Diseño de Controladores por Moldeo de Ganancia de Lazo para Convertidores de Alta Ganancia con Aplicaciones a Celdas de Combustible

Resumen: Los módulos de celdas de combustible son una opción adecuada para la generación de energía eléctrica; sin embargo, esta tecnología presenta la desventaja de generar un bajo y no regulado nivel de tensión de salida, el cual es dependiente de manera no lineal de la corriente demandada al módulo. En este trabajo, se presenta un convertidor con alta ganancia de conversión de voltaje para el procesamiento de energía generada por celdas de combustible de intercambio protónico (PEM). La configuración propuesta actúa como interfaz entre la celda de combustible y la carga, elevando y regulando el nivel de tensión de salida. El esquema de control propuesto se basa en la técnica por moldeo de lazo a través de un control modo-corriente promedio. El objetivo de control es la regulación del voltaje de salida ante variaciones de carga y del voltaje de entrada. Se establece un procedimiento de selección para los parámetros del controlador que garantiza la estabilidad del sistema, además de la regulación del voltaje de salida. Se presentan resultados experimentales a través de un prototipo de laboratorio de 400 W y 220 V de voltaje de salida. Se aplican cambios de carga para comprobar el rendimiento del controlador diseñado. Se verifica la estabilidad del sistema a través de la ganancia de lazo, la cual es obtenida de manera experimental.

¿Cómo citar?

L. H. Diaz-Saldierna, J. Leyva-Ramos & D. Langarica-Cordoba. Diseño de Controladores por Moldeo de Ganancia de Lazo para Convertidores de Alta Ganancia con Aplicaciones a Celdas de Combustible. Memorias del Congreso Nacional de Control Automático, pp. 336-441, 2018.

Palabras clave

Fuentes conmutadas, celda de combustible tipo PEM, convertidores de CD-CD con altas ganancias de conversión de voltaje, control modo-corriente, criterio de ganancia de lazo

• Axelrod, B., Berkovich, Y., and Ioinovici, A. (2008). Switched-capacitor/switched-inductor structures for getting transformerless hybrid dc-dc pwm converters. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 55(2), 687–696.
• Choi, B., Lim, W., Choi, S., and Sun, J. (2008). Comparative performance evaluation of current-mode control schemes adapted to asymmetrically driven bridgetype pulsewidth modulated dc-to-dc converters. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55(5), 2033– 2042.
• Leyva-Ramos, J., Lopez-cruz, J.M., Ortiz-lopez, M.G., and Diaz-saldierna, L.H. (2013). Switching regulator using a high step-up voltage converter for fuel-cell modules. IET Power Electronics, 6(8), 1626–1633.
• Leyva-Ramos, J., Ortiz-Lopez, M.G., Diaz-Saldierna, L.H., and Martinez-Cruz, M. (2011). Average current controlled switching regulators with cascade boost converters. IET Power Electronics, 4(1), 1–10.
• Matsuo, H. and Harada, K. (1976). The cascade connection of switching regulators. IEEE Transactions on Industry Applications, IA-12(2), 192–198.
• Ortiz-Lopez, M.G., Leyva-Ramos, J., Diaz-Saldierna, L.H., and Carbajal-Gutierrez, E.E. (2007). Multiloop controller for n-stage cascade boost converter. In 2007 IEEE International Conference on Control Applications, 587–592.
• Shahin, A., Hinaje, M., Martin, J.P., Pierfederici, S., Rael, S., and Davat, B. (2010). High voltage ratio dc-dc converter for fuel-cell applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 57(12), 3944–3955.
• Smithson, S.C. and Williamson, S.S. (2015). A unified state-space model of constant-frequency current-modecontrolled power converters in continuous conduction mode. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 62(7), 4514–4524.
• Thounthong, P., Davat, B., Rael, S., and Sethakul, P. (2009). Fuel cell high-power applications. IEEE Industrial Electronics Magazine, 3(1), 32–46.
• Yang, P., Xu, J., Zhou, G., and Zhang, S. (2012). A new quadratic boost converter with high voltage stepup ratio and reduced voltage stress. In Proceedings of The 7th International Power Electronics and Motion Control Conference, volume 2, 1164–1168.