methodology, a computational routine implemented in mathematical software was developed to determine the compensator parameters and the reactive component values based on system specifications, enabling the achievement of a suitable design in the first implementation. Simulation results are presented for different operating conditions and power levels, including load variations of up to 92%, demonstrating good performance in both steady-state and dynamic operation. Experimental results obtained from a prototype validate the proposed methodology and indicate performance superior to that predicted in the initial design, with fast responses to load variations, low sensitivity to noise, and no significant overshoot in the output voltage.